Студопедия
Новини освіти і науки:
Контакти
 


Тлумачний словник






ТИСК ЯК ФІЗИЧНА ВЕЛИЧИНА

Поняття про тиск добре обґрунтоване у світі сучасних уявлень молекулярно-кінетичної теорії будови речовин або статистичної фізики.

Згідно до цих уявлень, будь-яке тіло складається з величезної кількості надзвичайно малих відокремлених часток – молекул, які знаходяться у безладному, хаотичному і безперервному русі. При цьому всі напрямки руху рівновірогідні, жодному з них не може бути надано перевагу перед іншими. Якщо речовина знаходиться у якому-небудь об’ємі, обмеженому стіною, то у процесі руху молекул відбуваються як їх взаємні удари, так і безперервні удари молекул об поверхню цієї стіни.

Таким чином, рідина або газ, які знаходяться у посудині, створюють тиск на стінки цієї посудини, до того ж, завдяки рівновірогіднісному напрямку руху молекул, тиск на усі стінки однаковий, що сформульовано у законі Паскаля* [1].

 

Отже, тиск як фізична величина є параметром стану досліджуваної речовини і виявляється під час взаємодії цієї речовини з контактуючою поверхнею.

Тиском Р називають відношення Р=F/S абсолютної величини нормального такого, що діє перпендикулярно до поверхні тіла, вектора сили F до площі S цієї поверхні.

Тиск, який створений вагою повітря (атмосфери), що оточує земну кулю, назвається атмосферним тискоматм.). Він діє на всі тіла, що знаходяться на земній поверхні Атмосферний тиск зрівноважений стовпчиком ртуті висотою 760 мм (на рівні моря), тому тиск 760 мм. рт. ст. називається фізичною атмосферою.

В технологічних процесах тиск або розрідження створюється штучно >або<Pатм (під тиском кисень в балоні; в димовій трубі розрідження для витяжки газів з пічки 80-150 мм. вод.ст. або 785-1470 н/м2).

Рабс= (2.1)

Розрізняють абсолютний і надлишковий тиск.

Абсолютний тиск – певний тиск, під яким знаходиться пара або газ з врахуванням Ратм..

Надлишковим називається тиск, який є більший за Ратм.. Тиск, менший за Ратм. називається тиском розрідження (вакуумом).

Розрізняють поняття “розрідження” (не менше 0,667бар. 500 мм. рт. ст) і “вакуум” (менше 500 мм. рт. ст.).



Интернет реклама УБС

Якщо абсолютний тиск буде більший за атмосферний, то різницю тисків називають надлишковим тиском РН

РН = Рабс – Ратм. (2.2)

Якщо абсолютний тиск середовища за значенням менший за атмосферний, то вимірювану різницю тисків називають вакуумметричним тиском РВ

РВ = Ратм – Рабс. (2.3)

Висловлене вище відноситься до середовища, що знаходиться у стані спокою. Під час руху середовища його повний тиск РП складається з суми статичного РС і динамічного РД тисків:

РП = РС + РД, (2.4)

де статичний тиск РС характеризується запасом потенціальної енергії потоку, а динамічний тиск РД – запасом кінетичної енергії, тобто залежить від швидкості руху середовища.

Повний внутрішній тиску рухомому середовищі, наприклад, горизонтального напірного трубопроводу, визначається сумою зовнішнього, гідростатичного і гідродинамічноготиску (швидкісного напірного тиску), а також втратами тиску на тертя по

всій довжині труби і вихровими втратами при змінах величини і напрямку потоку в гідравлічнихопорах (колінах, засувках, діафрагмах тощо). У напірних трубопроводах з енергоносіями виміряється, як правило, статичний тиск, що є різницею повного і динамічного тисків; при цьому швидкісні характеристики потоку враховуються у витратомірах і лічильниках при вимірюванні витрати і кількості середовища [46].

