Прибор для измерения давления твердого тела

Прибор для измерения давления твердого тела

Прибор для измерения давления твердого тела

Характеристикой давления является сила, которая равномерно воздействует на единицу площади поверхности тела. Эта сила оказывает влияние на различные технологические процессы. Давление измеряется в паскалях. Один паскаль равен давлению силы в один ньютон на площадь поверхности в 1 м2. Применяют приборы для измерения давления.

Виды давления

  • Атмосферное давление образуется атмосферой Земли.
  • Вакуумметрическое давление – это давление, не достигающее величины атмосферного давления.
  • Избыточное давление – это величина давления, превосходящая значение атмосферного давления.
  • Абсолютное давление определяется от величины абсолютного нуля (вакуума).

Виды и работа

Приборы, измеряющие давление, называются манометрами. В технике чаще всего приходится определять избыточное давление. Значительный интервал измеряемых величин давлений, особые условия измерения их во всевозможных технологических процессах обуславливает разнообразие видов манометров, которые имеют свои различия по конструктивным особенностям и по принципу работы. Рассмотрим основные из применяемых видов.

Барометры

Барометром называют прибор, измеряющий давление воздуха в атмосфере. Существует несколько видов барометров.

Ртутный барометр действует на основе перемещения ртути в трубке по определенной шкале.

Жидкостный барометр работает по принципу уравновешивания жидкости давлением атмосферы.

Барометр-анероид работает на изменении размеров металлической герметичной коробки с вакуумом внутри, под действием давления атмосферы.

Электронный барометр является более современным прибором. Он преобразовывает параметры обычного анероида в цифровой сигнал, отображающийся на жидкокристаллическом дисплее.

Жидкостные манометры

В этих моделях приборов давление определяется высотой столба жидкости, которое выравнивает это давление. Жидкостные приборы для измерения давления чаще всего выполняют в виде 2-х стеклянных сосудов, соединенных между собой, в которые залита жидкость (вода, ртуть, спирт).

Рис-1

Один конец емкости соединен с измеряемой средой, а второй открыт. Под давлением среды жидкость перетекает из одного сосуда в другой до выравнивания давления. Разность уровней жидкости определяет избыточное давление. Такими приборами замеряют разность давлений и разрежение.

На рисунке 1а изображен 2-х трубный манометр, измеряющий вакуум, избыточное и атмосферное давление. Недостатком является значительная погрешность измерения давлений, имеющих пульсацию. Для таких случаев применяют 1-трубные манометры (рисунок 1б). В них один край сосуда большего размера. Чашка соединена с измеряемой полостью, давление которой передвигает жидкость в узкую часть сосуда.

При замере берется во внимание только высота жидкости в узком колене, так как жидкость изменяет свой уровень в чашке незначительно, и этим пренебрегают. Чтобы произвести замеры малых избыточных давлений используют 1-трубные микроманометры с трубкой, наклоненной под углом (рисунок 1в). Чем больше наклон трубки, тем точнее показания прибора, вследствие увеличения длины уровня жидкости.

Читайте также  Лазерный прибор для измерения температуры

Особой группой считаются приборы для измерения давления, в которых движение жидкости в емкости действует на чувствительный элемент – поплавок (1) на рисунке 2а, кольцо (3) (рисунок 2в) или колокол (2) (рисунок 2б), которые связаны со стрелкой, являющейся указателем давления.

Рис-2

Преимуществами таких приборов является дистанционная передача и их регистрация значений.

Деформационные манометры

В технической области приобрели популярность деформационные приборы для измерения давления. Их принцип работы заключается в деформации чувствительного элемента. Эта деформация появляется под действием давления. Упругий компонент связан со считывающим устройством, имеющим шкалу с градуировкой единицами давления. Деформационные манометры делятся на:

  • Пружинные.
  • Сильфонные.
  • Мембранные.

Рис-3

Пружинные манометры

В этих приборах чувствительным элементом является пружина, соединенная со стрелкой передаточным механизмом. Давление воздействует внутри трубки, сечение старается принять круглую форму, пружина (1) пытается раскручиваться, в результате стрелка передвигается по шкале (рисунок 3а).

Мембранные манометры

В этих приборах упругим компонентом является мембрана (2). Она прогибается под давлением, и воздействует на стрелку с помощью передаточного механизма. Мембрану изготавливают по типу коробки (3). Это увеличивает точность и чувствительность прибора из-за большего прогиба при равном давлении (рисунок 3б).

