Кафедра «Теоретичні основи теплотехніки і гідромеханіки»
Вимірювання гідростатичного
тиску за допомогою рідинних
і механічних приладів
Методичні вказівки до
Укладачі: Є. В. СТЕФАНЮК, Л. І. Бабенкове, Б. В. АВЕРІН.
Вимірювання гідростатичного тиску за допомогою рідинних і механічних приладів: Метод. указ. до лаб. роботі № 1. / Самар. держ. техн. ун-т; Упоряд. . . Самара, 20с.
Методичні вказівки призначені для студентів спец. 280103 при виконанні ними лабораторних робіт по курсу «Гідравліка», «Гідромеханіка», «Гідравліка та гідравлічні приводи».
В роботі наводяться короткі відомості з курсів гідравлічного профілю по розділу «Гідростатика». Дається опис лабораторного стенду «Гідростатика ГС», що дозволяє виконати лабораторну роботу: «Вимірювання гидростатических тисків за допомогою рідинних і механічних приладів». Викладено методику проведення лабораторної роботи, порядок виконання розрахунків досліджуваних величин, форма таблиці для запису результатів експериментів, а також питання для самоперевірки учнів.
Друкується за рішенням редакційно-видавничої ради СамГТУ
Мета роботи: освоєння способів вимірювання гідростатичного тиску.
При підготовці до роботи, в процесі виконання роботи і при обробці результатів дослідів необхідно:
- ознайомитися з різними приладами для вимірювання тиску
- визначити тиск під кришкою бака за показаннями пьезометра, U - образного мановакууметри і батарейного мановакуумметра і порівняти їх з показаннями механічного приладу.
- Розрахувати абсолютне тиск в баку.
КОРОТКІ ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ.
1. Основні поняття гідростатики.
Гідростатика - це розділ Гідромеханіки, в якому вивчаються умови і закономірності рівноваги рідин під дією прикладених до них сил, а також впливу покояться рідин на занурені в них тіла і на стінки судин. Гідростатика розглядає розподіл тиску в спочиває рідини, визначення величини, напряму і точки прикладання сили тиску рідини на плоскі і криволінійні стінки.
Якщо на елементарну площадку діє сила, то є напругою поверхневих сил в точці, до якої стягується майданчик, що має нормаль n. Одиницею вимірювання тиску (нормального стискає напруги) в системі СІ є Па ().
Тиск в точці є функцією координат точки і не залежить від орієнтації майданчика, на яку воно діє.
У гідростатиці розглядають абсолютний тиск, надлишковий (манометричний) тиск (), вакуумметрическое тиск, а також атмосферний тиск ().
Якщо спочиваюча рідина знаходиться в ненапруженому стані, тобто в ній відсутня напруга стиснення, то гідростатичний тиск дорівнює нулю: = 0. Значення тисків, відлік яких ведеться від цього нуля, називаються абсолютними.
Надмірною (манометричним) тиском в т. А називається перевищення абсолютного тиску над атмосферним:
Вакуумметричний тиск в т. В утворюється як недолік абсолютного тиску до атмосферного:
Якщо в будь-якій точці 0 спочиває рідини відомо тиск, то тиск в іншій точці 1 цієї рідини можна визначити по основній формулі Паскаля:
де - відстань по вертикалі від досліджуваної точки до точки 0 за умови, що точка 0 розташована вище точки 1, або, що те ж, - заглиблення точки 1 щодо точки 0; - щільність рідини; - прискорення вільного падіння. Доданок являє собою додаткове вагове тиск стовпа рідини висотою. У разі якщо точка 0 знаходиться на вільної поверхні рідини, то дорівнює тиску газової фази, що знаходиться над поверхнею рідини (зовнішній тиск). В окремому випадку - атмосферного тиску над вільною поверхнею:
З формули гідростатики 3 випливає, що всяка зміна зовнішнього тиску викликає зміна тиску в усіх точках покоїться рідини на те ж значення. Це висновок відомий як закон Паскаля.
З формули (3), записаної у вигляді, слід, що величини надлишкового, вакуумметричного й абсолютного тисків можуть бути виражені через лінійні величини:
У формулах (4) - (6) позначено:
При вимірі тисків рідинними приладами внаслідок розширення
2. Прилади для вимірювання тиску.
