Практичне заняття №8

Тема роботи: Вимірювання тиску.

Мета роботи: Ознайомитись з методами вимірювання тиску та навчитись визначати похибки приладів для  вимірювання тиску.

 

Теоретичні відомості

Тиск – важливий параметр, що характеризує стан речовин у ході технологічних процесів і визначається як частка від ділення нормальної до поверхні сили на площу цієї поверхні. Одиницею вимірювання тиску в системі СІ є Паскаль Па = Н/м² . Для градуювання приладів використовують також позасистемні практичні одиниці: 1 атм = 1 кгс/см²=10⁴ мм вод. ст. = 760 мм рт. ст. = 9,80665·10⁴ Па; 1 мм вод. ст. = 9,80665 Па; 1 мм рт. ст. = 133,322 Па; 1 бар = 10⁵Па.

У зв'язку з наявністю атмосферного тиску Р_атм вводяться поняття абсолютного тиску Р_абс і надлишкового Р_н; Р_н = Р_абс - Р_атм. Прилади для вимірювання Р_атм називаються барометрами, для вимірювання додатнього надлишкового тиску (Р_абс > Р_атм) – манометрами, для вимірювання від'ємного надлишкового тиску (Р_абс < Р_атм) – вакуумметрами, а для вимірювання різниці (перепаду) тиску – дифманометрами.

Прилади для вимірювання абсолютного і надлишкового тисків, а також різниці тисків поділяються на наступні групи: рідинні, рідинно-механічні, деформаційні, електричні, теплові.

Прилади для вимірювання абсолютного і надлишкового тисків, а також різниці тисків поділяються на такі групи: рідинні, рідинно-механічні, деформаційні, електричні, теплові.

Рідинні манометри – найпростіші за будовою вимірювачі тиску. В основу їх принципу дії покладено зрівноважування вимірюваного тиску гідростатичним тиском стовпа рідини. Рідинно-механічні (їх ще називають - зрівноваженими рідинними) манометри, найбільш поширеними з яких є дзвонові та кільцеві, використовуються для вимірювання різниці тисків, а також невеликих тисків і розріджень.

Деформаційні манометри діють за принципом перетворення тиску в деформацію пружного елемента. У залежності від типу застосованих пружних елементів розрізняють пружинні (мембранні), сильфоні та трубчасто-пружинні манометри; їхні найпростіші схеми наведені на рис. 1. Деформаційні манометри бувають із прямим відліком тиску чи дистанційними системами передачі сигналу та наступною його реєстрацією на самописних приладах. До їхніх переваг слід віднести широкий діапазон вимірювання тиску, можливість настроювання і регулювання робочих характеристик.

 

Рис. 1. Деформаційні манометри

а – пружинний; б – сильфонний; в – трубчасто-пружинний;

1 – вимірювальний елемент; 2 – вказівник; 3 – шкала; 4 – важіль;

5 – поворотний сектор; 6 – шестерня

Електричні перетворювачі діють за принципом безпосереднього перетворення тиску в електричний сигнал. До таких перетворювачів відно­сять п'єзоелектричні, тензометричі та ємнісні.

 У п'єзоелектричних перетворювачах (рис. 2, а) використовується явище п'єзоефекту, яке полягає у виникненні напруги U на гранях кристалів при дії на них механічного зусилля або тиску Р.

У ємнісних перетворювачах (рис. 2, б) використовується явище зміни ємності плоского конденсатора між пластинаим під дією тиску Р.

У тензометричних перетворювачах використовується явище зміни опору дротових, фольгових чи напівпровідникових резисторів при  їх деформації під дією тиску Р.

Рис. 2. Електричні перетворювачі тиску:

а) п’єзоелектричні;  б) ємнісні

 

Задача 1. В U – подібному манометрі з водяним заповненням внутрішні діаметри трубок відповідно дорівнюють 8 і 8,3 мм. При вимірюванні тиску рівень в першій трубці перемістився на 204 мм. Вимірюваний тиск вважався рівним 4 кПа. Оцініть похибку, зумовлену неврахуванням реального рівня в другій трубці.

Приклад розвязку задачі 1

При зміні рівня в першій трубці на h1 = 204 мм з першої трубки в другу перетікає води (в об'ємних одиницях):

Визначимо, наскільки перемістився рівень води в другій трубці:

Отже, дійсне значення вимірюваного тиску рівне:

Похибка вимірювання тиску за рахунок неоднакової зміни рівня в першій та другій трубках рівна:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 1

Вихідні дані до задачі 1

 

 

Задача 2.  Визначте похибку манометра з струмовим вихідним сигналом (0...5 мА) з межами вимірювання 0 - 4 МПа, якщо при вимірюванні тиску 3,2 МПа вихілний сигнал склав І= 3,93 мА.

Приклад розв’язання задачі 2

Рівняння, що зв'язує струмовии вихілний сигнал манометра з вхідним сигналом (тиском), має вигляд:

.

Визначимо вихідний сигнал, що має бути при рвх=3,2 МПа:

.

Визначимо абсолютну похибку манометра за виходом:

.

Визначимо приведену похибку манометра:

.

Визначимо абсолютну похибку манометра за входом:

 Мпа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця 2

Вихідні дані до задачі 2

 

   Контрольні запитання

1.    В яких одиницях вимірюється тиск?

2.    Які Ви знаєте прилади для вимірювання тиску?

3.    Яка різниця між барометрами, вакууметрами та манометрами?

4.    Що являють собою рідинні манометри?

5.    Що являють собою деформаційні манометри?

6.    Що являють собою електричні манометри?