Измерение давления газа в сосуде

Определение величины давления

Давление

– это величина, характеризующая действие силы на единицу поверхности.

При определении величины давления принято различать давление абсолютное, атмосферное, избыточное и вакуумметрическое.

Абсолютное давление (ра)

– это давление внутри какой-либо системы, под которым находится газ, пар или жидкость, отсчитываемое от абсолютного нуля.

Атмосферное давление (рв)

создается массой воздушного столба земной атмосферы. Оно имеет переменную величину, зависящую от высоты местности над уровнем моря, географической широты и метеорологических условий.

Избыточное давление

определяется разностью между абсолютным давлением (ра) и атмосферным давлением (рв):

Вакуум (разрежение)

– это такое состояние газа, при котором его давление меньше атмосферного. Количественно вакуумметрическое давление определяется разностью между атмосферным давлением и абсолютным давлением внутри вакуумной системы:

Читать также: Продукция черной металлургии это

При измерении давления в движущихся средах под понятием давления понимают статическое и динамическое давление.

Статическое давление (рст)

– это давление, зависящее от запаса потенциальной энергии газовой или жидкостной среды; определяется статическим напором. Оно может быть избыточным или вакуумметрическим, в частном случае может быть равно атмосферному.

Динамическое давление (рд)

– это давление, обусловленное скоростью движения потока газа или жидкости.

Полное давление (рп)

движущейся среды слагается из статического (рст) и динамического (рд) давлений:

Давление в жидкости

В чем причина такого эффекта? Дело в том, что при смещении различных слоев жидкости относительно друг друга в ней не возникает никаких сил, связанных с деформацией. Нет сдвигов и деформаций в жидких и газообразных средах, в твердых же телах при попытке сдвинуть один слой против другого возникают значительные силы упругости. Поэтому говорят, что жидкость стремится заполнить нижнюю часть того объема, в котором она помещается. Газ же стремится заполнить весь объем, в который его помещают. Но это в действительности заблуждение, так как, если посмотреть на нашу Землю со стороны, мы увидим, что газ (земная атмосфера) опускается вниз и стремится заполнить некоторую область на поверхности Земли. Верхняя граница этой области достаточно ровная и гладкая, как и поверхность жидкости, заполняющей моря, океаны, озера. Все дело в том, что плотность газа значительно меньше плотности жидкости, поэтому, если бы газ был очень плотным, он точно так же опускался бы вниз и мы видели верхнюю границу атмосферы. В связи с тем, что в жидкости и газе не возникает сдвигов и деформаций – все силы взаимодействуют между различными областями жидкой и газообразной среды, это силы, направленные по нормальной поверхности, разделяющей эти части. Такие силы, направленные всегда по нормальной поверхности, называются силами давления. Если мы разделим величину силы давления на некоторую поверхность на площадь этой поверхности, мы получим плотность силы давления, которую называют просто давление (или иногда добавляют гидростатическое давление), даже в газообразной среде, поскольку с точки зрения давления газообразная среда практически ничем не отличается от жидкой среды.

Методы измерения давления

Широкое использование давления, его перепада и разрежения в технологических процессах вызывает необходимость применять разнообразные методы и средства измерения и контроля давления.

Методы измерения давления основаны на сравнении сил измеряемого давления с силами:

давления столба жидкости (ртути, воды) соответствующей высоты;

развиваемыми при деформации упругих элементов (пружин, мембран, манометрических коробок, сильфонов и манометрических трубок);

упругими силами, возникающими при деформации некоторых материалов и вызывающими электрические эффекты.

Классификация приборов измерения давления

Классификация по принципу действия

В соответствии с указанными методами, приборы измерения давления можно разделить, по принципу действия на:

Наибольшее распространение в промышленности получили деформационные средства измерения. Остальные, в большинстве своем, нашли применение в лабораторных условиях в качестве образцовых или исследовательских.

Классификация в зависимости от измеряемой величины

В зависимости от измеряемой величины средства измерения давления подразделяются на:

манометры – для измерения избыточного давления (давления выше атмосферного);

микроманометры (напоромеры) – для измерения малых избыточных давлений (до 40 кПа);

барометры – для измерения атмосферного давления;

микровакуумметры (тягомеры) – для измерения малых разряжений (до -40 кПа);

вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления;

мановакуумметры – для измерения избыточного и вакуумметрического давления;

напоротягомеры – для измерения избыточного (до 40 кПа) и вакуумметрического давления (до -40 кПа);

манометры абсолютного давления – для измерения давления, отсчитываемого от абсолютного нуля;

Читать также: Какой самый хороший блендер

дифференциальные манометры – для измерения разности (перепада) давлений.

