Wykaz urządzeń do pomiaru ciśnienia| Mechanika płynów

Wykaz urządzeń do pomiaru ciśnienia. A urządzenia te to: 1. Barometr 2.Piezometr lub rurka ciśnieniowa 3. Manometry 4. Manometr Bourdona 5. Manometr membranowy 6. Mikromanometr (U-rurka z powiększonymi końcami) .

1. Barometr:

Barometr jest urządzeniem przeznaczonym do pomiaru lokalnego ciśnienia atmosferycznego. Rys. 2.18 przedstawia barometr rtęciowy, który składa się z rurki szklanej o długości 1 metra, zamkniętej na jednym końcu, całkowicie wypełnionej rtęcią i trzymanej w pozycji odwróconej w misce z rtęcią. Niewielka ilość rtęci spada do miski i w ten sposób w górnej części rurki tworzy się próżnia.

Ciśnienie atmosferyczne działające na powierzchnię rtęci w misce będzie wspierać słup rtęci w rurze. Niech h oznacza wysokość słupa rtęci w rurce mierzoną nad powierzchnią rtęci w miseczce.

Pozwól Pa być natężeniem ciśnienia atmosferycznego

Wysokość słupa rtęci na poziomie morza, wynosi około 760 mm rtęci.

Głowa ciśnienia atmosferycznego na poziomie morza = 760 mm rtęci.

Przestrzeń nad rtęcią w probówce będzie zawierać pary rtęci.

Ta przestrzeń jest nazywana próżnią Torricelliego.

Uwaga:

Rtęć idealnie nadaje się do zastosowania w barometrze ze względu na jej dużą gęstość (wymaga zatem tylko krótkiej rurki) i bardzo niskie ciśnienie pary.

Wysokość nad poziomem morza w danym miejscu i warunki pogodowe mają wpływ na odczyt barometru. Odczyt barometru zarejestrowany w danym miejscu wskazuje tylko lokalne ciśnienie atmosferyczne.

Międzynarodowe standardowe ciśnienie atmosferyczne wynosi 101,325 kPa, co odpowiada 10,325 m wody lub 760 mm rtęci.

i. Barometr aneroidowy:

Urządzenie to składa się z częściowo ewakuowanego pudełka falistego, któremu zapobiega zapadanie się silna sprężyna. Zmiany ciśnienia powodują, że przednia część pudełka odkształca się do wewnątrz lub na zewnątrz tak, że siła naciągu sprężyny przeciwstawia się sile ciśnienia atmosferycznego.

Te małe przesunięcia są wzmacniane i przesuwają wskazówkę umieszczoną na skalibrowanej skali.

ii. Barometr syfonowy:

Przyrząd ten jest wygodnie stosowany jako barometr domowy. Przyrząd ten składa się z rurki szklanej wygiętej w dolnej części tak, aby utworzyć U-rurkę. Otwarty koniec U-rurki jest powiększony. Ta powiększona część zajmuje miejsce miski lub zbiornika zwykłego barometru. Żelazny blok o niewielkiej masie jest podtrzymywany na powierzchni rtęci częściowo przez napór rtęci na niego, a częściowo przez przeciwwagę.

2. Piezometr lub rurka ciśnieniowa:

Piezometr jest używany do pomiaru statycznego ciśnienia głowy cieczy płynącej w dowolnym odcinku rury. Składa się on z rurki, której otwarty dolny koniec jest zamontowany równo z wewnętrzną ścianą rury. Drugi koniec rurki jest wystawiony na działanie atmosfery. W układzie pokazanym na rys. 2.21 i 2.22 wysokość h, do której ciecz wznosi się w rurce, reprezentuje wysokość ciśnienia na poziomie A, na którym rurka jest połączona z rurą.

Piezometr może być również tak ukształtowany i podłączony do rury, aby można było bezpośrednio uzyskać wysokość ciśnienia na poziomie środka rury.

Ograniczenia piezometru:

Piezometr ma ograniczenia w stosowaniu ze względu na następujące przyczyny:

(i) Pomiar wysokich ciśnień jest bardzo trudny lub niewykonalny. Zwłaszcza w przypadku cieczy o niskim ciężarze właściwym wysokość słupa cieczy w piezometrze będzie niewygodnie wysoka, co wymaga bardzo długiej rury piezometrycznej.

