|
|
ОглавлениеГлава 2. Методы и приборы для измерения давления Глава 3. Методы и приборы для измерения температуры Глава 4. Методы и приборы для измерения расхода Глава 5. Методы и приборы для измерения уровня Глава 6. Методы и приборы измерения геометрических размеров Глава 7. Методы и приборы для измерения вибрации Глава 8. Измерение параметров электромагнитной совместимости Глава 9. Методы и приборы измерения свойств вещества Глава 10. Методы и приборы измерения состава вещества Глава 11. Сопряжение датчиков с системами управления Часть 2. Технологические основы испытаний. Глава 12. Организация испытаний Глава 13. Испытания на воздействия факторов внешней среды Глава 14. Испытания изделий на воздействие внешних механических и гидрогазовых факторов Глава 16. Испытания трубопроводной арматуры Глава 18. Испытания газотурбинных газоперекачивающих агрегатов Для бесплатного чтения доступна только часть главы! Для чтения полной версии необходимо приобрести книгуГлава 2. Методы и приборы для измерения давления2.1. Единицы измерения давленияПод давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которую она действует. При равномерном распределении силы давление на всех участках площади одинаково. В этом случае давление определяют по формуле: Р = F / S, где Р — давление; F — сила; S — площадь. По своей физической природе давление (сила, действующая на единицу площади) не может быть измерена прямыми методами, т. е.непосредственным сравнением с эталоном. Распределенную по поверхности силу надо заменить равнодействующей силой, приложенной к математической точке и преобразовать в физическую величину, доступную для наблюдения. Первым подобное устройство в 1644 г. создал итальянский физик и математик Э. Торричелли (1608–1647). Заполненная ртутью и запаянная с одного конца стеклянная трубка открытым концом погружается в сосуд с ртутью. Ртуть из трубки перетекает в сосуд, но под действием атмосферного давления останавливается на высоте, соответствующей значению этого давления. В день проведения эксперимента эта величина составила 760 мм, что впоследствии было принято за «нормальное значение». Высота столба ртути прямо пропорциональна атмосферному давлению. Паскаль Блез (1623–1662), французский математик, физик, 15 ноября 1647 г. провел эксперимент на склоне горы Пюи-де-Дом. По мере подъема на гору ртуть понижалась в трубке — и так значительно, что разница на вершине горы и у ее подошвы составила более 3 дюймов. Прибор, который использовался в этом эксперименте, Паскаль назвал барометром. Опыт, проведенный Паскалем, подтвердил предположение Торричелли о существовании атмосферного давления. Именно поэтому первыми единицами для измерения давления были миллиметры ртутного столба и воды. Давление может быть выражено в различных единицах. В системе СИ за единицу давления принят паскаль (Па) — давление, вызываемое силой 1 Н, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м2, 1 Па = 1 Н/м2, а в системе единиц МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда) в качестве основной единицы давления приняты 1 кгс/см2 или внесистемная единица — техническая атмосфера (нормальная, физическая атмосфера) 1 ат = 1 кгс/см2 = 104 кгс/м2. К внесистемным единицам давления, также допускаемым к применению, относятся миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.), равный давлению на горизонтальную поверхность столба ртути высотой 1 мм при 0 °С и ускорении свободного падения 980,665 см/с2, миллиметр водного столба (мм вод. ст.), равный давлению на горизонтальную поверхность столба воды высотой 1 мм при +4 °С и ускорении свободного падения 980,665 см/с2. 1 атм (нормальная, физическая атмосфера) = 760 мм рт. ст. (при t = 0 °С, g = 9,80665 м/с2, p(Hg) — 13 595,08 кг/м3) = 760 Торр (торричелли) = 10 333 мм вод. ст. = 14,696 фунтов (английских) на квадратный дюйм = 15,724 фунтов (русских) на квадратный дюйм = = 1,033227 кгс/см2 = 1,01325 бар; 1 ат (техническая атмосфера) = 1 кгс/м2; 1 бар = 106 дин/см2 = 106 барий = 105 Па; 1 мм рт. ст. = 1,00000014 Торр = 133,3224 Па; 1 фунт/дюйм2 = 0,070307208 кгс/см2 (Великобритания); 1 фунт/дюйм2 = 0,070306682 кгс/см2 (США). Соотношения между единицами давления различных систем приведены в табл. 2.1. Таблица 2.1 Единицы давления
