Seznam zařízení pro měření tlaku| Mechanika tekutin

Seznam zařízení pro měření tlaku. A tato zařízení jsou: 1. Barometr 2. Piezometr nebo tlakoměr 3. Tlakoměr nebo tlakoměrná trubice. Manometry 4. Bourdonův manometr 5. Membránový tlakoměr 6. Mikromanometr (U-trubice s rozšířenými konci) .

1. Barometr:

Barometr je zařízení určené k měření místního atmosférického tlaku. Na obr. 2.18 je znázorněn rtuťový barometr, který se skládá z 1 m dlouhé skleněné trubice uzavřené na jednom konci, zcela naplněné rtutí a držené převrácené v misce se rtutí. Malé množství rtuti spadne do misky, a tak se na horním konci trubice vytvoří podtlak.

Amosférický tlak působící na povrch rtuti v misce podpoří rtuťový sloupec v trubici. Nechť h je výška rtuťového sloupce v trubici měřená nad povrchem rtuti v misce.

Nechť Pa je intenzita atmosférického tlaku

Výška rtuťového sloupce na úrovni hladiny moře, je přibližně 760 mm rtuti.

Výška atmosférického tlaku na úrovni hladiny moře = 760 mm rtuti.

Prostor nad rtutí v trubici bude obsahovat páry rtuti.

Tento prostor se nazývá Torricelliho vakuum.

Poznámka:

Rtuť je pro použití v barometru ideální díky své vysoké hustotě (potřebuje proto jen krátkou trubici) a velmi nízkému tlaku par.

Nadmořská výška místa a povětrnostní podmínky ovlivňují údaj barometru. Údaj barometru zaznamenaný na určitém místě udává pouze místní atmosférický tlak.

Mezinárodní standardní atmosférický tlak je 101,325 kPa, což odpovídá 10,325 m vody nebo 760 mm rtuti.

i. Aneroidní barometr:

Tento přístroj se skládá z částečně evakuované vlnité krabice, jejímuž zřícení brání silná pružina. Změny tlaku způsobují, že se přední část krabice deformuje směrem dovnitř nebo ven, takže tah pružiny bude právě odolávat síle způsobené atmosférickým tlakem.

Tyto malé posuny jsou zesíleny a pohybují ukazatelem umístěným nad kalibrovanou stupnicí.

ii. Sifonový barometr:

Tento přístroj se s výhodou používá jako domácí barometr. Tento přístroj se skládá ze skleněné trubice, která je ve spodní části ohnutá do tvaru písmene „U“. Otevřený konec U-trubice je rozšířený. Tato rozšířená část nahrazuje misku nebo nádržku běžného barometru. Železný blok o malé hmotnosti se opírá o rtuťovou plochu částečně tlakem rtuti nahoru a částečně protizávažím.

Železný blok a protizávaží jsou spojeny provázkem vedeným přes kladku. Změna atmosférického tlaku způsobuje stoupání a klesání povrchu rtuti v otevřeném konci U-trubice, což zase způsobuje otáčení kladky o určitý úhel. Ukazatel připevněný ke kladce se pohybuje po kruhové stupnici, z níž lze odečíst atmosférický tlak.

2. Piezometr nebo tlakoměr:

Piezometr se používá k měření statické tlakové výšky kapaliny proudící v libovolném úseku potrubí. Skládá se z trubice, jejíž otevřený spodní konec je připevněn v jedné rovině s vnitřní stěnou potrubí. Druhý konec trubice je vystaven atmosféře. V uspořádání znázorněném na obr. 2.21 a 2.22 představuje výška h, do které stoupá kapalina v trubici, tlakovou výšku v úrovni A, kde je trubka připojena k potrubí.

Piezometr může být také tvarován a připojen k trubce tak, aby bylo možné přímo získat tlakovou výšku v úrovni středu trubky.