Сильфонные манометры

В приборах сильфонного типа (рисунок 3в) упругим элементом является сильфон (4), который выполнен в виде гофрированной тонкостенной трубки. В эту трубку воздействует давление. При этом сильфон увеличивается в длину и с помощью механизма передачи передвигает стрелку манометра.

Сильфонные и мембранные виды манометров используют для замеров незначительных избыточных давлений и вакуума, так как упругий компонент имеет небольшую жесткость. При применении таких приборов для измерения вакуума они получили название тягомеров. Прибор, измеряющий избыточное давление, является напоромером, для измерения избыточного давления и вакуума служат тягонапоромеры.

Приборы для измерения давления деформационного типа имеют преимущество в сравнении с жидкостными моделями. Они позволяют производить передачу показаний дистанционно и записывать их в автоматическом режиме.

Это происходит вследствие преобразования деформации упругого компонента в выходной сигнал электрического тока. Сигнал фиксируется приборами измерений, которые имеют градуировку по единицам давления. Такие приборы имеют название деформационно-электрических манометров. Широкое использование нашли тензометрические, дифференциально-трансформаторные и магнитомодуляционные преобразователи.

Дифференциально-трансформаторный преобразователь

Рис-4

Принципом работы такого преобразователя является изменение силы тока индукции в зависимости от величины давления.

Приборы с наличием такого преобразователя имеют трубчатую пружину (1), которая передвигает стальной сердечник (2) трансформатора, а не стрелку. В итоге изменяется сила индукционного тока, подающегося через усилитель (4) на измерительный прибор (3).

Магнитомодуляционные приборы для измерения давления

В таких приборах усилие преобразуется в сигнал электрического тока вследствие передвижения магнита, связанного с упругим компонентом. При движении магнит воздействует на магнитомодуляционный преобразователь.

Читайте также  Прибор для плавного пуска электродвигателя

Электрический сигнал усиливается в полупроводниковом усилителе и поступает на вторичные электроизмерительные устройства.

Тензометрические манометры

Преобразователи на основе тензометрического датчика работают на основе зависимости электрического сопротивления тензорезистора от величины деформации.

Рис-5

Тензодатчики (1) (рисунок 5) фиксируются на упругом элементе прибора. Электрический сигнал на выходе возникает вследствие изменения сопротивления тензорезистора, и фиксируется вторичными устройствами измерения.

Электроконтактные манометры

В схемах сигнализации, системах авторегулирования технологических процессов, приборах тепловой защиты популярными стали электроконтактные манометры. На рисунке изображена схема и вид прибора.

Рис-6

Упругим компонентом в приборе выступает трубчатая одновитковая пружина. Контакты (1) и (2) выполняются для любых отметок шкалы прибора, вращая винт в головке (3), которая находится на внешней стороне стекла.

При уменьшении давления и достижении его нижнего предела, стрелка (4) с помощью контакта (5) включит цепь лампы соответствующего цвета. При возрастании давления до верхнего предела, который задан контактом (2), стрелка замыкает цепь красной лампы контактом (5).

Источник: https://1000eletric.com/pribor-dlya-izmereniya-davleniya-tverdogo-tela/

Приборы для измерения давления. Барометр-анероид. Манометр

Прибор для измерения давления твердого тела

О длине или массе при­ня­то го­во­рить, что они боль­шие или ма­лень­кие, уве­ли­чи­ва­ют­ся или умень­ша­ют­ся. А об ат­мо­сфер­ном дав­ле­нии го­во­рят, что оно вы­со­кое или низ­кое, по­вы­ша­ет­ся или по­ни­жа­ет­ся. Эта тра­ди­ция уста­но­ви­лась еще со вре­мен Эван­дже­ли­ста Тор­ри­чел­ли в 17 веке. Тогда ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние из­ме­ря­ли с по­мо­щью жид­кост­но­го ба­ро­мет­ра, где ос­нов­ную роль играл столб ртути, ко­то­рый, со­от­вет­ствен­но, по­вы­шал­ся или по­ни­жал­ся (см. рис. 1).

Рис. 1. Ртут­ный ба­ро­метр

Се­год­ня ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние при­ня­то из­ме­рять с по­мо­щью ба­ро­мет­ров-ане­ро­и­дов – без­жид­кост­ных ба­ро­мет­ров (см. рис. 2).