Внутрішній тиск рідких і газоподібних середовищ у стані спокою залежить не тільки від зовнішнього тиску, але і від ваги самого середовища. Ця залежність найбільш істотна для рідин, що володіють більшою густиною, ніж гази. Положення точки вимірювання щодо горизонтальних площин — поверхонь рівного тиску — визначає вагову складову внутрішнього тиску — гідростатичний тиск.

До 1963 року у технології за одиницю атмосфери було прийнято технологічну атмосферу ( сила 1 кГ на 1см2 ), яка була рівна стовпчику води висотою 10 м і стовпчику ртуті висотою 735,56 мм. Між одиницями тиску існує співвідношення:

1 ат (технічна атмосфера) = 1 кгс/см2 = 735,56 мм. рт. ст. = 9,80665×105 Па = 0,1 МПа при 0 оС

* Блез Паска́ль(червня 1623 — 19 серпня 1662) — французький філософ, фізик, математик.Відомий відкриттям формули біноміальних коефіцієнтів, вкладом в теорію йомовірності, винаходом гідравлічного пресу й шприца та іншими відкриттями.

1 =10000 мм. вод. ст. при 4 оС

У Міжнародній системі одиниць (СІ) за одиницю тиску приймають паскаль (Па), який мас розмірність 1 Н/м2. При необхідності тиск вимірюють в. кратних і дольних одиницях: МПа, кПа, мПа , а також в барах 1 бар=105 Па.

Враховуючи наявність значної кількості позасистемних одиниць тиску, які часто використовуються на практиці, у табл.2.1 подамо їх перелік і співвідношення з іншими одиницями:

1 атм (фізична атмосфера) = 1,0332 кгс/см2 = 760 мм. рт ст. = 101325 Па = 760 Торр = 0.1МПа;

1 мм. вод. ст. = 1 кгс/м2 = 9,80665 Па = 73,556.ІО-3 мм. рт. ст;

1 мм. рт. ст. = 1,00000014 Торр = 133,322 Па;

1 фут/дюйм2 = 0,070307208 кгс/см2 (Велика Британія);

1 рsi (фут/дюйм2) = 0,070306682 кгс/см2 (США).

У відповідності з ГОСТ 2405 прилади для вимірювання тиску класифікуються за принципом дії і за видом вимірювальної величини.

За принципом дії прилади бувають:

1) рідинні, які базуються на зрівноваженні вимірювального тиску гідростатичним тиском стовпа рідини;

2) вантажопоршневі, які використовують умови зрівноваження зусилля, що виникає на вільнорухомому поршні від дії вимірювального тиску вагою каліброваних вантажів;

3) деформаційні (пружинні), які вимірюють тиск по значеннях деформації різноманітних пружних елементів або по величині зусилля, яке ними розвивається;

4) електричні, які базуються на перетворенні тиску в будь-яку електричну величину або на зміні електричних властивостей матеріалу під дією зусилля.

За родом вимірювальної величини засоби для вимірювання тиску поділяються на:

1) манометри – прилади для вимірювання абсолютного і надлишкового тиску;

2) вакуумметри - прилади для вимірювання розрідження (вакууму);

3) мановакуумметри – прилади для вимірювання надлишкового тиску і вакууму;

4) диференціальні манометри (дифманометри) - прилади для вимірювання різниці тисків, жоден з яких не є тиском оточуючого середовища;

5) барометри - прилади для вимірювання атмосферного тиску;

6) напороміри, тягоміри і тягонапороміри - прилади для вимірювання невеликих значень (переважно не більше за 1 кПа) відповідно надлишкового тиску, розрідження і тиску і розрідження одночасно [35].

Для вимірювання тиску застосовують два основні методи:

а) прямий, який базується на безпосередньому вимірюванні зусилля, що діє на деяку поверхню (вантажопоршневі і рідинні манометри);

б) непрямий, який використовує різноманітні закони прикладної механіки, наприклад, пружну деформацію чутливого елемента під дією тиску (пружинні манометри) або електричні, оптичні чи хімічні явища, що мають місце при певних тисках, наприклад, зміну електричного опору чутливого елементу при високих тисках (електричні манометри).