ПРОВЕРИЛ:________________

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение назначения, устройства, принцип действия и тарировки приборов дня измерения давления (абсолютного, манометрического вакуумметрического).

Приборы для измерения давлений

Приборы для измерения давлений классифицируют по различным признакам. По характеру измеряемого давления приборы разделяют на следующие классы:

1) барометры

– приборы для измерения атмосферного давления:

2) манометры

– приборы для измерения избыточного давления;

3) вакуумметры

– приборы для измерения вакуума;

4) мановакуумметры

– приборы для измерения, как избыточного давления, так и вакуума;

5) манометры абсолютного давления

– приборы для измерения абсолютного (полного) давления;

6) дифференциальные манометры

– приборы для измерения разности давлении.

По принципу действий приборы различают:

Простейшим прибором для измерения избыточного давления является пьезометр (рис.1, а). Он представляет собой вертикально установленную прозрачную стеклянную или ПВХ трубку с открытым верхним концом

Измерения по пьезометру проводят в единицах длины, поэтому иногда давления выражают в единицах высоты столба определенной жидкости. Пьезометр высотой 1,5. 2м позволяет измерить давление до 0,15. 0,20 атм.

Основным достоинством пьезометра является простота устройства и точность измерения. Основным недостатком пьезометра является малый диапазон измеряемых давлений. При больших давлениях пьезометр становится слишком громоздким. К недостаткам пьезометра также можно отнести хрупкость.

Избыточное давление в жидкостях или газах измеряется манометрами

. Это весьма обширный набор измерительных приборов различной конструкции и различного исполнения

На рисунке 1,б показана схема действия поршневого манометра. При увеличении давления в сосуде жидкость или газ по закону Паскаля передаёт это давление на нижнюю поверхность поршня, заставляя его тем самым подниматься или опускаться. Поршень связан через систему рычагов с указательной стрелкой.

Рис.1 Приборы для измерения избыточного давления

а) пьезометр, б) поршневой манометр, в) жидкостный манометр, г) мембранный манометр, д) сильфонный манометр

Другой тип манометра – это открытый (жидкостный) манометр (рис.1, в). Он состоит из U-образной трубки, наполненной ртутью или другой жидкостью. Работа основана на законе сообщающихся сосудов и на уравновешивании измеряемого давления газа давлением столба жидкости (ртути, воды и т. д.). В один конец трубки подается давление. Жидкость в другой трубке поднимается до тех пор, пока измеряемое давление не будет в точности равно давлению, вызываемому разностью уровней жидкости в двух коленах трубки. Зная эту разность высот можно рассчитать давление.

Недостатком такого манометра является то, что величина давления зависит от ускорения свободного падения в данном месте. Не всегда такой манометр градуируется в паскалях, часто бывает удобным измерять давление в единицах высоты столба данной жидкости – в миллиметрах ртутного столба, водяного столба (1 мм вод. ст. – 9,8 Па; 1 мм рт. ст. = 133,3 Па)

Одним из простых приборов для измерения повышенных и высоких давлений является трубчатый манометр или манометр Бурдона Главная составная часть его – изогнутая по дуге латунная труба 1 овального сечения (рис. 2).

Читать также: Самодельная направляющая шина для дисковой пилы

Жидкость или газ, производя давление изнутри трубки, выпрямляет ее.

Жидкость или газ подается в штуцер 3, соединенный с трубкой 1. Трубка, распрямляясь, приводит в движение систему зубчатых колес и рычагов 2, которые поворачивают стрелку 4; чем больше давление, тем на больший угол повернется стрелка. Угол поворота стрелки пропорционален измеряемому давлению. Шкала, нанесенная на циферблате, градуирована в единицах давления. Обычно манометр калибруется в МПа. Такие манометры применяются при измерении давления воздуха, пара, газов и жидкостей. Манометры для измерения давления в шинах автомобиля часто бывают типа манометра Бурдона.

Таким образом, это деформационный манометр.