(ii) Piezometr nie może pracować przy ujemnym ciśnieniu pomiarowym, ponieważ do pojemnika przez rurkę wpłynęłoby powietrze.

(iii) Błędy kapilarne mogą wystąpić, gdy rurki mają średnicę 10 mm lub mniejszą.

(iv) Gwałtowne zmiany ciśnienia, które mogą zachodzić w sposób ciągły, nie mogą być skutecznie mierzone. Dzieje się tak dlatego, że zmiana poziomu piezometru będzie opóźniona w stosunku do odpowiadającej jej szybkiej zmiany ciśnienia.

Rurka piezometryczna może przyjąć postać pokazaną na rys. 2.23 do pomiaru małych ujemnych ciśnień manometrycznych. W tym układzie swobodna powierzchnia cieczy w rurce będzie znajdować się na poziomie niższym niż poziom A wewnątrz zbiornika, w którym ma być mierzone ciśnienie. Jeżeli swobodna powierzchnia cieczy w rurce znajduje się h jednostek poniżej poziomu A, to wysokość ciśnienia na poziomie A

= ha = – Sh jednostek długości wody,

gdzie, S – ciężar właściwy cieczy.

3. manometry:

i. Manometr U-rurkowy (Manometr dwukolumnowy):

Manometry są urządzeniami do pomiaru ciśnienia wykorzystującymi kolumny różnych cieczy. Ciecz, której ciśnienie ma być określone, nazywana jest cieczą mierzoną, podczas gdy druga ciecz nazywana jest cieczą manometryczną. Płyn manometryczny może mieć większą gęstość lub mniejszą gęstość od płynu mierzonego. Urządzenia te mogą być stosowane do pomiaru ciśnienia zarówno cieczy, jak i gazów. Manometry mają łączące się rurki w kształcie litery U zawierające różne płyny.

W manometrze, gdy jedna kończyna urządzenia jest otwarta na atmosferę, rejestruje ciśnienie źródła podłączonego do drugiej kończyny. Kiedy obie kończyny są podłączone do źródeł ciśnienia, manometr rejestruje różnicę ciśnienia między dwoma źródłami ciśnienia. W związku z tym manometry te nazywane są manometrem prostym i manometrem różnicowym.

Ciśnienie płynu w rurze może być mierzone za pomocą szklanej U-rurki zawierającej cięższą ciecz, która nie miesza się z płynem w rurze.

Załóżmy, że rura zawiera wodę, a rtęć jest używana jako ciecz pomiarowa. Niech poziom EF odpowiada powierzchni styku dwóch cieczy. Niech X będzie środkiem rury.

ii. Manometr z odwróconą U-rurką:

Czasami w manometrze stosuje się ciecz lżejszą. W takim przypadku stosuje się manometr odwrócony (rys. 2.39).

Rurki A i B zawierają ciecze o ciężarze właściwym odpowiednio Sa i Sb. Odwrócony manometr zawiera ciecz o ciężarze właściwym S. W takim układzie nawet przy małych różnicach ciśnienia między A i B wystąpią duże wychylenia cieczy manometrycznej. Dzięki temu można dokonać dokładnych pomiarów. Niech w = ciężar właściwy wody.

∴ Ciężar właściwy cieczy w A i B wynosi odpowiednio Saw i Sbw.

Pomiar ciśnienia ujemnego lub ssącego:

Rys. 2.43 przedstawia rurę A zawierającą wodę pod ciśnieniem Pa. Rura ta jest połączona z U-rurką zawierającą ciężką ciecz o ciężarze właściwym S. (Zazwyczaj jako ciecz pomiarową stosuje się rtęć). Na rys. 2.43 pokazano poziomy powierzchni cieczy pomiarowej. Niech y będzie wskazaniem manometru. Niech górna powierzchnia cieczy pomiarowej znajduje się h jednostek poniżej środka rury.

iii. Czułe manometry:

Manometr jednokolumnowy:

Manometr jednokolumnowy pokazany na rys. 2.55 jest zmodyfikowaną formą zwykłego manometru U-rurkowego. Manometr ten ma również dwie kończyny, z których jedna ma bardzo dużą powierzchnię w porównaniu z drugą. Powierzchnia większej kończyny (zwanej również zbiornikiem) może być 100 razy większa niż powierzchnia drugiej kończyny. Manometr zawiera ciężką ciecz, taką jak rtęć. Rura, w której ma być określone ciśnienie, jest podłączona do większej kończyny.