Згідно ДСТУ 3651.1-97 "Одиниці фізичних величин. Похідні одиниці фізичних величин міжнародної системи одиниць та позасистемні одиниці. Основні поняття, назви та позначення" допускається тимчасово, до прийняття відповідних міжнародних ухвал, застосовувати на рівні з одиницями SI позасистемну одиницю тиску – бар [20].

Для переведення результатів вимірювання з позасистемних одиниць у Паскалі використовують відношення, що наведені у табл.2.1

 

 

Таблиця 2.1 – Відношення між одиницями тиску

Одиниця тиску Па Бар кгс/см2 кгс/м2 (мм вод.ст.) мм рт.ст.
Па 1·10–5 1,02∙10–5 0,101972 0,007501
Бар 1·105 0,981 10,2·103
кгс/см2 98066,5 0,980665 1·104 735,56
кгс/м2 (мм вод.ст.) 9,80665 9,807×10-5 1·10–4 0,073556
мм рт.ст. 133,332 0,001333 0,00136 13,5951

 

2.3 РІДИННІ ПРИЛАДИ ДЛЯ ВИМІРЮВАННЯ ТИСКУ

 

Рідинні прилади відрізняються простотою конструкції і відносно високою точністю вимірювання; вони широко застосовуються як для лабораторних, так і для технічних вимірювань. Рідинні прилади служать для градуювання і повірки приладів інших систем, для вимірювання невеликого надлишкового тиску, розріджень, різниці тисків, а також атмосферного тиску.

Двотрубний U-подібний манометр(рис. 2.1) складається зі скляної трубки, зігнутої у вигляді букви U. Трубка закріплена на дошці зі шкалою, розташованою між гілками трубки. Трубка манометра заповнена рідиною (ртуттю, водою, спиртом).

Принцип вимірювання тиску за допомогою U-подібного манометра заснований на безпосередньому спостереженні різниці рівнів h замкової рідини. Якщо обидві трубки (зі знаком “+” та “-”) з’єднані з атмосферою, замкова рідина в обох колінах розташовується на одному рівні. Коли ж в одну з трубок подати вимірюваний тиск Р, то в залежності від того, більше чи менше значення Ратм від значення вимірюваного тиску Р, ЗВТ працює як манометр (Р>Ратм) або як вакуумметр (Р<Ратм). Якщо до обох колін (до трубок “+” та “-”) підключити різні тиски, ЗВТ буде працювати як диференційний рідинний манометр (дифманометр) для вимірювання різниці тисків.

Система знаходиться в рівновазі, якщо гідростатичний тиск стовпа рідини у відкритому коліні манометра врівноважується тиском в іншому коліні:

(2.5)

де Ра - абсолютний тиск в апараті або трубопроводі в Н/м2;

Рб - барометричний тиск в Н/м2;

S - площа перерізу трубки в м2;

Н - різниця рівнів рідини в обох колінах або висота зрівноважуючого стовпа рідини в м;

r - густина рідини в манометрі в кг/м3;

r1 - густина середовища, що знаходиться над рідиною в манометрі, в кг/м3;

g - прискорення сили земного тяжіння в м/с2.

З рівняння (2.5) одержуємо

(2.6)

або

(2.7)

Якщо над рідиною в манометрі газ, то

(2.8)

Манометр наповнюється рідиною до нульової відмітки шкали. Для визначення висоти стовпа рідини необхідно робити два відліки: зниження в одному коліні, підйому в іншому - і підсумовувати заміряні величини, тобто:

(2.9)

Практично рідинні манометри виготовляють для вимірювання тиску у межах до 2×105 Па, тому що при більш високих межах вимірювання вони втрачають основну властивість – зручність відліку показів [35].

