ГЛАВА ЧЕТВЪРТА
3.4.1. Измерване на налягане.
Налягането характеризира явленията, свързани с флуидите. То играе важна роля при
управлението на много технологични процеси. Разнообразието от диапазони на
изменение на налягането /от абсолютен вакуум до свръх високи налягания/ е
наложило много методи и средства за измерването му.
При измерване на налягане интерес представлява абсолютното налягане /Р
абс
/,
свръхналягането /Р
с
/, атмосферното налягане /Р
а
/. диференциалното налягане /Р
д
/ и
вакуумът / Р
в
/.
Абсолютното налягане в дадена точка се нарича пълното натисково напрежение в
точката, породено от действието на всички външни сили, включително и тези от
атмосферно налягане. Абсолютното налягане може да бъде по-голямо или
помалко от атмосферното.
Ако Р
абс
> Р
а
се получава свръхналягане, т.е.
P
C
=
P
ABC
− P
A
, 3.4.1.
Ако Р
абс
< Р
а
се получава вакуум, който може да се определи по формулата:
P
B
=
P
a
− P
abc
, 3.4.2.
За измерване на налягане, в измерителната техника се използуват различни типове
уреди. В зависимост от измерваната величина тези уреди са разделят на следните
групи: уреди за измерване на атмосферно налягане, наречени барометри, уреди за
измерване на свръхналягане - манометри, уреди за измерване разлики в налягания
диференциални манометри и уреди за измерване на вакуум - вакууммери.
Използуват се следните методи за измерване на налягане:
1. Хидростатични методи, при апаратите, базиращи се на тези методи, измерваното
налягане се уравновесява от налягането, създавано от стълб течност с известна
плътност и височина, пропорционална на налягането. Върху тези методи се
основават живачните барометри, U - образните манометри, вакуумметри и др.
2. Методи, основаващи се на деформацията, която налягането предизвиква върху
специални еластични преобразуватели. Еластичната сила от деформацията
уравновесява силата, създавана от измерваното налягане. Като еластични елементи се
използуват: тръбни пружини, мембрани, цилиндрични пружини и др. Найголямо
приложение са намерили манометрите с еластичен преобразувател.
3. Методи, основаващи се на механично уравновесяване на налягането,
действуващо върху определена площ на подвижния му елемент. Към уредите,
основаващи се на тези методи, спадат буталните манометри с механично
уравновесяване. Буталните манометри се използуват като образцови уреди.
4. Електрически методи. Измерването на налягане при тези методи се основава на
зависимостта между налягането и електрическите параметри на преобразувателния
елемент. Към уредите, основаващи се на тези методи, спадат пиезоелектрическите
манометри, магнитоеластичните манометри, йонизационни манометри и др.
В зависимост от принципа си на действие, уредите за измерване на налягане биват:
течностни, пружинни /механични/, бутални и електромеханични.
3.4.1. Течностни манометри.
В техническите измервания се използуват два типа течностни манометри: U
образни и чашкови. И двата типа манометри са намерили приложение за измерване на
свръхналягане, разреждане и разлика в налягане на течности и газове.
Когато се измерва налягане до 7000 Ра, като работна течност се използува вода, а за
налягане до 0.1 МРа, работната течност е живак.
На Фиг. 3.4.1. е показан U образен манометър. Той представлява U - образна
стъклена тръба, запълнена до половината си с работна течност. Вътрешният размер на
стъклените тръбички не трябва да бъде по-малък от 8 - 10 mm, ако работната
течност е вода. В противен случай за работна течност трябва да се предпочита
спирт, толуол или живак.
фиг. 3.4.1. U манометър
фиг. 3.4.2. Чашов манометър
Работното положение на U образния манометър е вертикално.
Измерваното налягане се уравновесява с налягането на стълб от работна течност с
височина h, определен като сума от стълбовете h
1
и h
2
. Измерваното налягане в
милиметри стълб на работна течност може да се определи в Ра чрез формулата.
P
=
gh
(
〉
−
〉
C
)
, 3.4.3.
където g е земно ускорение на mρ-
2
плътност на работната течност, kg.m
3
; ρ
c
плътност на околната среда, kg/m
3
.
Ако е в сила условието, че ρ
c
« ρ уравнението добива вида:
P
=
gh
〉
, 3.4.4.