Omezení piezometru:

Piezometr má omezení pro své použití z následujících důvodů:

(i) Je velmi obtížné nebo neproveditelné měřit vysoké tlaky. Zejména u kapalin s nízkou specifickou hmotností bude výška sloupce kapaliny v piezometru nevhodně vysoká, což vyžaduje velmi dlouhou piezometrickou trubici.

(ii) Piezometr nemůže fungovat pro záporný měřicí tlak, protože by trubicí do nádoby proudil vzduch.

(iii) Kapilární chyby pravděpodobně vzniknou, pokud mají trubice průměr 10 mm nebo méně.

(iv) Rychlé změny tlaku, které mohou probíhat nepřetržitě, nelze účinně měřit. Je to proto, že změna hladiny piezometru bude zaostávat za odpovídající rychlou změnou tlaku.

Trubice piezometru může mít pro měření malých záporných tlaků podobu znázorněnou na obr. 2.23. V tomto uspořádání bude volný povrch kapaliny v trubici na úrovni nižší než hladina A uvnitř nádoby, kde se má měřit tlak. Je-li volný povrch kapaliny v trubici h jednotek pod A, pak tlaková výška na A

= ha = – Sh jednotek délky vody,

kde, S – měrná hmotnost kapaliny.

3. Manometry:

i. U-trubicový manometr (dvousloupcový manometr):

Manometry jsou tlakoměry používající sloupce různých kapalin. Kapalina, jejíž tlak má být stanoven, se nazývá měřená kapalina, zatímco druhá kapalina se nazývá manometrická kapalina. Manometrická kapalina může mít vyšší nebo nižší hustotu než měřená kapalina. Tato zařízení lze použít k měření tlaku kapalin i plynů. Manometry mají spojovací trubice ve tvaru písmene U obsahující různé kapaliny.

V manometru, když je jedno rameno přístroje otevřené do atmosféry, zaznamenává se tlak zdroje připojeného k druhému rameni. Když jsou obě končetiny připojeny ke zdrojům tlaku, manometr zaznamenává rozdíl tlaku mezi oběma zdroji tlaku. Podle toho se tyto manometry nazývají jednoduchý manometr a diferenční manometr.

Tlak kapaliny v potrubí lze měřit pomocí skleněné U-trubice obsahující těžší kapalinu, která se s kapalinou v potrubí nemísí.

Předpokládejme, že potrubí obsahuje vodu a jako měřicí kapalina je použita rtuť. Nechť hladina EF odpovídá styčné ploše obou kapalin. Nechť X je střed trubky.

ii. Manometr s obrácenou U-trubicí:

Někdy se v manometru používá lehčí kapalina. V takovém případě se používá obrácený manometr (obr. 2.39).

Trubky A a B obsahují kapaliny o měrné hmotnosti Sa, respektive Sb. Obrácený manometr obsahuje kapalinu o měrné hmotnosti S. Při takovém uspořádání dojde i při malých rozdílech tlaku mezi A a B k velkým výchylkám kapaliny manometru. Proto lze měření provádět přesně. Nechť w = měrná hmotnost vody.

∴ Měrné hmotnosti kapaliny v A a B jsou Saw, respektive Sbw.

Měření záporného nebo sacího tlaku:

Na obr. 2.43 je znázorněno potrubí A s vodou pod tlakem Pa. Trubka je připojena k U-trubce obsahující těžkou kapalinu o specifické hmotnosti S. (Obvykle se jako měřicí kapalina používá rtuť). Na obr. 2.43 jsou znázorněny hladiny povrchů měřicí kapaliny. Nechť y je údaj manometru. Nechť horní hladina měřicí kapaliny je h jednotek pod středem trubky.

iii. Citlivé manometry:

Jednosloupcový manometr:

Jednosloupcový manometr znázorněný na obr. 2.55 je upravenou formou běžného U-trubicového manometru. Tento manometr má rovněž dvě ramena, z nichž jedno je v porovnání s druhým provedeno velmi plošně. Plocha většího ramene (nazývaného také pánvička) může být stokrát větší než plocha druhého ramene. Manometr obsahuje těžkou kapalinu, jako je rtuť. Trubka, v níž se má stanovit tlak, je připojena k většímu rameni.