 

1 – скляна трубка; 2 – кріплення

Рисунок 2.1 – Двотрубний (U – подібний) манометр

 

 

1 – посудина; 2 – трубка

Рисунок 2.2 – Однотрубний (чашковий) манометр

 

При виведенні рівнянь не враховувались капілярні сили, що діють на рідину в обох колінах. Ці сили вважались однаковими і врівноваженими. В табл.2.2 наведено основні типи замкових рідин манометрів.

 

Таблиця 2.2 - Замкові рідини манометрів

Рідина Символ Густина r, кг/м3, при температурі, ОС
Етиловий спирт С2Н5ОН
Вода Н2О
Чотирихлористий вуглець ССl4
Бромоформ СНВr3 -
Ртуть Нg

 

Для вимірювання перепаду тисків при високих статичних тисках Лубенський завод обчислювальних машин випускає двотрубні U-подібні дифманометри типу ДТ. Дифманометр типу ДТ-5 має діапазон показів 250 мм, заповнюється водою і розрахований на статичний тиск вимірюваного середовища до 0,5 МПа. Дифманометр типу ДТ-50 має діапазон показів 700 мм, заповнюється ртуттю і може працювати при статичному тиску вимірюваного середовища до 5 МПа. Ці манометри мають товстостінні скляні трубки, обладнані дзеркальною шкалою і металевою пересувною лінійкою для зручності відліку. Основна похибка цих манометрів складає ± 0,5% від границі показів.

Однотрубний (чашковий) манометрє модифікацією двотрубного, одне з колін якого замінене широкою посудиною (чашкою). Конструкція манометра показана на рис.2.2 . Посудина 1 сполучена з вертикальною скляною трубкою 2. Резервуар, в якому вимірюється тиск, підключається до посудини, а резервуар, в якому вимірюється розрідження, - до трубки. Величину тиску або розрідження оцінюють по висоті стовпа рідини у вертикальній трубці приладу [35].

Перевагою чашкового манометра є одиничний відлік положення меніска рідини в трубці. Проте при цьому виникає похибка через зниження рівня рідини у посудині, що змінює положення нуля шкали. При піднятті рідини у трубці на висоту h1 рідина в посудині опуститься на величину h2. Ці величини зв'язані між собою рівністю:

, (2.10)

де s - площа перерізу трубки;

S - площа перерізу посудини.

Звідси

. (2.11)

Істинна висота стовпа рідини

. (2.12)

Тиск

(2.13)

Таким чином, величина похибки вимірювання залежить від відношення площі перерізу трубки і посудини і може бути зроблена скільки завгодно малою. Площі посудини і трубки вибирають звичайно такими, щоб величиною можна було знехтувати.

Більшість чашкових приладів має відношення

При цьому без внесення істотної похибки можна рахувати P=h1g(r-r1).

Верхня межа вимірювання тиску рідинними манометрами обмежується прийнятними габаритними розмірами приладів. На практиці двотрубні і однотрубні прилади виготовляються для вимірювання тиску понад 0,196 мН/м2 (2 кгс/см2).

Значення вимірюваного чашковим манометром тиску визначають за формулою

. (2.14)

Якщо відношення площі трубки до площі чашки достатньо мале , то для технічних вимірювань вимірювальний тиск можна визначити за спрощеною формулою

, (2.15)

тому що похибка (0,25%), яка виникає від необлікованості відношення площин, менша за похибку визначення висоти.

Під час точних вимірювань тиску чашковими ЗВТ треба користуватися рівнянням (2.14). При цьому похибка вимірювання тиску характеризується не тільки похибкою відліку стовпа h1, але і похибкою визначення площин чашки і трубки. Крім того, до показів чашкових манометрів у цьому випадку треба вводити поправки на зміну густини замкової рідини і прискорення вільного падіння. Перевагою чашкового ЗВТ є те, що під час вимірювання тиску потрібно робити один відлік, тобто помилка відліку зменшується вдвоє у порівнянні з U-подібним ЗВТ. (Різновидом чашкового манометра є сфігмоманометр. сфігмоманометр являє собою ЗВТ, який застосовують для вимірювання артеріального тиску крові. сфігмоманометр складається з 4-х основних частин: манометра, нагнітача пневматичного, манжети і футляра).