Рис. 2. Ба­ро­метр-ане­ро­ид

2. Устройство барометра-анероида

Ос­но­ву ба­ро­мет­ра-ане­ро­и­да со­став­ля­ет гоф­ри­ро­ван­ная (вол­ни­стая) ме­тал­ли­че­ская ко­роб­ка А (см. рис. 3). Внут­ри ко­роб­ки воз­ду­ха нет, его от­ка­чи­ва­ют при из­го­тов­ле­нии ба­ро­мет­ра. Чтобы ко­роб­ку не рас­плю­щи­ло ат­мо­сфер­ным дав­ле­ни­ем, ее удер­жи­ва­ет упру­гая ме­тал­ли­че­ская пла­сти­на, один конец ко­то­рой со­еди­нен с ос­но­ва­ни­ем ба­ро­мет­ра. Вто­рой конец упру­гой пла­сти­ны спе­ци­аль­ным ме­ха­низ­мом со­еди­нен со стрел­кой ба­ро­мет­ра В.

Рис. 3. Устрой­ство ба­ро­мет­ра-ане­ро­и­да

Если ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние будет из­ме­нять­ся, со­от­вет­ствен­но, будет из­ме­нять­ся и сила, сдав­ли­ва­ю­щая ме­тал­ли­че­скую ко­роб­ку. Тогда через пла­сти­ну и ме­ха­низм даже неболь­шое из­ме­не­ние тол­щи­ны ко­роб­ки вы­зо­вет за­мет­ное пе­ре­ме­ще­ние конца стрел­ки на фоне шкалы С.

3. Зависимость атмосферного давления от высоты

Ба­ро­метр-ане­ро­ид – очень чув­стви­тель­ный при­бор. Его по­ка­за­ния из­ме­ня­ют­ся в за­ви­си­мо­сти от вы­со­ты над уров­нем моря. Из­ме­ре­ния по­ка­за­ли, что если вы­со­та неболь­шая (до 1 км), то уве­ли­че­ние вы­со­ты на 12 м при­во­дит к умень­ше­нию ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния на 1 мм рт. ст. Чем выше мы будем под­ни­мать­ся над уров­нем моря, тем ниже будет ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние. Даже если с ба­ро­мет­ром в руках под­нять­ся на лифте с пер­во­го этажа на по­след­ний этаж мно­го­этаж­но­го дома, ба­ро­метр-ане­ро­ид за­фик­си­ру­ет умень­ше­ние ат­мо­сфер­но­го дав­ле­ния.

Читайте также  Прибор для измерения давления газа в сосуде

Из­ме­ряя ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние, можно опре­де­лить вы­со­ту, на ко­то­рой на­хо­дит­ся ба­ро­метр (см. рис. 4). При­бо­ры, ра­бо­та­ю­щие на этом прин­ци­пе, на­зы­ва­ют­ся аль­ти­мет­ра­ми. Они ши­ро­ко ис­поль­зу­ют­ся в авиа­ции.

Рис. 4. Опре­де­ле­ние вы­со­ты по ат­мо­сфер­но­му дав­ле­нию

В ясную по­го­ду на уровне моря ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние со­став­ля­ет 760 мм рт. ст. или 760∙133,3 Па = 101,3 кПа. Это так на­зы­ва­е­мое нор­маль­ное ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние.

4. Манометры

Часто бы­ва­ет необ­хо­ди­мо знать не ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние, а так на­зы­ва­е­мое от­но­си­тель­ное дав­ле­ние. Это раз­ни­ца между ат­мо­сфер­ным дав­ле­ни­ем и дав­ле­ни­ем в ка­ком-ли­бо со­су­де. Для этого при­ме­ня­ют при­бо­ры, ко­то­рые на­зы­ва­ют­ся ма­но­мет­ра­ми.

Рас­смот­рим устрой­ство жид­кост­но­го ма­но­мет­ра. Его ос­но­ву со­став­ля­ет стек­лян­ная U-об­раз­ная труб­ка, за­пол­нен­ная жид­ко­стью (обыч­но водой). Пра­вое ко­ле­но со­об­ща­ет­ся с ат­мо­сфе­рой. При по­мо­щи шлан­га к ма­но­мет­ру при­со­еди­нен сосуд, ко­то­рый в на­ча­ле опыта тоже со­об­ща­ет­ся с ат­мо­сфе­рой. При этом уров­ни воды в ма­но­мет­ре на­хо­дят­ся у от­мет­ки 0 см.