Рідинні прилади набули широкого поширення завдяки простоті виконання і високої точності. Величина вимірюваного тиску знаходиться за формулами Паскаля (3), а відповідні висоти - за формулами
Мал. 1. Вимірювання надлишкового та вакуумметричного тиску за допомогою пьезометра
Найпростішим рідинним приладом є пьезометр - прозора трубка, одним кінцем опущена в досліджувану точку, іншим - відкрита в атмосферу (рис. 1). Надмірний тиск в точці А визначається пьезометрической висотою, вакуумметрическое тиск в точці В - вакуумметричний висотою:
Абсолютний тиск в точці А може бути визначено за наведеною висоті - висоті стовпа рідини в запаяній трубці, з якої вилучено повітря, так що тиск на вільній поверхні в ній близько до нуля:.
Для вимірювання різниці (перепаду) тиску служить U - образний мановакуумметри (рис. 2). Величина тиску також визначається формулами (7).
Мал. 2. U - образний мановакуумметри
Істотним недоліком рідинних приладів є вузькість діапазону вимірюваних тисків. Розширити цей діапазон можна, використовуючи декілька послідовно з'єднаних U - образних манометрів. Такий прилад називається батарейним мановакуумметрів (рис. 3).
Мал. 3. Батарейний мановакуумметри.
Тиск повітря в баку врівноважується перепадами рівнів рідини в трубках манометра. Для показань батарейного мановакуумметра на рис. 3 розрахунок манометричного тиску в баку визначається підсумовуванням всіх перепадів рівнів від відкритого кінця до приєднання його до резервуару:
Ваговим тиском повітря в лівому кінці батарейного манометра зважаючи на його малість нехтують.
ОПИС ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА
Стенд складається з робочого столу 1 (рис. 4), закріплених на ньому бака 2 і щита 3 на батарейках мановакуумметрів ПЗ. Поруч зі столом закріплений щит настінних пьезометров 4. Бак на заповнений робочою рідиною (водою). За допомогою насоса-компресора 5, встановленого на нижній полиці столу, під кришкою бака може бути створено надлишкове або вакуумметрическое тиск. Необхідний режим забезпечується за допомогою панелі управління 7 і кранів В1, В2 і ВЗ, В4. Тиск повітря в баку реєструється механічними приладами - манометром МН1 і вакуумметром ВН. Коліна батарейного мановакуумметра ПЗ заповнені рідиною - водою (в загальному випадку рідини можуть бути різними). Лівий кінець батарейного мановакуумметра з'єднаний з верхньою частиною бака, заповненої повітрям, правий відкритий в атмосферу.
На настінному щиті пьезометров 4 розміщені пьезометр П1, підключений до заповненої робочою рідиною частини бака, і U-образний мановакуумметри П2, заповнений водою. Один кінець мановакуумметра П2 приєднаний до верхньої (повітряної) частини бака, а другий виведений на механічний прилад - манометр МН2.
Мал. 4.Лабораторний стенд "Гідростатика ГС"
ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ
Режим надлишкового тиску (опит№1)
Записати показання пьезометра П1, що відповідають рівню вільної поверхні рідини в баку при атмосферному тиску в табл. 1.
За допомогою насоса-компресора встановити в баку режим надлишкового тиску. Для цього необхідно виконати наступні операції:
1 Відкрити крани В1, В4, В5, В7, В8 і В9;
2. Закрити крани В2, В3 і В6;
3. Включити тумблер «Мережа»;
4. Натиснути кнопку «Пуск» і встановити необхідний тиск (НЕ> 0,05 кгс / см2 за механічним приладу МН1);
5. Відпустити кнопку "Пуск" і перекрити крани Bl і В4.
Увага! Не допускати, щоб робоча рідина під дією надлишкового тиску вихлюпнулася через відкритий кінець П1. З огляду на інерційність рідини і повільне заповнення нею пьезометра, необхідно перед зняттям показань зробити паузу 5 хв. чекаючи стабілізації рівня рідини в П1, П2, П3.
6. Зафіксувати показання пьезометра П1, U - образного мановакуумметра П2, показання,,, батарейного манометра ПЗ і свідчення механічного приладу МН1; записати ці свідчення в табл. 2
7. Скинути надлишковий тиск в баку, для чого відкрити крани В1, В2, В3, В4.
