Лабораторная работа - Изучение приборов для измерения давления. Измерение гидростатического давления
Подождите немного. Документ загружается.
Цель работы: Изучение устройства и принципа действия жидкостных
приборов для измерения давления. Приобретение навыков по измерению
гидростатического давления жидкостными приборами.
Общие сведения.
Гидростатическим давлением называют нормальное сжимающее
напряжение в неподвижной жидкости, т.е. силу, действующую на единицу
площади поверхности. За единицу измерения давления в международной
системе принят паскаль (Па = Н/м
2
).
Различают абсолютное, атмосферное, манометрическое
вакуумметрическое давления.
Абсолютное (полное) давление p отсчитывается от абсолютного вакуума.
Атмосферное давление p
a
создается силой тяжести воздуха атмосферы и
принимается в обычных условиях равным 101325 Па или 760 мм рт. ст.
Избыток давления над атмосферным называют манометрическим
(избыточным) давлением (p
м
= p
a
– p).
Приборы для измерения атмосферного давления назвали барометрами,
манометрического – манометрами, вакуума – вакуумметрами.
По принципу действия и типу рабочего элемента приборы бывают
жидкостными, механическими и электрическими.
Жидкостные приборы исторически стали применяться первыми. Их
действие основано на принципе уравновешивания измеряемого давления p
силой тяжести столба жидкости высотой h в приборе:
p = ρgh,
где ρ – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения.
Поэтому величина давления может быть выражена высотой столба
жидкости h (мм рт. ст., м вод. ст.). Преимуществами жидкостных приборов
являются простота конструкции и высокая точность, однако они удобны
только при измерении небольших давлений.
В механических приборах измеряемое давление вызывает деформацию
чувствительного элемента (трубка, мембрана, сильфон), которая с помощью
специальных механизмов передается на указатель. Недостатком таких
приборов является инерционность, что не позволяет использовать их для
измерения мгновенного значения давления в быстропротекающих
процессах.
В электрических приборах воспринимаемое чувствительным элементом
давление преобразуется в электрический сигнал. Сигнал регистрируется
показывающим (вольтметр, амперметр) или пишущим (самописец,
осциллограф) приборами. В последнем случае можно фиксировать давление
при быстропротекающих процессах.
Абсолютное давление в любой точке покоящейся жидкости определяется
по основному уравнению гидростатики:
p = p
0
+ ρgH,
где p
0
– абсолютное давление на свободной поверхности жидкости; ρ –
плотность жидкости; Н – глубина погружения точки под свободной
поверхностью.
В работе вычисляется давление в заданной точке (например, на дне
резервуара) через показания различных приборов и затем сравниваются
результаты, полученные двумя путями.
Порядок выполнения работы.
Опыт №1 (p
0
> p
a
).
Экспериментальные данные:
Н=9·10
-2
м
h
п
=22,2·10
-2
м
h
м
=13,1·10
-2
м
Решение:
p
0
= p
а
+ ρgh
м
p
0
= 101325 + 9,81·1000·0,13 =102600,3 Па
р
*
= p
0
+ ρgH
р
*
= 102600,3 + 1000·9,81·0,09 = 102600,3 + 882,9 = 103483,2 Па
p = p
а
+ ρgh
м
р = 101325 + 1000·9,81·0,222 = 101325 + 2177,82 = 103502,82 Па
δ
р
= 100(р-р
*
)/р
δ
р
= 100(103502,3 – 103483,2)/103502,3 ≈0,02%
Опыт №2 (p
0
< p
a
).
Экспериментальные данные:
Н=12·10
-2
м
h
п
=5,2·10
-2
м
h
в
=6,8·10
-2
м
Решение:
p
0
= p
а
– ρgh
в
p
0
= 101325 - 1000·9,81·0,068 = 101325 – 667,08 = 100657,92 Па
р
*
= p
0
+ ρgH
р
*
= 100657,92 + 1000·9,81·0,12 = 1177,2 + 100657,92 = 101835,12 Па
p = p
а
+ ρgh
п
p = 101325 + 1000·9,81·0,052 = 101325 + 510,12 = 101835,12 Па
δ
р
= 100(р-р
*
)/р
δ
р
= 0%
Опыт №3.
Экспериментальные данные:
h = 0,014 м
р
а
= 101325 Па
р
м
= р
а
+ ρgh
р
м
= 101325 + 1000·9,81·0,014 = 101325 + 137,34 = 101462,34 Па
Вывод: Изучил устройство и принцип действия жидкостных приборов для
измерения давления. Приобрел навыки по измерению гидростатического
давления жидкостными приборами. Ошибка в работе равна 0,02 и 0
процентов, значит, работа выполнена правильно.
Контрольные вопросы.
1. Какое давление называют абсолютным (вакуумметрическим,
манометрическим)?
2. Какие единицы измерения вы знаете?
3. Как произвести пересчет значений давления, измеренных в барах (бар),
кг/см
2
, метрах водяного столба, миллиметрах ртутного столба – в
единицы давления, используемые в системе СИ?
4. Как называют прибор для измерения атмосферного давления
(избыточного давления, разряжения)?
5. Какой вид имеет формула для расчета давления по показаниям
жидкостного манометра?
6. Какой недостаток у механических приборов для измерения давления?
7. Какими достоинствами обладают жидкостные манометры?