ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И КОНТРОЛЬНО-ИМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ И АВТОМАТИКИ

Кафедра теплотехнических

и энергетических систем

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА

Методические указания по выполнению

лабораторной работы для студентов всех

специальностей, изучающих теплотехнические

дисциплины

Магнитогорск

Составители: Ю. И. Тартаковский

Т.П. Семенова

Измерение давления жидкости и газа. Методические указания по выполнению лабораторной работы для студентов всех специальностей, изучающих теплотехнические дисциплины. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2012. 13 с.

Рецензент

©Ю. И. Тартаковский,

Т.П.Семенова, 2012

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование экспериментальным путем методов измерения давления

ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

Микроманометры, пружинные манометры, пьезометры, трубка Пито, трубка Прандтля, двухтрубный манометр, тягомапоромер, трубка Прандтля.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Современная теплоэнергетика обладает технически сложным оборудованием, для безаварийной и экономичной работы которого необходимы контрольно-измерительные приборы. Контрольно-измерительные приборы позволяют поддерживать соответствующие режимы работы энергетических установок в заданном диапазоне, одним из важнейших параметров работы которых является давление жидкостей и газов, измеряемого различного рода манометрами.

При проведении лабораторных работ по курсу « Гидрогазодинамики» применяются различные конструкции приборов для измерения давления. Для получения измерений с минимальной погрешностью необходимо усвоить правильную методику пользования этими приборами

Основными рабочими телами, с которыми производятся эксперименты в лабораторных условиях, являются воздух и вода при различных температурах.

Все приборы для измерения давления можно разделить на две основные группы:

- приборы для измерения неподвижной среды;

- Приборы для измерения потоков жидкостей.

Измерение давления (разрежения) неподвижной среды

Средние гидростатическое давление выражает силу, приходящуюся в среднем на единицу площади по нормали к ней.

, (1)

При измерении следует различать давление атмосферное, избыточное и абсолютное.

Атмосферное, или барометрическое, давление соответствует среднему давлению атмосферного воздуха, что равно давлению ртутного столба высотою 760 ммпри = 0°С. Приборы, измеряющие атмосферное давление, называются барометрами.

Избыточное давление есть превышение давления среды над атмосферным. Приборы, измеряющие избыточное давление, называются манометрами. Манометр всегда показывает разность между абсолютным и атмосферным давлением и, следовательно, не учитывает последнего.

Абсолютное давление — общее давление, под которым находится жидкость, газ или пар. Оно равно сумме давлений:

Если абсолютное давление меньше атмосферного, то эту величину называют разрежением или вакуумом:

По принципу действия приборы, предназначенные для измерения давления и разрежения, разделяются на жидкостные и пружинные.

Жидкостные приборы, основанные на гидростатическом принципе действия, широко применяют для измерений благодаря их простоте и относительно высокой точности.

Простейшими приборами, для непосредственного определения избыточного давления в резервуарах с жидкостью являются пьезометры, высота поднятия жидкости в пьезометре

Пьезометр представляет собой открытую сверху прозрачную (стеклянную) трубку небольшого диаметра, нижний конец которой присоединен к резервуару, давление в котором измеряется (рис. 1).

Рис.1. Измерение давления в сосуде с жидкостью

Чувствительность прибора не ниже 1-2 мм. Прибор имеет значительную инерцию и применяется лишь для измерения практически постоянных усредненных во времени давлений.

Возможности пьезометров значительно расширяются, если в них использовать другую рабочую жидкость, не смешивающуюся с той, которая находится в основном резервуаре.

Такие пьезометры, измеряющие давление жидкости (газа) с помощью другой несмешивающейся жидкости, называют жидкостными манометрами.

Простейший по конструкции двухтрубный (U- образный ) манометр изображен ( на рис.2).

Как правило, в них в качестве рабочей жидкости применяют более плотные жидкости, например, ртуть.

Основу принципа действия жидкостных микроманометров составляет тот же закон сообщающихся сосудов, что и для обычных пьезометров.

Рис.2. (U- образный ) манометр

Для измерения разрежения применяются вакуумметры (рис. 3). Принцип их действия и конструкция такие же, как и механических манометров.

Рис.3 Измерение вакуума в закрытом сосуде

Если давление на свободной поверхность жидкости оказывается меньше атмосферного, (рис.3.) то плоскость пьезометрического напора будет расположена ниже уровня свободной поверхности жидкости на величину , в данном случае имеет место разряжение или вакуум, который определяется как разница между атмосферным и абсолютным давлением.

Микроманометр для измерения небольших давлений и разряжений называют тягонапоромером. Конструктивное отличие состоит лишь в том, в микроманометре пьезометрическая трубка расположена не вертикально, а под некоторым углом к плоскости горизонта, расстояние , между уровнями, измеряемое вдоль длины наклонной трубки можно найти как:

(2 )

Из этой зависимости следует, что при измерении небольших давлений с малозаметным перепадом уровней , показания пьезометра можно существенно увеличить, уменьшая угол наклона пьезометрической трубки к горизонту. На (рис. 4.) представлен тягонапоромер

Рис 4. Тягонапоромер:

Прибор состоит из стеклянного сосуда1, к которому припаяна стеклянная трубка 6, наклоненная под некоторым углом к горизонту. Сосуд с трубкой укреплен на деревянной доске3 со шкалой 5. Для удобства шкала сделана подвижной, чтобы при заполнении прибора жидкостью можно было совместить ноль шкалы с мениском жидкости в трубке. Для точной установки прибора в горизонтальной плоскости он снабжен уровнем 4.

