Приборы для измерения давления

 

В инженерной практике, связанной с применением давления можно выделить две задачи:

1. 1.      Расчет на прочность

2. 2.      Определение физических свойств рабочего тела.

Хронологически задача определения прочности была ведущей. Наиболее важным было определение результирующей силы давления, например, на стенку котла. В результате появились наиболее распространенные и в настоящее время приборы для измерения давления.

Пьезометр.

Этот прибор представляет собой вертикальную стеклянную трубку, заполненную жидкостью, верхняя часть которой открыта в атмосферу, а нижняя присоединена к аппарату, в котором измеряется давление.

 

В зависимости от величины давления, жидкость в трубке будет подниматься на большую или меньшую высоту. По этой высоте можно определить величину давления в аппарате.

 

Пьезометрическая плоскость.

Плоскость, проходящая через поверхность

жидкости в трубке

Называется пьезометрической плоскостью.

 

h

Несмотря на кажущуюся несовременность этого прибора, необходимо отметить как его недостатки, так и положительные стороны.

Недостатки: громоздкость (так, если в качестве измеряющей жидкости будет использоваться вода, то высота трубки для измерения давления в энергетическом паровом котле будет составлять около километра), хрупкость, необходимость регулярного обслуживания.

Преимущества: Ни один самый современный способ измерения давления не дает такой точности, как пьезометр. В связи с этим, там, где это возможно, для поверки обычных менее точных приборов используются пьезометры. Второе преимущество – наглядность визуального определения давления.

 

Манометр. Это наиболее распространенный прибор. В основе его устройства лежит изогнутая трубка из специального упругого сплава со строго определенными физико-химическими свойствами. Один конец трубки запаян, а второй конец присоединен к аппарату, в котором измеряется давление. Как видно из схемы, площадь внутренней поверхности меньше, чем наружной. Т.к. сила давления определяется как произведение давления (которое одинаково во всей поверхности трубки) на площадь, а площади поверхностей разные, то и силы давления будут отличаться. В связи с этим, при росте давления трубка начнет разгибаться, а при его понижении наоборот. Это свойство можно использовать для измерения давления. Несложная кинематическая схема в виде рычажного механизма, соединенного с зубчатым сектором, шестеренка на оси стрелки манометра и изменение давления будет сопровождаться синхронным перемещением стрелки.

 

 

 

 

 

Давление Давление

На внешнюю поверхность на внутреннюю поверхность

 

К аппарату

 

Мембранные приборы измерения давления. В основе конструкции этих приборов лежит упругая мембрана, изгибающаяся под действием давления. Кинематическая схема, аналогичная схеме манометра позволяет также преобразовывать деформацию мембраны во вращательное движение стрелки. Это достаточно чувствительные приборы. Недостаток – невозможность их использования для измерения даже относительно невысоких давлений. Это определяется большой площадью поверхности мембран. Пример: мембрана площадью 100 см² при давлении всего 1 кГс/см² испытывает усилие 100 кГс. Учитывая конструкцию мембраны, имеющую вид практически плоской поверхности с незначительной толщиной нетрудно понять, что обычная мембрана при таком давлении деформируется или просто разрушится.

Тензометрические датчики. Эти приборы представляют собой проводник, приклеенный к поверхности, деформирующейся под действием давления. В самом простейшем случае этот датчик может быть прикреплен просто к поверхности аппарата, в котором измеряется давление. Деформация приводит к изменению электрического сопротивления, что, в свою очередь, легко преобразуется в соответствующий электрический сигнал. При самом разнообразном конструктивном исполнении эти датчики имеют общие недостатки, среди которых: высокая погрешность измерения, зачастую это датчики, требующие калибровки непосредственно на месте установки, требуются источник электропитания и соответствующие электрические преобразователи. К преимуществам этих устройств необходимо отнести удобство использования в системах автоматики.

Выше перечислены наиболее распространенные приборы для измерения давления, однако этот ряд может быть продолжен. Более подробная информация может быть получена в справочной литературе и каталогах фирм-производителей.

 

 

Как видно из выборочного обзора приборов измерения давления, они имеют одно общее свойство – сравнивают давление в аппарате с атмосферным давлением. Действительно, с одной стороны стенки газ или жидкость, давление которых измеряется, с другой – окружающая среда.

 

 

 

 

Давление в аппарате Давление атмосферное

 

 

 

 

Стенка чувствительно элемента (трубка манометра и т.д.)

 

 

Чтобы понять проблему, с которой мы сталкиваемся, давайте проведем мысленный эксперимент. Берем баллон с газом и присоединяем чувствительный манометр. Фиксируем показания манометра и поднимаемся в высокогорье или на высоту на самолете. Что мы обнаружим? Газ в баллоне остался в том же состоянии, а стрелка манометра отклонилась! Все дело в том, что изменилось атмосферное давление. Манометр отразил изменения нагрузки на стенку баллона за счет изменения атмосферного давления.

А теперь поставим задачу определения физических свойств рабочего тела в баллоне. Это могут быть свойства газа, может возникнуть задача определения температуры кипения жидкости и т.д. Для решения этих задач необходимо знать давление. Только какое? На уровне моря? В горах? Но ведь известно, что и атмосферное давление также может меняться, что неминуемо должно отражаться на показаниях приборов измерения давления.

Таким образом мы приходим к необходимости использования другой – абсолютной шкалы измерения давления, не зависящей от атмосферного давления.

т.е. в покоящейся жидкости любая горизонтальная плоскость есть поверхность равного давления.