Абсолютно и манометър налягане. Вакуум
налягане- физическа величина, характеризираща интензитета на силите, действащи по нормалата към повърхността на тялото и свързани с единицата площ на тази повърхност.
Има следните видове натиск:
- барометричен (атмосферен)
- нормално
- абсолютен
- габарит (габарит)
- акуметричен (разряд)
За измерване на налягането се използват различни единици: Pascal (Pa), бар, техническа атмосфера или просто атмосфера, милиметър живак или воден стълб, които са в следните съотношения:
1 Pa = 10 ^ -5 bar = 1,02 * 10 ^ -5 kgf / cm2 \u003d 7,5024 * 10 ^ -2 mm Hg. Изкуство.
барометрично наляганезависи от масата на въздушния слой. Най-високото барометрично налягане е регистрирано на морското равнище и възлиза на 809 mm Hg. чл., а най-ниската - 684 mm Hg. Изкуство. Барометричното налягане се изразява чрез височината на живачната колона в mm, намалена до 0 °C.
нормално налягане- това е средната стойност на атмосферното налягане за годината на морското равнище, която се определя от живачен барометър при температура на живака 273 K. Тя е приблизително 101,3 kPa (750 mmHg). Тоест нормалното налягане се нарича барометрично налягане, равно на една физическа атмосфера и е частен случай на барометрично налягане.
абсолютно наляганенаречено налягане на газове и течности в затворени обеми. Не зависи от състоянието на околната среда.
Манометрично наляганее разликата между абсолютното налягане и барометричното налягане, ако първото е по-голямо от второто.
Манометърът е устройство, което измерва налягането в затворен съд, като е извън този съд, той изпитва налягане както от страната на околната среда, така и от страната на съда. Следователно общото или абсолютното налягане на газа в съда е равно на сумата от манометъра и барометричното налягане.
вакуумно наляганее разликата между барометричното налягане и абсолютното налягане, ако последното е по-малко от първото.
Въпрос 21. Класификация на уредите за измерване на налягане. Устройството на електроконтактния манометър, методи за неговата проверка.
В много технологични процеси налягането е един от основните параметри, определящи техния ход. Те включват: налягане в автоклавите и камерите за пара, налягане на въздуха в технологичните тръбопроводи и др.
Определяне на стойността на налягането
наляганее величина, която характеризира ефекта на силата на единица площ.
При определяне на величината на налягането е обичайно да се прави разлика между абсолютно, атмосферно, наднормено и вакуумно налягане.
Абсолютно налягане (стр а ) - това е налягането във всяка система, под която има газ, пара или течност, измерено от абсолютна нула.
Атмосферно налягане (стр в ) създадена от масата на въздушния стълб на земната атмосфера. Има променлива стойност в зависимост от височината на района над морското равнище, географската ширина и метеорологичните условия.
Свръхналяганесе определя от разликата между абсолютното налягане (p a) и атмосферното налягане (p b):
r izb \u003d r a - r c.
вакуум (вакуум)е състоянието на газ, при което налягането му е по-ниско от атмосферното налягане. Количествено, вакуумното налягане се определя от разликата между атмосферното налягане и абсолютното налягане във вакуумната система:
p vak \u003d p in - p a
При измерване на налягането в движеща се среда понятието налягане се разбира като статично и динамично налягане.
Статично налягане (стр ул ) е налягането в зависимост от потенциалната енергия на газовата или течната среда; определя се от статичното налягане. Може да бъде излишък или вакуум, в конкретен случай може да бъде равен на атмосферен.
Динамично налягане (стр д ) е налягането, дължащо се на скоростта на потока на газ или течност.
Общо налягане (стр П ) движещата се среда се състои от статично (p st) и динамично (p d) налягания:
r p \u003d r st + r d.
Единици за налягане
В системата от единици SI единицата за налягане се счита за действието на сила от 1 H (нютон) върху площ от 1 m², т.е. 1 Pa (Pascal). Тъй като тази единица е много малка, килопаскалът (kPa = 10 3 Pa) или мегапаскал (MPa = 10 6 Pa) се използва за практически измервания.
Освен това на практика се използват следните единици за налягане:
милиметър воден стълб (mm воден стълб);
милиметър живак (mm Hg);
атмосфера;
килограм сила на квадратен сантиметър (kg s/cm²);
Връзката между тези количества е както следва:
1 Pa = 1 N/m²
1 kg s/cm² = 0,0981 MPa = 1 атм
1 мм w.c. Изкуство. \u003d 9,81 Pa \u003d 10 -4 kg s / cm² = 10 -4 атм
1 mmHg Изкуство. = 133,332 Ра
1 бар = 100 000 Pa = 750 mmHg Изкуство.