«Пустоты» как полного отсутствия молекул газов достичь невозможно, абсолютной пустоты не существует нигде, даже в космосе. В зависимости от вида измеряемого давления приборы условно делятся на: –барометры — для измерения абсолютного давления; –манометры — для измерения избыточного давления, они показывают на сколько давление в системе превышает атмосферное; –напоромеры — для измерения избыточного давления до 0,4 × 105 Па; –вакуумметры — для измерения глубокого разрежения; –тягомеры — для измерения разрежения до 0,4 × 105 Па; –мановакуумметры — для измерения избыточного давления и вакуума; –тягонапоромеры — для измерения избыточного давления до 0,4 × 105 Па и разрежения до 0,4 × 105 Па; –дифференциальные манометры (дифманометры) — для измерения разности (перепада) давлений. По принципу действия приборы для измерения давления подразделяются на: –жидкостные, основанные на уравновешивании измеряемого давления давлением соответствующего столба жидкости; –деформационные, измеряющие давление по величине деформации различных упругих элементов (мембранные, сильфонные, с трубчатой пружиной Бурдона); –грузопоршневые, в которых измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень; –электрические, основанные на преобразовании давления в одну из электрических величин, или на изменении электрических свойств материалов под действием давления. 2.2. Жидкостные приборы для измерения давленияПринцип действия жидкостного манометра основан на создании разности высот столбиков жидкости h в коленах U-образной стеклянной трубки под действием разности давлений Ра и Рb (рис. 2.1): Рис. 2.1. Жидкостный манометр ∆Р = Рb – Рa = gph (Па), (2.1) где g = 9,81 м/с2 — ускорение свободного падения; р — плотность жидкости, наполняющей манометр, кг/м3; h — разность высот жидкости в коленах манометра, м. При равенстве давлений (Рa = Рb) мы имеем классический случай равенства уровня жидкости в сообщающихся сосудах. Если левое колено манометра запаяно, то давление можно считать равным нулю, а значение h однозначно определит величину Рa. Показания U-образного манометра не зависят ни от диаметра его трубки, ни от ее формы — теоретически прибор может состоять из сообщающихся сосудов произвольной формы. Во избежание возникновения погрешности измерения прибор следует располагать вертикально. В качестве рабочей жидкости U-образных манометров для работы в вакуумных системах применяют вакуумное масло. Для более точного определения малых давлений используют жидкостный микроманометр с наклонной трубкой под различными углами (рис. 2.2). При этом определяется по шкале наклонной трубки длина L, заполненная жидкостью, от нулевой точки и переводится в высоту h по вертикали: h = Lsin (α) (2.3) Точность отсчетов наклонных манометров повышается по сравнению с вертикальными в 1/sin(α) раз. Так, если α = 5040’, то sin (5040’) = 0,1, тогда h = L/10, т. е. в этом случае представляется возможность произвести отсчет в 10 раз точнее, чем в обычном манометре. Рис. 2.2. Микроманометр: 1 — платформа, 2 — основание, 3 — бачок-резервуар, 4 — резиновый шланг, 5 — шкала, 6 — стеклянная трубка, 7 — фиксирующий зажим, 8 — наклонный упор 2.3. Грузопоршневые манометрыВ грузопоршневых манометрах чувствительным элементом является поршень, с помощью которого давление уравновешивается грузом или каким-либо силоизмерительным устройством (рис. 2.3). Распространение получил манометр с так называемым неуплотненным поршнем, в котором поршень притерт к цилиндру с небольшим зазором и перемещается в нем в осевом направлении. Впервые подобный прибор был создан в 1833 г. русскими учеными Е. И. Парротом и Э. Х. Ленцем; широкое применение поршневые манометры нашли во второй половине XIX в. благодаря работам Е. Рухгольца (Германия) и А. Амага (Франция), которые независимо друг от друга предложили «неуплотненный» поршень. Основное преимущество поршневых манометров перед жидкостными заключается в возможности измерения ими больших давлений при сохранении высокой точности. Поршневой манометр с относительно небольшими габаритами (высота около 0,5 м) превосходит по пределам измерений и точности 300-метровый ртутный манометр, конструкция которого была разработана французским ученым Л. Кальете. Манометр был смонтирован на Эйфелевой башне в Париже в 1891 г. Внимание! Авторские права на книгу "Испытания нефтегазового оборудования и их метрологическое обеспечение. Учебное пособие" (Под ред. Владимирова А.И., Кершенбаума В.Я.) охраняются законодательством! |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