При точних вимірюваннях рідинними лабораторними приладами необхідно вводити поправки на величину прискорення сили тяжіння і на температуру. Поправка на прискорення сили тяжіння рівна

, (2.16)

де hн висота стовпа рідини при нормальному прискоренні;

gн=9,80665 м/с2;

h1 – спостережувана висота стовпа;

g1 – прискорення сили тяжіння в даній місцевості.

Поправка на температуру включає поправки на зміну густини рідини і зміну довжини шкали від зміни температури.

Сумарна температурна поправка:

(2.17)

де h - висота стовпа рідини при нормальній температурі;

t0 – для ртуті 0° З, для води +4° З;

h1 – спостережувана висота стовпа рідини при температурі t;

a – коефіцієнт лінійного розширення матеріалу шкали;

b – коефіцієнт об'ємного розширення рідини.

Мікроманометр з нахиленою трубкою.При малих значеннях вимірюваного тиску або розрідження звичайні U-подібні та чашкові манометри не можуть забезпечити необхідної точності вимірювання [35].

Для підвищення точності вимірювання малих значень тиску і розрідження застосовують мікроманометри з нахиленою трубкою. Такий ЗВТ (рис.2.3) являє собою чашковий манометр, в якого трубка знаходиться під кутом α до горизонталі. Це приводить до збільшення довжини стовпа рідини у трубці та зменшення похибки вимірювань.

При вимірюванні малого тиску застосовують прилади з похилою трубкою (рис.2.3)

 

 

1 - дошка; 2 - посудина; 3 - трубка; 4 - рівень

Рисунок 2.3 – Мікроманометр з нахиленою трубкою

 

Прилад складається з скляної посудини, до якої під деяким кутом j до горизонту припаяна скляна трубка. Посудина з трубкою закріплена на дерев'яній дошці зі шкалою. Шкала зроблена рухомою, щоб при заповненні приладу рідиною можна було сумістити нуль шкали з меніском рідини в трубці. Кінець трубки приєднується до порожнини, в якій вимірюється розрідження. Для точної установки приладу в горизонтальній площині він забезпечений рівнем. В якості замкової рідини у мікроманометрах використовують етиловий спирт. Приєднання порожнини з вимірюваним надлишковим тиском здійснено до чашки ЗВТ, а з розрідженням - до трубки. Внаслідок похилого положення трубки висота стовпа рідини, зрівноважуюча вимірюваний тиск, буде рівна:

(2.18)

де l - переміщення меніска рідини в трубці, відлічене за шкалою.

Тиск

Мікроманометри з похилою трубкою виготовляються звичайно для вимірювання тиску 157—980 Н/м2(16—100 мм вод. ст.). Похибка цих приладів не перевищує ±1,5% граничного значення шкали. У тих випадках, коли доводиться вимірювати тиск або розрідження в ширших межах, користуються мікроманометрами із змінним кутом нахилу трубки.

Для технічних вимірювань рідинні прилади виконуються у вигляді так званих комбінованих рідинно-механічних приладів, а це такі: поплавкові, дзвонові і кільцеві.

Поплавкові дифманометриє U-подібними рідинними манометрами, у яких одне з колін розширене і в ньому поміщений поплавець, пов'язаний із стрілкою, що рухається вздовж шкали. Поплавкові прилади найчастіше використовують як диференційні манометри (дифманометри) для вимірювання перепаду тиску[35].

На рис. 2.4показана схема поплавкового дифманометра. Якщо в лівій посудині буде тиск Р1, а в правій Р2, то при P1 > Р2 рівень рідини в лівій посудині знизиться на висоту h2, а у правій підвищиться на висоту h1. Різниця тиску зрівноважується стовпом рідини з висотою:

(2.19)

 

 

Рисунок 2.4 - Схема диференційного поплавкового манометра.