Každá změna tlaku v potrubí může vyvolat jen velmi malou změnu hladiny kapaliny na povrchu manometru v pánvi. Tuto změnu hladiny lze zanedbat. Proto se má odečítat pouze údaj v úzké trubici. Protože není třeba snímat žádný údaj odpovídající hladině kapaliny v pánvi, nemusí být průhledná. Obvykle je vyrobena ze železa. Druhá končetina, tj. úzká trubice, může být svislá nebo nakloněná, aby byla citlivější.

Nechť XX je hladina kapaliny manometru v pánvi a úzké trubce, když manometr není připojen k potrubí. Nechť po připojení trubky k manometru je pokles hladiny kapaliny manometru v pánvi ∆h1.

Nechť h2 = vzestup hladiny kapaliny v manometru v úzké končetině.

h1 = výška středu potrubí nad XX.

A = plocha průřezu nádrže.

a = Plocha průřezu úzkého ramene.

S = měrná hmotnost kapaliny v potrubí.

Sm = Měrná hmotnost kapaliny v manometru.

S‘ = Měrná hmotnost kapaliny v manometru vzhledem ke kapalině v potrubí.

iv. Manometr se šikmou trubicí:

Jedná se o vylepšení jednosloupcového manometru. V tomto případě je trubice manometru vyrobena nakloněná, aby byla citlivější. Obr. 2.56 ukazuje tento typ manometru. V tomto případě je posun těžké kapaliny v úzké trubici relativně větší, a proto lze odečty provádět přesněji.

4. Bourdonův manometr:

Toto zařízení se skládá z kovové trubice eliptického průřezu uzavřené na jednom konci A, přičemž druhý konec B je připevněn k místu manometru, kde se měří tlak. Při vstupu kapaliny do trubice má trubka tendenci se narovnávat.

Pomocí uspořádání s pastorkem se malá pružná deformace trubice přenáší zesíleným způsobem na ukazatel. Ukazatel se pohybuje po odstupňovaném číselníku. Zařízení se kalibruje vystavením různým známým tlakům.

Bourdonův manometr je vhodný nejen k měření vysokých tlaků, např. v parním kotli nebo ve vodovodním potrubí, ale také k měření podtlaku nebo vakua. Měřidlo, které je takto konstruováno pro měření kladných i záporných tlaků, se nazývá složené měřidlo.

5. Membránový tlakoměr:

Tento přístroj je založen na stejném principu jako Bourdonův manometr. V tomto případě je místo Bourdonovy trubice k dispozici vlnitá membrána. Při nasazení přístroje na libovolné měřicí místo dojde k pružné deformaci membrány.

Tato deformace se přenáší na ukazatel, který se pohybuje po stupnici udávající tlak. Lze poznamenat, že toto zařízení pracuje na stejném principu jako aneroidní barometr. Toto zařízení je vhodné pro měření relativně nízkých tlaků.

6. Mikromanometr (U-trubice s rozšířenými konci):

Za účelem zvýšení citlivosti U-trubicového manometru jsou opatřeny zvětšenými konci, jak je znázorněno na obr. 2.59. Takové uspořádání se nazývá mikromanometr. V tomto zařízení se používají dvě nemísitelné manometrické kapaliny. Nechť s1 a s2 jsou měrné hmotnosti obou manometrických kapalin (nechť s1 > s2); hustší kapalina vyplní dno U-trubice.

Nechť A = plocha každého rozšířeného konce

a = plocha trubice

Když jsou tlaky působící na obě končetiny stejné, tj. když p1 = p2, nechť je plocha oddělení obou kapalin XX.

Za této podmínky nechť je výška hladiny lehčí kapaliny v manometru h nad XX. Tlak při XX musí být v obou kapalinách stejný.

px = s2wh

.