Чашковият манометър е показан на фиг. 3.4.2. Той се състои от цилиндричен съд 1 и
стъклена измервателна тръбичка 2. При измерване по-високото налягане се
подава към цилиндричния съд. Измерваното налягане се отчита само по височината h на
стълба течност в тръбичката.
Грешката при измерване ще бъде толкова по-малка, колкото по-голямо е
отношението между напречните сечения на цилиндричния съд и тръбичката. При
подаване на измерваното налягане, нивото на течността в чашката се понижава с h
2
, а в
тръбичката се повишава с h
1.
Ако се означи с F
1
сечението на тръбичката, а с F
2
сечението на цилиндричен съд, за
равенството на обемите може да се запише
h
1
F
1
=
h
2
F
2
, 3.4.5.
а като се вземе предвид, че
h
=
h
1
+
h
2
, 3.4.6.
където h
1
е ниво на течността в тръбичката; h
2
- ниво на течността в чашката.
за общата височина на течността се получава:
h
=
h
1
1
F
d
2
+
1
=
h
1
1
+
, 3.4.7.
F
D
2
2
Грешката при тези уреди не надвишава ± 1 mm за едно деление на скалата.
За измерване на малки налягания се използуват микроманометри /фиг.3.4.3/. Те се
състоят от цилиндричен съд 1, наклонена тръбичка 3 и измервателна скала 2.
Фиг.3.4.3.
Микроманометър
Използуваната конструкция позволява да се увеличи дължината на скалата, при
измерване на малки налягания, с което се намалява грешката при отчитане на
височината на течността h
1
. Връзката между височината на течността и дължината на
тръбичката l се дава със зависимостта
l
=
h
1
sin
〈
, 3.4.8.
Връзката между дължината на тръбичката и измерваното налягане може да се
определи от равенството на обемите на двата стълба течност - в чашката и в
тръбичката:
lF
=
1
h
2
F
2
,3.4.9.
където F
1
е напречното сечение на тръбичката, m
2
;F
2
- напречното сечение на
чашката, m
2
; h
2
- височината на стълба течност в чашката.
Височината на стълба течност, който уравновесява измерваното налягане е
h
=
h
1
+
h
2
,3.4.10.
Като се заместят h
1
и h
2
от изразите 3.4.9. и 3.4.10 се получава
h
=
l
F
1
sin
〈 +
,3.4.11
F
2
Измерваното налягане се получава
P
a
=
h
〉
g
=
l
F
1
F
1
sin
〈 + 〉
g
, 3.4.12
F
2
Ако изразът
〉
g
получава
sin
〈 +
се приеме за постоянен, за измерваното налягане се
F
2
P
a
=
kl
, 3.4.13.
където k е константа на уреда.
На фиг.3.4.4. е показан поплавъков манометър. Той представлява U образен
манометър, в чашката на който е поместен поплавък. Поплавъкът е свързан чрез
лостова система със стрелката на показващите уреди.
Разликата в налягането Р
1
- Р
2
се уравновесява от стълба течност с височина
Н= h
1
+ h
2
, 3.4.14.
Ако се отчете, че условието за равновесие се изразява от зависимостта
P
1
− P
2
=
H
(
〉
−
〉
C
)
g, 3.4.15.
и, че за съдове с цилиндрична форма f и F са свързани с равенството
h
=
1
h
2
D
2
d
2
, тогава
H
=
2
h
2
F
=
h
1
f или
D
2
h
2
1
+
2
(
〉
−
〉
c
)
g , 3.4.16
d
В 3.4.16, 1
+
D
2
d
и g
(
〉
−
〉
c
)
се постоянни величини, следователно може да се
запише следното
P
1
− P
2
=
kh
2
, 3.4.17.
Където k е константа на уреда.
Като запълваща течност за този тип манометри се използува най-често живак. Това е
една от основните причини за ограниченото им използуване.
Поплавъковите манометри се използуват за измерване на разход, пад на налягане при
неголеми свръхналягания /до 250 kРа/.
Предмет: | Метрология и уредостроене, Технически науки |
Тип: | Лекции |
Брой страници: | 16 |
Брой думи: | 2981 |
Брой символи: | 19301 |