 

Умова рівноваги рідини виражається формулою:

(2.20)

У посудинах циліндричної форми

, (2.21)

звідки

, (2.22)

тоді

(2.23)

Замінюючи Н його виразом, одержимо:

(2.24)

Для даного приладу величина є постійною. Постійною буде також і різниця густини r-r1. Виражаючи ці величини постійними коефіцієнтами k і k1 одержимо:

(2.25)

тобто різниця тиску може бути виражена величиною переміщення поплавка.

При незмінних розмірах широкої посудини зміною діаметру d і висоти вузької посудини можна у певних межах змінити граничні значення вимірювання різниці тиску. З сумісного розв’язку рівнянь (2.22) і (2.23) знаходимо

(2.26)

З рівняння (2.26) визначається необхідний діаметр вузької посудини при заданих значеннях H, h2 і D.

Хід поплавка для всіх модифікацій дифманометрів при максимальному перепаді тиску становить 30,5 мм.

Іноді показуючі поплавкові дифманометри виготовляються з контактним пристроєм (для сигналізації), виконаним у вигляді ртутно-скляних перемикачів.

Коли необхідно передати дані на відстані більше 50м, а також у тих випадках, коли прилади встановлюються на щитах управління, застосовуються дифманометри з електричною або пневматичною передачею. Прилади з пневматичною передачею застосовуються при наявності вибухо- і пожежонебезпечних виробничих умов.

Дзвонові дифманометривикористовуються для вимірювання малих тисків розріджень (тягоміри і напороміри) і як диференційні манометри[35].

Як затворну рідину у дзвонових дифманометрах використовують трансформаторне масло, при умові, що розділювальна рідина виконує тільки розділювальні функції. Чутливим елементом дифманометра є дзвін, підвішений на гвинтовій пружині, переміщення якого під дією різниці тисків вимірюється за допомогою вихідного дифтрансформаторного або феродинамічного перетворювачів.

На рис.2.5 схематично показаний дзвоновий дифманометр. Дзвін 1, що підвішений на постійно розтягнутій гвинтовій пружині, частково занурений у замкову рідину 2 (трансформаторне масло), яка налита в посудину 3.

Дзвін ЗВТ буде знаходитись у рівновазі, а рівень замкової рідини на відмітці 0–0 до того часу, поки під дзвоном і в посудині над ним тиски однакові ( ). У цьому випадку рівнодіюча сила, що дорівнює різниці між силою тяжіння дзвону і гідравлічним тиском, зрівноважується силою пружності гвинтової пружини:

, (2.27)

де – жорсткість гвинтової пружини, Н×м-1;

– довжина початкового розтягу пружини, яка приймається рівною початковій глибині занурення дзвону, м;

– площа поперечного перерізу стінок дзвону, м2;

– густина замкової рідини, кг×м-3;

– сила тяжіння дзвону, Н;

– місцеве прискорення вільного падіння, м×с-2.

 

 

Рисунок 2.5 – Схема дзвонового дифманометра

 

Для дифманометрів із тонкостінним дзвоном можна знехтувати гідростатичним тиском і прийняти в рівнянні (2.27) площу поперечного перерізу дзвону через її невелике значення. У цьому випадку рівняння (2.27) буде мати вигляд:

. (2.28)

При виникненні різниці тисків (при умові, що Р12) рівновага сил, що прикладені до дзвону, порушуватиметься. При цьому від перепаду тиску з’являється підіймальна сила, яка буде переміщувати дзвін угору. Це, у свою чергу, викличе виникнення протидіючої сили, яка обумовлена зміною пружних сил гвинтової пружини внаслідок її деформації. Коли підіймальна сила стане рівною за своїм значенням протидіючій силі, то дзвін, який перемістився на висоту , займе нове положення рівноваги.

Рівняння, що визначає новий стан рівноваги дзвону, а разом з цим і встановлює залежність між вимірюваною різницею тисків і значенням , матиме вигляд:

, (2.29)

або з урахуванням рівняння (1.28)

, (2.30)

де – внутрішня площа дзвону, м2.