Физическо обяснение на някои мерни единици:
1 kg s / cm² е налягането на воден стълб с височина 10 m;
1 mmHg Изкуство. е количеството намаление на налягането за всеки 10 m надморска височина.
Методи за измерване на налягането
Широкото използване на налягането, неговата диференциалност и разреждане в технологичните процеси налага прилагането на разнообразни методи и средства за измерване и контрол на налягането.
Методите за измерване на налягането се основават на сравняване на силите на измереното налягане със силите:
налягане на течен стълб (живак, вода) със съответната височина;
разработени при деформация на еластични елементи (пружини, мембрани, манометрични кутии, силфони и манометрични тръби);
тегло на товара;
еластични сили, произтичащи от деформацията на определени материали и причиняващи електрически ефекти.
Класификация на уредите за измерване на налягане
Класификация според принципа на действие
В съответствие с тези методи инструментите за измерване на налягане могат да бъдат разделени, според принципа на действие, на:
течност;
деформация;
товарно бутало;
електрически.
Най-широко използваните в индустрията са инструментите за измерване на деформация. Останалите в по-голямата си част са намерили приложение в лабораторни условия като примерни или изследователски.
Класификация в зависимост от измерената стойност
В зависимост от измерената стойност уредите за измерване на налягане се делят на:
манометри - за измерване на свръхналягане (налягане над атмосферното);
микроманометри (налягания) - за измерване на малки свръхналягания (до 40 kPa);
барометри - за измерване на атмосферно налягане;
микровакууммери (тяломери) - за измерване на малки вакууми (до -40 kPa);
вакуумметри - за измерване на вакуумно налягане;
манометри за налягане и вакуум - за измерване на излишно и вакуумно налягане;
манометри - за измерване на излишък (до 40 kPa) и вакуумно налягане (до -40 kPa);
манометри за абсолютно налягане - за измерване на налягане, измерено от абсолютна нула;
диференциални манометри - за измерване на разликата (диференциалното) налягане.
Инструменти за измерване на налягането на течности
Действието на уредите за измерване на течности се основава на хидростатичния принцип, при който измереното налягане се балансира от налягането на колоната на бариерния (работния) флуид. Разликата в нивата в зависимост от плътността на течността е мярка за налягане.
У- оформен манометър- Това е най-простият уред за измерване на налягането или разликата в налягането. Представлява огъната стъклена тръба, пълна с работен флуид (живак или вода) и прикрепена към панел със скала. Единият край на тръбата е свързан с атмосферата, а другият е свързан към обекта, където се измерва налягането.
Горната граница на измерване на двутръбни манометри е 1 ... 10 kPa с намалена грешка на измерване от 0,2 ... 2%. Точността на измерване на налягането от този инструмент ще се определя от точността на отчитане на стойността h (стойността на разликата в нивото на течността), точността на определяне на плътността на работния флуид ρ и няма да зависи от напречното сечение на тръбата.
Инструментите за измерване на налягане на течности се характеризират с липса на дистанционно предаване на показанията, малки граници на измерване и ниска якост. В същото време, поради тяхната простота, ниска цена и относително висока точност на измерване, те се използват широко в лабораториите и по-рядко в промишлеността.
Инструменти за измерване на деформационно налягане
Те се основават на балансиране на силата, създадена от налягането или вакуума на контролираната среда върху чувствителния елемент със силите на еластичните деформации на различни видове еластични елементи. Тази деформация под формата на линейни или ъглови премествания се предава на записващо устройство (показващо или записващо) или се преобразува в електрически (пневматичен) сигнал за дистанционно предаване.
Като чувствителни елементи се използват еднооборотни тръбни пружини, многооборотни тръбни пружини, еластични мембрани, маншони и пружини-силфони.
За производството на мембрани, силфони и тръбни пружини се използват бронз, месинг, хром-никелови сплави, които се характеризират с достатъчно висока еластичност, антикорозия, ниска зависимост на параметрите от температурните промени.
Мембранни устройствасе използват за измерване на ниски налягания (до 40 kPa) на неутрални газообразни среди.
Силфонни устройствапредназначени за измерване на свръх и вакуумно налягане на неагресивни газове с граници на измерване до 40 kPa, до 400 kPa (като манометри), до 100 kPa (като вакуумметри), в диапазона от -100 ... + 300 kPa (като комбинирани манометри за налягане и вакуум).