К деформационным относятся также мембранные и сильфонные манометры (рис. 1, г, д)

Главной частью мембранного манометра является гибкая круглая плоская пластина способная получить прогиб под действием давления.

Сильфонный манометр (сильфон) представляют собой тонкостенную цилиндрическую оболочку с поперечными гофрами, способную получать значительное перемещении под действием давления. Для увеличения жесткости внутрь сильфона часто помещают пружину. Сильфоны изготавливают из бронзы, углеродистой стали, алюминиевых сплавов. Серийно производят бесшовные и сварные сильфоны диаметром от 8-10 до 80-100 мм. Сильфоны более чувствительны, чем мембранные манометры и имеют больший диапазон измерений.

Основными достоинствами приборов являются большой диапазон измеряемых давлений, простота устройства и применения, портативность и универсальность.

Основным недостатком приборов является непостоянство их показаний, вследствие постепенных изменений упругих свойств пружинящего элемента, возникновения остаточной деформации, износа передаточного механизма. Поэтому такие приборы необходимо периодически проверять.

Манометры позволяют определять давление лишь с определенной точностью, класс точности манометров определяется величиной k, выражающей максимальную допустимую погрешность величины , соответствующей предельному показанию шкалы прибора

Номинальный ряд классов, точности манометров: 0,005; 0,02; 0,05; 0,1; 0.2; 0,35; 1; 2; 2,5; 4,0; 6,0.

Манометры и вакуумметры, пружинные образцовые служат для контроля манометров общего назначения и для проведения особо точных замеров. Для контроля образцовых манометров используются грузопоршневые манометры.

Манометры класса 0,05 предназначены для проверки образцовых пружинных и других манометров точных измерения, манометры класса 0,2 – для проверки технических манометров общего назначения.

Рис.2 Механический манометр трубчатого типа

Стенд для тарировки включает:

Рис.3 Экспериментальная установка

ВЫВОДЫ

1. Сделать заключение о годности проверяемого прибора в эксплуатации.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения:

Студент – человек, постоянно откладывающий неизбежность.

10178 – | 7215 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock! и обновите страницу (F5)

очень нужно

( 1 оценка, среднее 4 из 5 )

Источник

Манометрическая трубка / сужена в месте нижнего изгиба 3 и в верхней части 2 запаянного конца, чтобы предупредить сильный удар в запаянный конец при быстром впуске воздуха в манометр.

Точность измерения давления вакуумметром составляет 0,5-1,0 торр. Концы трубок 6 и 7 присоединяют один к прибору, в котором измеряют давление, другой – к вакуум-насосу. При выполнении работ под вакуумом до впуска воздуха в вакуумируемый прибор кран 4 следует закрывать во избежание загрязнения ртути. Кран открывают только на время снятия показаний вакуумметра. Перед работой вакуумметр проверяют по показаниям образцового вакуумметра.

Значение вакуума определяют по шкале 8 от верхней точки поверхности ртути в полностью заполненной ею трубке 1 до верхнего края мениска ртути, когда столбик ртути опустился, Стеклянные трубки вакуумметра прикреплены к деревянной стойке хомутами 5.

Погрешность измерений давления этим вакуумметром достигает 10 Па.

Измерение среднего вакуума проводят при помощи вакууметров Гюйгенса (рис. 243,о) и Цимерли (рис. 243,6).

Вакуумметр Гюйгенса состоит из двух сосудов 6 одинаковой формы диаметром 30 – 40 мм, наполненных ртутью и погруженных в термостат 7 с постоянной температурой. Правый резервуар содержит над ртутью нонановую кислоту 5 или дибутилфталат – жидкости с малым давлением пара и небольшой плотностью. Этот сосуд соединен с капилляром 4 диаметром 1,5 – 3,0 мм, расположенным под углом а равным 5-10°. Сосуд 2 служит для удаления из жидкости растворенных газов путем соединения его через кран 1 с глубоким вакуумом при закрытом кране 3. Вакуумирование продолжают до появления давления пара жидкости 5.

Предварительно из жидкости тщательно удаляют примесь воды. После подготовки прибора к работе закрывают кран 1 и открывают кран 3, соединяющий прибор с системой, в которой нужно измерить давление.