Із рівняння (2.30) випливає, що для ЗВТ з тонкостінним дзвоном значення не залежить від густини замкової рідини, а густину визначає той максимальний перепад hgrp, який може бути виміряний цим ЗВТ. Таким чином, при застосуванні дзвонового дифманометра цього типу найбільший вимірюваний ним перепад тиску можна прийняти рівним граничному номінальному перепаду тиску ЗВТ.

Рівняння, що визначає чутливість дифманометрів даного типу, має вигляд:

. (2.31)

Отже, змінюючи жорсткість пружини і внутрішню площу дзвона, можна змінювати чутливість ЗВТ, а відповідно, і верхню границю вимірювання.

На рис.2.6 наведена будова дзвонового дифманометра, який випускається на підприємстві ВАТ „Івано-Франківський завод „Промприлад”[47]. Тонкостінний стальний дзвін 3, який підвішений на розтягнутій гвинтовій пружині 5, занурений у замкову рідину, що знаходиться у корпусі 4.

 

 

Рисунок 2.6 – Будова дзвонового дифманометра типу ДКО

 

У нижній частині дзвону для підвищення його стійкості закріплена кільцева вага 10. Вимірювану різницю тисків до дзвону підводять за допомогою з’єднувальних трубок 1 та 6 із запірними вентилями, при цьому більший тиск Р1 з трубки 1 через трубку 2 подається у простір під дзвоном, а менший Р2 - з трубки 6 через трубку 12 у простір над дзвоном.

Під дією вимірюваної різниці тисків дзвін пересувається і разом з ним пересувається всередині розділювальної трубки 8 шток 7 осердя 11 дифтрансформаторного перетворювача 9, що приводить до зміни взаємної індуктивності між первинною та вторинною обмотками перетворювача та зміни вихідного сигналу, який вимірює вторинний перетворювач.

Дифманометри типу ДКО випускають з верхньою границею вимірювання різниці тисків від 100 до 1000 Па та класом точності 1.

Харківський завод КВП випускає аналогічні за принципом дії, але з деякими відмінностями у конструкції, дзвонові дифманометри типу ДКОФМ з вихідним феродинамічним перетворювачем. Границі вимірюваної різниці тисків становлять від 40 до 400 Па, клас точності 2,5 та 4 [47].

Кільцеві дифманометрипризначені для вимірювання малого тиску, розріджень і різниці тиску.

 

 

 

1 – кільце; 2 – перегородка; 3 – опора; 4 і 5 – підвідні трубки;

6 – вантаж.

Рисунок 2.7 – Схема кільцевого приладу

 

На рис.2.7 показана схема кільцевого приладу у вигляді порожнистого замкнутого кільця 1, розділеного вгорі перегородкою 2. Кільце підвішене за допомогою ножової опори у геометричному центрі 3. З обох боків перегородки у кільце входять трубки 4, 5, що служать для з'єднання порожнин кільця з порожниною, в якій вимірюється тиск або розрідження. До нижньої частини кільця прикріплений вантаж 6. Порожнина кільця до половини заповнена рідиною (водою, маслом, ртуттю).

При з'єднанні обох порожнин кільця з порожнинами, у яких тиск рівний p1 і p2 (причому p1>p2), рівень рідини у лівій половині кільця знизиться, а у правій відповідно підвищиться; різниця рівнів буде пропорційна різниці тиску p1-p2=hrg. В той же час сила від різниці тиску p1-p2, діюча на перегородку, створює обертаючий момент

, (2.32)

де S – площа перегородки;

r – середній радіус кільця.

Під дією цього моменту кільце повертається навколо точки опори за годинниковою стрілкою. Поворот кільця створює протидіючий момент:

, (2.33)

де G – сила тяжіння вантажу;

а – відстань центру тяжіння вантажу від точки опори;

j – кут повороту кільця.