Тръбни пружинни устройстваса сред най-разпространените манометри, вакуумметри и комбинирани манометри за налягане и вакуум.
Тръбната пружина е тънкостенна, огъната в дъга на окръжност, тръба (единична или многооборотна) със затворен един край, която е изработена от медни сплави или неръждаема стомана. Когато налягането вътре в тръбата се увеличава или намалява, пружината се развива или усуква под определен ъгъл.
Манометрите от разглеждания тип се произвеждат за горните граници на измерване от 60 ... 160 kPa. Вакуумометрите се произвеждат със скала от 0…100kPa. Вакуумните манометри имат граници на измерване: от -100 kPa до + (60 kPa ... 2,4 MPa). Клас на точност за работни манометри 0,6 ... 4, за примерен - 0,16; 0,25; 0.4.
Дедвейт тестерисе използват като устройства за проверка на механичното управление и примерни манометри за средно и високо налягане. Налягането в тях се определя от калибрирани тежести, поставени върху буталото. Като работен флуид се използва керосин, трансформаторно или рициново масло. Класът на точност на манометърите за тегло е 0,05 и 0,02%.
Електрически манометри и вакуумметри
Работата на устройствата от тази група се основава на свойството на определени материали да променят своите електрически параметри под налягане.
Пиезоелектрични манометриизползва се за измерване на високочестотно пулсиращо налягане в механизми с допустимо натоварване на чувствителния елемент до 8·10 3 GPa. Чувствителният елемент в пиезоелектричните манометри, който преобразува механичните напрежения в колебания на електрически ток, са цилиндрични или правоъгълни пластини с дебелина няколко милиметра, изработени от кварц, бариев титанат или PZT керамика (оловен цирконат-титонат).
Тензомериимат малки габаритни размери, просто устройство, висока точност и надеждност при работа. Горната граница на показанията е 0,1 ... 40 MPa, клас на точност 0,6; 1 и 1.5. Използват се в трудни производствени условия.
Като чувствителен елемент в тензодатчиците се използват тензодатчици, чийто принцип на действие се основава на промяна на съпротивлението под действието на деформация.
Налягането в манометъра се измерва чрез небалансирана мостова верига.
В резултат на деформация на мембраната със сапфирена пластина и тензодатчици възниква дисбаланс на моста под формата на напрежение, което се преобразува от усилвател в изходен сигнал, пропорционален на измереното налягане.
Манометри за диференциално налягане
Прилагат се за измерване на разлика (разлика) в налягането на течности и газове. Могат да се използват за измерване на потока на газове и течности, нивото на течността, както и за измерване на малки излишни и вакуумни налягания.
Диафрагмени диференциални манометриса първични измервателни устройства без чакал, предназначени да измерват налягането на неагресивна среда, преобразувайки измерената стойност в унифициран аналогов DC сигнал 0 ... 5 mA.
Произвеждат се диференциални манометри от типа DM за ограничаване на спада на налягането от 1,6 ... 630 kPa.
Манометри за диференциално налягане с маншонисе произвеждат за ограничаване на спада на налягането от 1…4kPa, проектирани са за максимално допустимо работно свръхналягане от 25kPa.
Устройството на електроконтактния манометър, методи за неговата проверка
Електроконтактно устройство за манометър
Фигура - Схематични диаграми на електроконтактни манометри: а- едноконтактен за късо съединение; б- едноконтактно отваряне; в - двуконтактно отворено-отворено; г– двуконтактен за късо съединение–късо съединение; д- двуконтактно отваряне-затваряне; д- двуконтактен за затваряне-отваряне; 1 - стрелка на показалеца; 2 и 3 – електрически базови контакти; 4 и 5 – зони съответно на затворени и отворени контакти; 6 и 7 – обекти на влияние
Типична диаграма на работа на електроконтактен манометър може да бъде илюстрирана на фигурата ( а). С увеличаване на налягането и достигане на определена стойност, стрелката на индекса 1 с електрически контакт влиза в зоната 4 и се затваря с основния контакт 2 електрическа верига на устройството. Затварянето на веригата от своя страна води до въвеждане в експлоатация на обекта на влияние 6.