Затем, от­ка­чи­вая на­со­сом воз­дух, мы умень­ша­ем его дав­ле­ние в со­су­де. При этом вода в ма­но­мет­ре сме­ща­ет­ся влево, и по раз­ни­це уров­ней воды в ко­ле­нах ма­но­мет­ра можно су­дить о том, на­сколь­ко дав­ле­ние в левом ко­лене (дав­ле­ние воз­ду­ха в со­су­де) мень­ше, чем ат­мо­сфер­ное. На­при­мер, на рис. 5 раз­ни­ца уров­ней воды в ко­ле­нах со­став­ля­ет 40 см.

Можно ска­зать, что дав­ле­ние в со­су­де мень­ше ат­мо­сфер­но­го на 40 сан­ти­мет­ров во­дя­но­го стол­ба (см вод. ст.)

Рис. 5. Жид­кост­ный ма­но­метр

Пе­ре­ве­дем 40 см вод. ст. в пас­ка­ли с по­мо­щью из­вест­ной фор­му­лы для рас­че­та дав­ле­ния на дно и стен­ки со­су­да:

При­ме­не­ние жид­кост­ных ма­но­мет­ров не все­гда удоб­но. Для по­лу­че­ния дав­ле­ния необ­хо­ди­мо пе­ре­во­дить сан­ти­мет­ры вод­но­го стол­ба в пас­ка­ли, жид­кост­ные ма­но­мет­ры не могут ра­бо­тать в усло­ви­ях тряс­ки (на­при­мер, на транс­пор­те). По­это­му на прак­ти­ке ши­ро­кое при­ме­не­ние по­лу­чи­ли так на­зы­ва­е­мые де­фор­ма­ци­он­ные ме­тал­ли­че­ские ма­но­мет­ры, на шкале ко­то­рых сразу по­ка­за­ны зна­че­ния дав­ле­ния в пас­ка­лях (точ­нее, стро­го го­во­ря, пре­вы­ше­ние дав­ле­ния над ат­мо­сфер­ным).

В ос­но­ве ра­бо­ты ме­тал­ли­че­ско­го де­фор­ма­ци­он­но­го ма­но­мет­ра лежит, как сле­ду­ет из на­зва­ния, де­фор­ма­ция ме­тал­ли­че­ской ду­го­об­раз­ной труб­ки. Внут­ри труб­ки со­дер­жит­ся газ, дав­ле­ние ко­то­ро­го необ­хо­ди­мо из­ме­рить. При по­мо­щи двух тяг дви­же­ние труб­ки пе­ре­да­ет­ся стрел­ке (см. рис. 6), ко­то­рая вра­ща­ет­ся на оси. Конец стрел­ки пе­ре­дви­га­ет­ся по шкале. Труб­ка, стрел­ка, шкала по­ме­ще­ны внутрь кор­пу­са, за­кры­то­го стек­лом.

При уве­ли­че­нии дав­ле­ния газа внут­ри труб­ки она немно­го рас­прям­ля­ет­ся, ее концы уда­ля­ют­ся друг от друга, и это дви­же­ние тя­га­ми пе­ре­да­ет­ся стрел­ке, конец ко­то­рой сме­ща­ет­ся впра­во по шкале. При умень­ше­нии дав­ле­ния стрел­ка сме­стит­ся в об­рат­ном на­прав­ле­нии под дей­стви­ем сил упру­го­сти в труб­ке.

Рис. 6. Ме­тал­ли­че­ский ма­но­метр

5. Заключение

В за­клю­че­ние необ­хо­ди­мо еще раз об­ра­тить вни­ма­ние на то, что ат­мо­сфер­ное дав­ле­ние из­ме­ря­ют с по­мо­щью ба­ро­мет­ров-ане­ро­и­дов. А дав­ле­ние, ко­то­рое боль­ше или мень­ше ат­мо­сфер­но­го, из­ме­ря­ют с по­мо­щью ма­но­мет­ров той или иной кон­струк­ции.

Источник: https://100ballov.kz/mod/page/view.php?id=955