Температуру в термостате поддерживают близкую к комнатной с точностью ±0,05 °С. Если в первом сосуде над ртутью находится около 10 мл нонановой кислоты, то изменение температуры всего на 1 °С вызовет изменение длины столба жидкости в капилляре с внутренним диаметром 1,5 мм на 6 мм.

Манометр Гюйгенса позволяет измерять давление ниже 1 торр с погрешностью ±0,001 торр. Калибруют прибор по манометру Мак-Леода (см. ниже).

Гюйгенс Христиан (1629-1695) – нидерландский механик, физик и математик.

В вакуумметре Цимерли диаметр сосудов У, 2 и 3 (рис. 243,6) не менее 16 мм. Такой диаметр исключает поправки на капиллярное понижение мениска ртути (см. табл. 35). Сосуды 1 и 3 соединены с прибором, в котором измеряется давление через трубку 5, а сосуд 2 соединен через капилляр 4 с сосудом 3. Такое соединение сосудов составляет основное отличие этого вакуумметра от U-образного вакуумметра (см. рис. 242,6).

Когда вакуумметр Цимерли соединен с прибором, в котором надо измерить вакуум, то оба столба ртути в сосуде 2 и капилляре 4 начнут опускаться до тех пор, пока их уровни не станут постоянными; при этом столб ртути разрывается в верхнем изгибе капилляра. Значение Л, покажет абсолютное давление в присоединенном к вакуумметру через трубку 5 приборе.

Чтобы подготовить вакуумметр к работе, через боковую трубку 5 наливают ртуть, пока сосуды / и 2 не наполнятся на V высоты. Затем вакуумметр откачивают до возможно более глубокого вакуума. При этом, чтобы удалить пузырьки воздуха прилипшие к стенкам трубок, вакуумметр наклоняют назад почти до горизонтального положения. Затем, не отключая вакуума его ставят вертикально и наклоняют влево, пока ртуть не почет из верхней части сосуда 2 через капилляр 4 в сосуд

Рис. 244. Чашечный вакуумметр с наклонной вакуумметрической трубкой (а) и вакуумметр Дубровина (б)

время перетока ртути удаляются последние количества воздуха и образуется затвор, который препятствует попаданию воздуха в сосуд 2. Когда уровень ртути в сосуде 7 приближается к ее основанию, вакуумметр возвращают в вертикальное положение и в него после отключения вакуума осторожно впускают воздух. При этом ртуть поднимается в сосуде 2 и капилляре 4 до тех пор, пока оба столба ртути не сольются в верхнем изгибе капилляра, заполнив сосуд 2 и капилляр. Уровни ртути в сосудах 1 и 3 должны находиться приблизительно на 20 мм выше отметки 0-0.

Измерение высокого вакуума проводят при помоши жидкостных чашечных вакуумметров с наклонной вакуумметрической трубкой, вакуумметров Дубровина, Мак-Леода и Гурского.

Чашечный вакуумметр с переменным наклоном вакуумметрической трубки 1 (рис. 244,а) позволяет измерять вакуум в пяти диапазонах от 0 до 1800 Па (от 0 до 16 торр) с погрешностью 0,5 – 1,0%, определяемой погрешностью самого прибора, ошибкой отсчета показаний по шкале 3 и несоответствием действительного и расчетного значений плотности вакуумметрической жидкости [см. уравнение (10.5)].

Стеклянная трубка 1 имеет длину 250 – 300 мм с внутренним Диаметром около 4 мм. Дуга 2 содержит пять отверстий для фиксированного наклона трубки. Корректировку нулевого показания 0-0 осуществляют вращением регулировочного винта 7, перемещающего плунжер-вытеснитель 8 в чашке 5. Плунжер при погружении или подъеме изменяет уровень вакуумметрической жидкости в сосуде 5, а следовательно, и в трубке 1. В качестве манометрической жидкости помимо ртути чаще всего применяют этанол с концентрацией 95,5% (об.).

Значение давления определяют из соотношения

(10.5)

Р ~ давление, г/(см•с2);

l – длина манометрической жидкости в трубке L, α – угол наклона трубки;

d1 и d2 – внутренние диаметры соответственно чашки 5 и трубки 1; d3 – наружный диаметр плунжера р – плотность 95% го этанола составляет 0,810 г/см3; g – ускорение свободного падения, 980,665 см/с2

Трехходовой кран 6 служит для присоединения прибора к вакууммируемой системе и корректировке нулевого показана шкалы 3. Резиновые трубки 4 соединяют части прибора.