В отварящата верига (фиг. . б) при липса на налягане, електрическите контакти на стрелката на индекса 1 и базов контакт 2 затворен. Под напрежение Ув е електрическата верига на устройството и обекта на въздействие. Когато налягането се повиши и стрелката премине през зоната на затворени контакти, електрическата верига на устройството се прекъсва и съответно електрическият сигнал, насочен към обекта на въздействие, се прекъсва.
Най-често в производствените условия се използват манометри с двуконтактни електрически вериги: единият се използва за звукова или светлинна индикация, а вторият се използва за организиране на функционирането на системи от различни видове контрол. По този начин веригата отваряне-затваряне (фиг. д) позволява на един канал да отвори една електрическа верига при достигане на определено налягане и да получи сигнал за удар върху обекта 7 , а според втория - с помощта на основния контакт 3 затворете отворената втора електрическа верига.
Верига за затваряне-отваряне (фиг. . д) позволява с увеличаване на налягането една верига да се затвори, а втората - да се отвори.
Двуконтактни вериги за затваряне-затваряне (фиг. г) и отваряне-отваряне (фиг. в) уверете се, че когато налягането се повиши и се достигнат еднакви или различни стойности, двете електрически вериги са затворени или съответно отворени.
Електроконтактната част на манометъра може да бъде интегрална, комбинирана директно с измервателния механизъм, или прикрепена под формата на електроконтактна група, монтирана отпред на устройството. Производителите традиционно използват дизайни, при които прътите на електроконтактната група са монтирани върху оста на тръбата. В някои устройства, като правило, е инсталирана електроконтактна група, свързана към чувствителния елемент чрез стрелката на индекса на манометъра. Някои производители са усвоили електроконтактния манометър с микропревключватели, които са инсталирани на предавателния механизъм на измервателния уред.
Електроконтактните манометри се произвеждат с механични контакти, контакти с магнитно предварително натоварване, индуктивна двойка, микропревключватели.
Електроконтактната група с механични контакти е конструктивно най-проста. Върху диелектричната основа е фиксиран базов контакт, който представлява допълнителна стрелка с електрически контакт, фиксиран върху нея и свързан към електрическа верига. Друг конектор на електрическа верига е свързан към контакт, който се движи с индексна стрелка. По този начин, с увеличаване на налягането, стрелката на индекса измества подвижния контакт, докато се свърже с втория контакт, фиксиран върху допълнителната стрелка. Механичните контакти, направени под формата на венчелистчета или стелажи, са изработени от сребро-никел (Ar80Ni20), сребро-паладий (Ag70Pd30), злато-сребро (Au80Ag20), платина-иридий (Pt75Ir25) и др.
Устройствата с механични контакти са предназначени за напрежения до 250 V и издържат на максимална мощност на прекъсване до 10 W DC или 20 V×A AC. Ниската способност на прекъсване на контактите осигурява достатъчно висока точност на реакция (до 0,5% от стойността на пълната скала).
По-здрава електрическа връзка се осигурява от контакти с магнитно предварително натоварване. Разликата им от механичните е, че на обратната страна на контактите (с лепило или винтове) са фиксирани малки магнити, което повишава здравината на механичната връзка. Максималната мощност на прекъсване на контакти с магнитно предварително натоварване е до 30 W DC или до 50 V×A AC и напрежение до 380 V. Поради наличието на магнити в контактната система, класът на точност не надвишава 2,5.
Методи за проверка на ЕКГ
Електроконтактните манометри, както и сензорите за налягане, трябва периодично да се проверяват.
Електроконтактните манометри в полеви и лабораторни условия могат да се проверят по три начина:
проверка на нулева точка: когато налягането се отстрани, стрелката трябва да се върне към знака „0“, недостигът на стрелката не трябва да надвишава половината от толеранса за грешка на инструмента;
проверка на работната точка: към изпитваното устройство се свързва контролен манометър и се сравняват показанията на двете устройства;
проверка (калибриране): проверка на уреда съгласно процедурата за проверка (калибриране) за този вид уред.
Електроконтактните манометри и превключватели за налягане се проверяват за точността на работа на сигналните контакти, грешката на работа не трябва да надвишава паспортната.
Процедура за проверка
Извършете поддръжка на устройството за налягане:
Проверете маркировката и безопасността на пломбите;
Наличието и здравината на закрепването на капака;
Няма счупен заземителен проводник;
Липсата на вдлъбнатини и видими повреди, прах и мръсотия по корпуса;
Силата на монтажа на сензора (работа на място);
Цялост на кабелната изолация (работа на място);
Надеждност на закрепването на кабела във водното устройство (работа на мястото на работа);
Проверете затягането на крепежните елементи (работа на място);
За контактни устройства проверете съпротивлението на изолацията спрямо корпуса.