При урівноваженні обох моментів кільце зупиниться у новому положенні рівноваги (Mр = MG):

(2.34)

Оскільки сила тяжіння вантажу і геометричні розміри кільця є постійними величинами, то рівняння (2.32) можна представити у виді:

, (2.35)

Вимірюваний тиск (або різниця тиску) буде пропорційним синусу кута повороту кільця. Внаслідок цього шкала приладу буде нерівномірною. Крім того, з конструктивних міркувань кут повороту кільця не можна зробити більшим за 60°, що обмежує довжину шкали при безпосередньому з'єднанні кільця із показуючою стрілкою. Для збільшення довжини шкали між стрілкою приладу і кільцем вводять передачу, що збільшує переміщення стрілки і одночасно вирівнює шкалу приладу [35].

Кут повороту кільця визначають з формули (2.34), попередньо підставивши в неї значення моментів і з рівнянь (2.32) і (2.33) відповідно:

, (2.36)

де - параметр ЗВТ, його стала.

Кут повороту кільця залежить від ваги G і вимірюваного перепаду тиску DР і не залежить від густини рідини r і густини середовища rс , що знаходиться над ним. Зважаючи також на те, що геометричні розміри кільця та маса вантажу постійні, значення кута повороту кільця буде визначати значення вимірюваного тиску.

Верхня межа вимірювання таких ЗВТ визначається розмірами кільця і густиною робочого середовища. Для зміни меж вимірювання у них застосовуються змінні вантажі G.

Залежність (2.36) є нелінійною, що призводить до нерівномірності шкали дифманометра. Тому у промислових конструкціях дифманометрів застосовують спеціальні лінеаризуючі лекальні пристрої.

Харківський завод КВП випускає кільцеві дифманометри типу ДК-Ф з границями вимірювання різниці тисків 400, 630, 1000 та 1600 Па.Дифманометри мають місцеву шкалу і обладнані вихідним феродинамічним перетворювачем для передавання показів до вторинного перетворювача. Дифманометри можна використовувати у якості тягомірів, напоромірів, тягонапоромірів та дифманометрів-витратомірів.

Клас точності кільцевих дифманометрів – 1,5.

Прилади кільцевого типу виготовляються показуючими, показуючо-самописними і з дистанційною передачею показів. Найбільша можлива величина верхньої межі вимірювання визначається головним чином розмірами кільця і густиною рідини затвора та зазвичай становить 0,033325МН/м2 (250мм рт. ст.) для приладів з ртутним заповненням і 2,425 кН/м2 (250 мм вод. ст.) для приладів з водяним або масляним заповненням. Зміна меж вимірювання здійснюється зміною зрівноважуючого вантажу.

Прилади з водяним і масляним заповненням призначаються для роботи при надлишковому тиску до 0,049 МН/м2 (0,5 кгс/см2); прилади з ртутним заповненням - до 0,98 - 9,80 МН/м2 (10 - 100 кгс/см2). Основна похибка кільцевих приладів не перевищує 1,1 - 1,5% верхньої межі вимірювання.

У приладах низького тиску вимірюване середовище підводиться за допомогою гумових трубок, що створюють дуже невеликий протидіючий момент, значенням якого можна нехтувати. У приладах середнього тиску вимірюване середовище підводиться через бронзові або металеві трубки, витки яких направлені протилежно. Зусилля, що виникають у спіралях при повороті кільця, діють в різні боки і взаємно зрівноважуються.

Переваги кільцевих приладів перед поплавковими і дзвоновими полягають у відсутності ущільнювачів у передавальному механізмі (що особливо важливе для приладів високого тиску) і незалежності чутливості приладу від змін густини робочої рідини і середовища над нею.

До недоліку кільцевих приладів можна віднести наявність трубок, що підводять тиск, які можуть вносити похибки у вимірювання.

 




<== попередня сторінка | наступна сторінка ==>
Лавочка. | Похибки рідинних манометрів і введення поправок до їх показів

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:


 

© studopedia.com.ua При використанні або копіюванні матеріалів пряме посилання на сайт обов'язкове.


Генерація сторінки за: 0.014 сек.