Питання для самоконтролю

1. Що називається в’язкістю рідини?

2. У чому сутність закону тертя в рідині?

3. Який зв’язок існує між динамічною і кінематичною в’язкістю?

4. Якими приборами визначають в’язкість рідини?

5. Як визначається в’язкість в умовних градусах Енглера?

6. Як по в’язкості, визначеній в умовних градусах Енглера, визначити кінематичну в’язкість?

7. Як змінюється в’язкість рідини при зміні її температури?

Лабораторна робота № 2 Вивчення приладів для вимірювання тиску

Мета роботи : ознайомитись з конструкцією пружинного манометра і повірити його.

Література: [ 1 ], стор. 13-22; [ 2 ], стор. 16-26; [ 3 ], стор. 13-18, 19-22, 130-136.

Загальні відомості

Тиском у рідині називається напруга стиснення. Тиск у будь-якій точці рідини, що знаходиться в рівновазі, визначається за основним рівнянням гідростатики :

Р_абс = Р₀ + ρgh , ( 2.1 )

де Р_абс – абсолютний ( повний ) гідростатичний тиск, Па;

Р_о – тиск на вільній поверхні рідини, Па;

ρ – густина рідини, кг/м³;

g – прискорення вільного падіння, м/с²;

h – глибина занурення під вільною поверхнею рідини, м.

Тиск вимірюється в паскалях ( 1 Па = 1 Н/м ) і в позасистемних одиницях: в атмосферах ( 1 ат = 1 кг/см² = 98066,5 Па ) і в барах ( 1 бар = 1,02 ат = =1•10⁵ Па).

Якщо абсолютний тиск ( Р_абс ) більше атмосферного ( Р_атм ), то різниця між ними називається надмірним, або манометричним, тиском:

Р_надм = Р_ман = Р_абс – Р_атм ( 2.2 )

Якщо абсолютний тиск ( Р_абс ) менше атмосферного ( Р_атм ), то різниця між ними називається вакуумом, а тиск – абсолютним вакууметричним Р_{абс.вак} :

Р_вак = Р_атм – Р_{абс.вак} . ( 2.3 )

Таким чином, манометричний тиск – це надлишок над атмосферним тиском, а вакуум – це недолік до атмосферного тиску. Манометричний тиск змінюється від 0 до ∞, а абсолютний вакууметричний тиск – від 0 до Р_атм, тобто максимальним значенням вакууму є атмосферний тиск.

Для вимірювання тиску застосовуються різні прилади. Найбільшого поширення на практиці набули пружинні і рідинні манометри. У пружинних манометрах тиск врівноважується пружними силами пружинних елементів, а їх деформація є величиною, що визначає тиск.

Пристрій манометра з одновитковою трубчастою пружиною ( трубкою Бурдона ) показано на рис.2.1.

Основна деталь цього манометра – запаяна з одного кінця одновиткова трубчаста пружина 1 еліптичного або овального перетину. Іншим кінцем пружина закріплена в утримувачі, сполученим з судиною, у якій вимірюється тиск.

Пружина заломлена у вигляді півкільця з радіусом закруглення, що описує форму кола. Якщо пружину розтягувати зсередини її трубчастої порожнини, то в ній умовно можна виділити два елементи: зовнішнє півкільце більшого радіуса і внутрішнє півкільце меншого радіуса. Оскільки довжина розгортки зовнішнього півкільця більше довжини розгортки внутрішнього півкільця, то і площа внутрішньої поверхні зовнішнього півкільця більша, ніж у внутрішнього. Тому при дії надмірного тиску всередині порожнистої пружини сума сил, що діють на зовнішнє кільце більше суми сил внутрішнього кільця і пружина починає розгинатися, розгинаючись у бік більшої площі, збільшуючись у діаметрі.

При зниженні тиску до атмосферного трубка набуває первинної форми. Вільний кінець трубки через повідець 2 повертає зубчатий сектор 3 і разом з ним – стрілку 4 , яка закріплена на осі зубчастої шестерні 6. Спіральна пружина 5 служить для усунення впливу зазору в зубчатому зачепленні.

Нуль шкали манометра відповідає нормальному атмосферному тиску, тому відхилення стрілки 4 показує за шкалою тільки надмірний (манометричний) тиск.

При створенні всередині трубчастої порожнини пружини розрядки (вакууму) зовнішній атмосферний тиск по відношенню до внутрішнього стає «надмірним» і з більшою силою стискає зовнішнє півкільце за рахунок його більшої зовнішньої площі в порівнянні з внутрішнім. При цьому пружина згортається, зменшуючись у «діаметрі». Такі прилади називаються вакуумметрами.

Переваги пружинних манометрів:

- широкий діапазон вимірюваного тиску (від 0,05 до 1000 МПа);

- проста будова пристрою;

- малі габарити;

- надійність у роботі при вимірюваннях мало змінного тиску.

Недоліки:

- інерційність;

- зміна пружних властивостей пружини, що позначається на точності свідчень вимірювання;

- зношення передавального механізму.

За своїм призначенням випускаються наступні манометри: технічні, контрольні і зразкові.

Зразкові пружинні манометри застосовуються для перевірки технічних і контрольних манометрів.

Клас точності приладу ( К ) виражає найбільшу допустиму погрішність (∆Р_доп) у відсотках від максимального значення шкали приладу:

. ( 2.4 )

Клас точності вказується на шкалі приладу.

Класи точності технічних манометрів наступні: 0,5; 1; 1,5; 2,5; 4.

Контрольні і зразкові манометри мають високі класи точності: 0,005; 0,02; 0,05; 0,1.

Пружинні манометри слід періодично повіряти, оскільки їх основний елемент – трубчаста пружина – з часом частково втрачає свої пружні властивості, а передавальний механізм зношується.

Послідовність виконання роботи

Пружний манометр повіряють, щоб визначити системну похибку приладу при різних свідченнях вимірювання.

За отриманими погрішностями технічних параметрів повіряють, чи відповідає даний прилад своєму класу точності, а для лабораторних манометрів визначаються значення поправок до їх свідчень.

Рис.2.2. Схема експериментальної установки

Вимірювальний тиск одночасно подається до того, що повіряється ( 1 ) і до зразкового (2) манометрів (Рис.2.2.). Перевірка полягає в порівнянні свідчень манометрів, що повіряється і зразкового. Прилади необхідно повіряти в тому положенні, у якому вони знаходяться в робочому стані.

Манометри повіряють у наступній послідовності :

1. Виділяють п’ять – десять точок значень тиску, рівномірно розподілених за всією шкалою, щоб отримати достовірніші дані при визначенні погрішності манометра.

2. Записують початкові свідчення манометрів, що повіряється і зразкового, тобто свідчення за відсутності тиску.

3. Збільшуючи тиск у системі (обертаючи штурвал З ), фіксують послідовно свідчення зразкового манометра у вибраних крапках і фіксують свідчення манометра, що повіряється.

4. Закінчивши перевірку при підвищенні тиску, манометр, що повіряється, витримують на граничній відмітці його шкали 3…5 хв., після чого, знижуючи тиск, проходять усі вибрані точки, але в зворотній послідовності.

5. Свідчення зразкового манометра і манометра, що повіряється, отримані в процесі підвищення і пониження тиску, записують у таблицю 2.1.