Każda zmiana ciśnienia w rurze może spowodować tylko bardzo małą zmianę poziomu powierzchni cieczy manometru w basenie. Ta zmiana poziomu może być zaniedbana. W związku z tym należy dokonać odczytu tylko w wąskiej rurce. Ponieważ nie ma potrzeby dokonywania odczytów odpowiadających powierzchni cieczy w zbiorniku, nie trzeba go czynić przezroczystym. Zazwyczaj jest ona wykonana z żelaza. Drugi koniec, tj. wąska rurka, może być pionowy lub nachylony, aby uczynić go bardziej czułym.

Niech XX będzie poziomem cieczy manometrycznej w umywalce i wąskiej rurce, gdy manometr nie jest podłączony do rury. Niech po podłączeniu rurki do manometru spadek poziomu cieczy manometrycznej w umywalce będzie ∆h1.

Let h2 = wzrost poziomu cieczy manometrycznej w wąskiej rurze.

h1 = wysokość środka rury nad XX.

A = powierzchnia przekroju poprzecznego zbiornika.

a = Pole przekroju poprzecznego wąskiej kończyny.

S = Ciężar właściwy cieczy w rurze.

Sm = Ciężar właściwy cieczy w manometrze.

S’ = Ciężar właściwy cieczy w manometrze w stosunku do cieczy w rurze.

iv. Manometr z pochyloną rurką:

Jest to udoskonalenie w stosunku do manometru jednokolumnowego. W tym przypadku rurka manometru jest nachylona, aby uczynić go bardziej czułym. Rys. 2.56 przedstawia ten typ manometru. W tym przypadku przemieszczenie ciężkiej cieczy w wąskiej rurce jest stosunkowo większe i dlatego odczyty mogą być dokonywane z większą dokładnością.

4. Manometr Bourdona:

Urządzenie to składa się z metalowej rurki o przekroju eliptycznym zamkniętej na jednym końcu A, której drugi koniec B jest przymocowany do punktu pomiarowego, w którym ma być mierzone ciśnienie. W miarę jak płyn dostaje się do rurki, rurka ma tendencję do prostowania się.

Dzięki zastosowaniu układu zębnik-sektor małe odkształcenie sprężyste rurki jest przekazywane do wskaźnika w sposób wzmocniony. Wskazówka porusza się po tarczy z podziałką. Urządzenie jest kalibrowane przez poddawanie go różnym znanym ciśnieniom.

5. Manometr membranowy:

Urządzenie to oparte jest na tej samej zasadzie, co manometr Bourdona. W tym przypadku zamiast rurki Bourdona zastosowano membranę falistą. Kiedy przyrząd jest zamontowany do dowolnego punktu pomiarowego, membrana ulega sprężystemu odkształceniu.

6. Mikromanometr (U-rurka z powiększonymi końcami):

W celu zwiększenia czułości manometru U-rurkowego dostarcza się powiększone końce, jak pokazano na rys. 2.59. Taki układ nazywamy mikro manometrem. W urządzeniu tym stosujemy dwie niemieszające się ciecze manometryczne. Niech s1 i s2 będą ciężarami właściwymi obu cieczy manometrycznych (niech s1 > s2); gęstsza ciecz wypełni dno U-rurki.

Let A = powierzchnia każdego rozszerzonego końca

a = powierzchnia rurki

Gdy ciśnienia wywierane na dwie kończyny są równe, tj. gdy p1 = p2 niech powierzchnia rozdziału między dwiema cieczami wynosi XX.

Pozwólmy w tym stanie, aby głowa lżejszej cieczy manometrycznej była h powyżej XX. Ciśnienie w XX musi być taka sama w dwóch kończynach.

px = s2wh

.