Лабораторная работа №1

ВВЕДЕНИЕ

Учебное пособие к лабораторным работам по курсам «Гидравлика», «Гидравлика, гидропневмоавтоматика и гидропневмооборудование», а также «Элементы и системы гидропневмоавтоматики» предназначены для студентов, обучающихся по специальностям 1201 и 2102.

С целью закрепления теоретического курса, ознакомления с приборами для измерения давления, расхода жидкости, конструкциями гидравлических машин, отдельных узлов и принципом работы центробежного насоса, проводятся лабораторные работы. В процессе проведения опытов на лабораторных стендах, студенты на практике знакомятся с законами равновесия и движения несжимаемой жидкости, истечения жидкости из отверстий и насадков, приобретают навыки исследовательской работы.

Лабораторная работа №1

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ

Цель работы – знакомство с приборами для измерения давления.

1. Основы теории и расчетные формулы

Для измерения давления в технике наиболее часто применяются две группы манометров: жидкостные и механические.

Простейшим жидкостным прибором для измерения давления является пьезометр, представляющий собой открытую сверху стеклянную трубку, присоединенную к сосуду, где измеряется давление (рис. 1).

Рис. 1. Пьезометр

Пьезометры показывают избыточное давление, то есть разность между абсолютным давлением P _абс и атмосферным давлением P _атм.

Пьезометр измеряет давление высотой столба жидкости. Для перехода от высоты столба к единицам давления необходимо измеренную высоту столба умножить на удельный вес жидкости g:

P = hγ.

Понятие удельный вес с размерностью Н/м³ представляет собой силу земного притяжения единицы объема вещества и не является справочной величиной, так как сила притяжения непостоянна и зависит от ускорения силы тяжести в точке измерения. Поэтому удельный вес следует определять по формуле

g = rg [H/м³],

где r – плотность вещества в кг/м³; g – истинное ускорение силы тяжести в м/сек².

За единицу давления в системе СИ принят паскаль Па – давление, вызываемое силой 1 Н, равномерно распределенное по поверхности площадью 1 м².

1 Па = 1 Н/м² = 10^–3 кПа = 10^–6 МПа = 0,102 кгс/м² = 0,000 01 атм.

Ниже приводятся соотношения между единицами давления в технической системе и единицами в системе СИ.

1 кг/см² = 1 ат = 98 066,5 Н/м²;

1 кг/м² = 1× 10^–4 ат = 9,806 65 Н/м²;

1 мм.рт.ст. = 133,332 Н/м²;

1 мм.вод.ст. = 9,806 65 Н/м².

Для измерения давления жидкости или газа можно пользоваться другой жидкостью, не смешивающейся с данной.

В этом случае пьезометр имеет несколько иную форму и называется жидкостным манометома (рис. 2).

Рис. 2. Жидкостный манометр

Давление на уровне 0–0 в обоих коленах манометра одинаково:

P₀ = P _абс + h¢g = P_ат + hg_м,

где g – удельный вес жидкости, заполняющей сосуд; g_м – удельный вес жидкости, заполняющей манометр.

Избыточное давление в сосуде

Р_изб = Р_абс – Р_атм = hγ_м – h′γ.

При помощи жидкостного манометра можно измерить и давление в сосуде меньшее, чем атмосферное (рис. 3). В этом случае манометр называется вакуумметром, так как измеряет вакуум или разряжение в сосуде, представляющее собой разность между атмосферным и абсолютным давлением в сосуде.

Рис. 3. Вакуумметр

Давление на уровне 0–0 в обоих коленах вакуумметра одинаково:

P₀ = P_ат = P_абс + h¢g + hg_м,

отсюда

P_вак = P_ат – P_абс = hg_м + h¢g.

Разряжение представляет собой как бы отрицательное избыточное давление.

Механические манометры: пружинные, мембранные и другие используются для измерения больших давлений.

Пружинные манометры. Наиболее распространенным в настоящее время пружинным манометром является трубчатый манометр. Манометр этой системы в качестве своей основной детали имеет полую латунную трубку 2, согнутую по дуге окружности (рис. 4). Трубка имеет эллиптическое или овальное сечение. Один конец трубки запаян. Полость трубки сообщается с областью 1, давление в которой измеряется. При увеличении давления трубка разгибается, при уменьшении –сгибается. Такая деформация трубки приводит к тому, что ее свободный конец перемещается относительно центра прибора, отдаляясь от него при увеличении давления и приближаясь к нему при уменьшении давления.

Перемещение конца трубки через тягу 3 и зубчатый сектор 4 передается шестерне 5, на оси которой укреплена стрелка прибора 6. По показанию стрелки определяется давление в той области, к которой присоединен манометр.

Рис. 4. Пружинный манометр Рис. 5. Мембранный манометр

При помощи пружинных манометров представляется возможным производить измерения давлений в широком диапазоне. Некоторые специальные конструкции пружинных манометров позволяют производить измерение давлений до сотен и тысяч атмосфер.

Мембранные манометры. В качестве основной детали имеют мембрану волнообразного сечения 1, соединенную со стрелкой 4 через тягу 2 и шестерню 3.

Стрелка может перемещаться по градуированной шкале. Измеряемое давление подводится в камеру 5 и деформирует мембрану (рис. 5). В результате этого стрелка передвигается по шкале, отсчет по которой и даст величину определяемого давления. Изменяя размеры мембраны и ее жесткость, можно создать манометры для измерения различных давлений.

2. Описание установки

Измерение давлений высотой столба жидкости

Установка состоит из сосуда с водой (1) емкостью около 7 литров, снабженного водомерным стеклом (2) (рис. 6).

Рис. 6. Схема установки

К сосуду присоединены в различных точках три жидкостных манометра, из которых – № 1 (3) – заполнен водой (пьезо­метр), – № 2 (4) – ртутью и– № 3 (5) – четырех­хлористым углеродом.

В верхней точке сосуда имеется манометр № 4 (6), показывающий давление, создаваемое воздушной подушкой внутри сосуда.

Избыточное давление и разряжение в воздушной подушке соз­дается при помощи насоса (7).

Во время проведения опыта сосуд примерно на две трети запол­няется водой и на одну треть воздухом.

3. Порядок проведения работы

1. При помощи насоса (7) в сосуде над жидкостью создают избыточное давление.

Записывают показания h и h' жидкостных манометров № 1 (3), № 2 (4) и № 3 (5), а также показания манометра № 4 (6), измеряю­щего давление в воздушной подушке непосредственно.

2. Насосом (7), соединенным с сосудом, в воздушной подушке создают разряжение.

Записывают показания h и h' жидкостных манометров № 1, № 2 и № 3, а также показания манометра, измеряющего разряжение в воздушной подушке непосредственно.

Пользуясь приведенными формулами, вычисляют давление в воздуш­ной подушке на основании показаний жидкостных манометров № 1, № 2, № 3.

Сравнивают полученные результаты с показаниями манометра № 4, измеряющего давление или разряжение в воздушной подушке непосред­ственно.

3. Кроме того, знакомятся с манометрами и вакуумметрами, имеющимися в лаборатории.

Отчет о проведенной работе составляется по следующей форме:

4. Форма отчета