Вакуумметр Дубровина (рис. 244,6) позволяет растянуть щкалу давлений и тем самым увеличить точность измерений почти в 25 раз. В вакуумметре находится запаянная в верхнем конце свободно плавающая в ртути трубка 3 высотой 300 мм и внутренним диаметром 9 мм. Боковое смещение трубки ограничено тремя направляющими конусами 4, приваренными к сосуду 1 и слегка касающимися наружной стенки трубки 3.

Перед измерением трубка 3 полностью заполнена ртутью и плавает в сосуде 1. При уменьшении давления в этом сосуде трубка начинает всплывать, а уровень ртути в ней понижается. Значение А, отвечает измеряемому давлению в системе, с уменьшением давления на 1 торр значение А, уменьшается на 1 мм. Нижний предел измерения давления этим прибором лежит около 1 Па (0,01 торр).

Если вместо ртути использовать силиконовое масло , то нижний предел измерения давления может быть доведен до 8 10-2 Па (6*10-4 торр).

Дубровин Александр Иванович (1855-1922) – русский врач и общественный деятель.

Вакуумметр Мак-Леода (рис. 245,а) применяют для измерения высокого вакуума в пределах от 0,01 до 100 Па (10-4 -1,0 торр). Он служит также для калибровки и проверки остальных вакуумметров. Измерения, проводимые при помощи этого прибора, основаны на предположении справедливости закона Бойля -Мариотта для низких давлений.

Мак-Леод Джон (1877-1935) – канадский химик-органик, лауреат Нобелевской премии.

Бойль Роберт (1627 – 1691) – английский физик и химик. Закон открыл в 1660 г. Этот же закон независимо от Бойля был открыт французским физиком Э. Мариоттом.

Для измерения давления вакуумметр Мак-Леода присоединяют к вакуумной системе через вакуумный кран 1. После создания в приборе вакуума открывают трехходовой кран 7, связывающий манометр через трубку 9 с атмосферой, под давлением которой ртуть поднимается из склянки 10 вверх. При свое движении ртуть отсекает в резервуаре 5 вместимостью от 100 до 300 мл объем газа V0, занимающий этот резервуар, и связанный с ним объем капилляра 4 длиной 80 мм и диаметром 0,7 -1.6 мм. Рядом с капилляром 4 расположен капилляр 2 того же диаметра

245. Вакуумметры Мак-Леода (а) и Гурского (б)

Ртути дают подняться в капилляре 1 пока она не достигнет положения А на уровне вершины капилляра 4. Ртуть в этом капилляре доходит лишь до более низкой точки 8 сжимая газ в сосуде 5 и в капилляре 4 до объема Vx. как только ртуть в капилляре 2 достигнет уровня А, кран 7 закрывают.

Давление сжатого в капилляре 4 газа после такой операции равно измеряемому давлению системы плюс давление столба ртути между уровнями А и В. Если h, –

высота столба ртути, определяемая по рядом расположенной шкале, а давление р системы ничтожно мало по сравнению с давлением этого столба ртути, то из закона Бойля – Мариотта следует, что

(10.6)

где р – измеряемое давление, торр; V1 – объем сжатого газа в капилляре 4, мл; V0 – объем сосуда 5 и капилляра 4. мл.

Так как капилляр 4 имеет постоянный диаметр, имеем

(10.7)

V1 – объем капилляра на единицу его длины L, см3.

Отсюда

(10.8)

т е. давление газа в системе (в торр) пропорционально квадрату высоты столба ртути в капилляре 4. Отношение Vl/V0 определяют заранее, тщательно измеряя объем капилляра 4 и общий объем сосуда 5 и капилляра 4.

После измерения давления вакуумметр соединяют при помощи крана 7 с вакуумным насосом, присоединяемым к трубке и ртуть снова опускается в склянку 10.

Вакуумметр Мак-Леода дает неправильные результаты при измерении давления легко конденсирующихся газов, а также газов, содержащих примеси NH3, СO2, Н20, НС1, SO2 и другиим подобных не подчиняющихся закону Бойля – Мариотта

Другие части:

10.4. Измерение давления газа . Часть 1

10.4. Измерение давления газа . Часть 2

10.4. Измерение давления газа . Часть 3

К оглавлению

Источник