Тягонапоромер при измерении избыточного давлени подсоединяется шлангомк (+) краю, а при изменении вакуума к противоположному концу трубки 6.

Наибольшее применение среди подобного класса манометров нашли чашечные микроманометры с переменным углом наклона, конструкция которого представлена на рис. 5.

Рис. 5. Микроманометр: 1- резервуар с жидкостью; 2- стойка для изменения угла наклона; 3- градуированная измерительная трубка.

Аналогично тягонапоромеру, микроманометр способен измерять как избыточные давления, подсоединение к (+) , так и разряжение, подсоединение к (-).

В силу своих конструктивных особенностей, жидкостные пьезометры и манометры используют для измерения небольших давлений, не превышающих 8 - 10 кПа.

Для измерения давления более 0,2 -0,3МПа применяют механические манометры – пружинные или мембранные, схема пружинного манометра представлена на (рис.6).

Рис.6 Схема механического пружинного манометра:

1- корпус; 2 - шкала; 3 – латунная трубка; 4 – стрелка; 5- передаточный механизм.

Пружинный манометр свободным концом подсоединяется к жидкости в точке, где измеряется давление. При изменении давления трубка стремится разогнуться или сжаться. Через передаточный механизм эта деформация передается стрелке, которая показывает значение измеряемого давления на шкале. Чувствительный элемент (мембрану или гибкую трубку) можно связать с индуктивным электрическим преобразователем, состоящим из сердечника и электрической катушки. Можно так же использовать пьезокристаллический преобразователь. В обоих случаях будет генерироваться электрический сигнал, пропорциональный величине давления. Этот сигнал после соответствующих электрических аналоговых или цифровых преобразователей можно передавать на большие расстояния и регистрировать стрелочными или цифровыми, например жидкокристаллическими индикаторами. Этот сигнал несложно также передавать для обработки компьютеру.

Измерение давлений потоков жидкостей и газов

При движении жидкостей и газов по трубопроводам и каналам недостаточно характеризовать их давление указанным выше способами измерения давления. В потоках жидкостей и газов рассматривают следующие виды давления:

- статическое давление — потенциальная энергия потока, действующая по нормали к стенке канала. При измерении его за начало отсчета применяют атмосферное давление;

- скоростное (динамическое) давление — давление, которое необходимо сообщить неподвижному потоку для приведения его в движение со . Скоростное давление связано со скоростью потока следующей зависимостью:

где - скорость потока, измеренная по оси трубопровода, (осевая скорость), ; — плотность вещества, .

полное давление представляет алгебраическую сумму статического и скоростного давлений:

Для неподвижной жидкости

Существует определенная методика измерения статического, полного и скоростного давлений.

Чтобы измерить статическое давление, необходимо полость трубопровода сообщить с соответствующим типом манометра (вакуумметра) для этого в трубопровод через отверстие устанавливается отборная трубка пьезометра (1), которая резиновым шлангом диаметром не менее 6 мм соединяется с манометром (рис.7.). Трубка (2), изогнутая под углом 90°, называется трубкой Пито, она устанавливается в ядре потока навстречу движению (рис.7.) и предназначена для измерения полного давления потоков жидкостей и газов.

Рис.7. Измерение пьезометрического, полного и скоростного напора.

При одновременном подсоединении трубок, воспринимающих полноеи статическое давление в данном сечении микроманометр регистрирует разность давлений , которая будет равна скоростному напору .

Наибольшее распространение для измерения давлений в практике газоснабжения и вентиляции получили напорные трубки Прандтля в комплекте с дифференциальными манометрами, тягонапоромерами или микроманометрами. Эти трубки - приемники давления, как правило, делают из двух трубок различных конструктивных вариантах. Схема трубки Прандтля представлена на ( рис.8.).

Рис.8. Трубка Прандтля.

Напорные трубки желательно устанавливать строго по оси трубопровода, в трубопроводах малых сечений целесообразно применять одинарные трубки.

В практических расчетах встречаются различные единицы измерения давления. Связь между ними выражается соотношениями:

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И КОНТРОЛЬНО-ИМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ.

На ( рис. 9.) дана конструктивная схема гидравлического стенда, включающего напорное и приемное устройства, измерительные приборы и работай участок.

На гидравлическом стенде 2 установлены: пружинный манометр 1, пьезометрические трубки и трубки Пито, расположенные на основном участке стенда 3 и соединенные шлангами с пьезометрическим щитом 2 и расходным баком 4.

Рис. 9. Схема гидравлического стенда

Самостоятельно представлены U-образный манометр, трубка Прандтля, микроманометр.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подготовить журнал по форме (см. журнал наблюдений).

2. На гидравлическом стенде №2 находятся: пружинный манометр; пьезометр; трубка Пито, необходимо провести замеры показаний данных манометров не менее двух раз для различных расходов жидкости, изучить назначение прибора , конструкцию приборов для измерения давления и принцип действия (жидкостные, пружинные) определить цену деления, класс точности, диапазон измеряемых давлений.

3. U – образный манометр и микроманометр с трубкой Прандтля изучается отдельно по аналогичной схеме.

Журнал наблюдения

Таблица 1

№ № п/п	Названиее прибора	Принцип действия	Диапазон измерения	Цена деления	Класс точности
	Пьезометр	Пьезометр- прибор для измерения небольшого избыточного давлении, стеклянная трубка открытая с двух сторон	1000 мм, 8-10 КПа	1 мм	1-2 мм
	Трубка Пито
	U - образный манометр
	Микроманометр с трубкой Прандтля
	Пружинный манометр