Режим вакууметріческого тиску (досвід №2)
Записати показання пьезометра П1, що відповідають рівню вільної поверхні рідини в баку при атмосферному тиску;
За допомогою насоса-компресора встановити в баку режим вакуумметричного тиску. Для цього необхідно:
1. Відкрити крани В2, В3, В5, В6, В8, В9;
2. Закрити крани В1, В4 і В7;
3. Включити тумблер «Мережа»;
4. Натиснути кнопку «Пуск» і встановити необхідний тиск (НЕ> 0,04 за механічним приладу ВН);
Увага! Необхідно стежити, щоб рідина під дією вакуумметричного тиску не опустилася до нижнього краю пьезометра П1;
5. Відпустити кнопку «Пуск» і перекрити крани В2 і В3.
6. Зафіксувати показання пьезометра П1, U - образного мановакуумметра П2, показання,,, батарейного манометра ПЗ і свідчення механічного приладу ВН; записати ці свідчення в табл. 2
7. Зняти тиск в баку, для чого відкрити крани В1, В2, В3, В4.
Обробка результатів експериментів
За даними, записаним в таблицю в результаті проведених дослідів, виконати наступні обчислення:
для режиму надлишкового тиску
1. Розрахувати показань пьезометра П1 і надлишковий тиск по пьезометр.
2. Розрахувати надлишковий тиск по U-подібному манометрі.
3. Розрахувати показань батарейного манометра П3 і надлишковий тиск по батарейного манометру.
4. Порівняти розраховані значення,, з показаннями механічного приладу і обчислити похибку.
5. Занести результати розрахунків в таблицю.
6. Зняти показання атмосферного тиску з барометра. Розрахувати значення [Па] за показаннями механічного приладу МН1 (ВН).
для режиму вакууметріческого тиску
Повторити пункти 1-6 з вихідними даними 2-го досвіду.
7. Зробити висновки за результатами роботи.
Таблиця 1. Переклад розмірностей.
1. Дайте визначення абсолютного значення гідростатичного тиску.
2. Що називається надлишковим (манометричним) тиском, як воно виражається через абсолютне?
3. Що називається вакууметріческім тиском, як воно виражається через абсолютне?
4. Перерахуйте найбільш поширені одиниці виміру тиску і вкажіть який зв'язок існує між ними.
5. Які принципи дії приладів для вимірювання тиску вам відомі?
6. У чому полягає принцип дії рідинних приладів? Їх переваги і недоліки.
7. Запишіть основну формулу гідростатики і дайте пояснення її складових.
8. Сформулюйте закон Паскаля.
9. Як визначається гідростатичний тиск по батарейного манометру?
10. Який прилад для визначення тиск в даній роботі вважається більш точним і береться за еталон при розрахунку похибки?
при виконанні лабораторної роботи № 1
«Вимірювання гідростатичного тиску за допомогою рідинних і механічних приладів» в навчальній лабораторії гідравліки.
1. Перед початком роботи необхідно привести в порядок робоче місце, не захаращувати його предметами, що не мають відношення до виконаної роботи.
2. Студент зобов'язаний виконувати тільки ту роботу, яка йому доручена.
3. Не допускається робота студента в лабораторії без викладача або лаборанта.
4. Провести ретельний огляд устаткування і приладів для визначення їх придатності до роботи. Електричні шнури, вилки, розетки і вимикачі не повинні мати видимих пошкоджень. Включати установку при наявності несправностей забороняється.
5. Включати установку в роботу необхідно під наглядом викладача або лаборанта.
6. Під час виконання завдання студент не повинен займатися сторонніми справами, що не відносяться до виконання даної роботи.
7. Забороняється залишати без нагляду діючу установку.
8. Забороняється працювати в лабораторії одному. Обов'язкова присутність другої особи для надання першої допомоги в разі потреби.
9. Щоб уникнути можливого ураження електричним струмом, забороняється торкатися при включеній установці:
а) одночасно до проводів вимірювального приладу і до трубопроводу опалення, водопроводу або замикає контуру;
б) одночасно до корпусу вимірювального приладу і до трубопроводу опалення, водопроводу або замикає контуру;
10. У всіх випадках при наявності ознак аварійної ситуації необхідно негайно відключити установку і повідомити про те, що сталося викладачеві або лаборанту. Студентам забороняється усунення несправностей лабораторних установок.
11. Установка повинна бути негайно відключена, якщо виявлено пошкодження заземлення, захисного огородження при раптовому припиненні подачі енергії.
12. Після закінчення роботи установка повинна бути відключена в суворій відповідності до вказівок, наведених у методичній розробці до неї.
13. Перед відходом студенти зобов'язані привести в порядок своє робоче місце і довести до відома викладача про закінчення роботи.