Сглобете верига за контактни устройства за налягане.
Постепенно увеличавайки налягането на входа, вземете показанията на примерното устройство по време на хода напред и назад (намаляване на налягането). Отчетите трябва да се правят в 5 еднакво разположени точки от обхвата на измерване.
Проверете точността на работата на контактите според настройките.
¾ пиезометри,
¾ манометри,
¾ вакуумметри.
Пиезометрите и манометрите измерват излишното (габаритно) налягане, тоест те работят, ако общото налягане в течността надвишава стойност, равна на една атмосфера p= 1kgf/cm2= 0,1МРа стр п човек p atm p atm = = 101325 » 100000Па .
к.с ,
където к.с м.
к.с .
МРаили kPa(виж на стр. 54). Въпреки това, старите манометри със скала в kgf/cm2, те са удобни с това, че тази единица е равна на една атмосфера (виж стр. 8). Нулево отчитане на всеки манометър съответства на пълно налягане стрравно на една атмосфера.
Вакумомерпо външния си вид прилича на манометър, но показва онази част от налягането, която допълва общото налягане в течността до стойността на една атмосфера. Вакуумът в течност не е празнота, а такова състояние на течност, когато общото налягане в нея е по-малко от атмосферното налягане с количество п вп в
.
Вакуумна стойност pvне може да бъде повече от 1 в п в » 100000Па
Пиезометър показва h p = 160виж aq. Изкуство. p est = 16000Паи p= 100000+16000=116000Па;
Манометър с показания p човек = 2,5kgf/cm2 h p = 25 ми общо налягане в SI p= 0,35МРа;
показване на вакууммера p в = 0,04МРа p= 100000-40000=60000Па
Ако налягането P се измерва от абсолютна нула, тогава то се нарича абсолютно налягане Rabs. Ако налягането се брои от атмосферното, тогава то се нарича излишък (манометричен) Pizb. Измерва се с манометър. Атмосферното налягане е постоянно Ratm = 103 kPa (фиг. 1.5). Вакуумно налягане Рvac - липса на налягане спрямо атмосферно налягане.
6.Основно уравнение на хидростатиката (заключение). Законът на Паскал. хидростатичен парадокс. Фонтани за чапла, устройство, принцип на действие.
Основно уравнение на хидростатикатазаявява, че общото налягане във флуид стре равно на сумата от външното налягане върху течността пои налягане на тежестта на течния стълб p w, тоест: , къде з- височината на колоната на течността над точката (дълбочината на нейното потапяне), в която се определя налягането. От уравнението следва, че налягането в течността нараства с дълбочина и зависимостта е линейна.
В частния случай за отворени резервоари, комуникиращи с атмосферата (фиг. 2), външното налягане върху течността е равно на атмосферното налягане стр o= p atm= 101325 Па 1 в. Тогава основното уравнение на хидростатиката приема формата
.
Манометрично налягане (габарит) е разликата между общото и атмосферното налягане. От последното уравнение получаваме, че за отворени резервоари свръхналягането е равно на налягането на течния стълб
Законът на Паскалзвучи така: външно налягане, приложено към течност в затворен резервоар, се предава вътре в течността до всички нейни точки без промяна. Работата на много хидравлични устройства се основава на този закон: хидравлични крикове, хидравлични преси, хидравлични задвижвания на машини, спирачни системи на автомобили.
хидростатичен парадокс- свойство на течностите, което се състои в това, че силата на тежестта на течност, излята в съд, може да се различава от силата, с която тази течност действа върху дъното на съда.
Фонтаните на чапла. Известният учен от древността Херон Александрийски е измислил оригиналния дизайн на фонтана, който се използва и до днес.
Основното чудо на тази чешма е, че водата от чешмата бие сама, без да се използва външен източник на вода. Принципът на работа на фонтана е ясно видим на фигурата.
Диаграма на фонтана на чапла
Фонтанът на чапла се състои от отворена купа и два херметични съда, разположени под купата. От горната купа до долния контейнер има напълно запечатана тръба. Ако излеете вода в горната купа, тогава водата започва да тече през тръбата в долния контейнер, измествайки въздуха от там. Тъй като самият долен контейнер е напълно запечатан, въздухът, изтласкван от водата, през запечатана тръба, пренася въздушното налягане към средната купа. Въздушното налягане в средния резервоар започва да изтласква водата и фонтанът започва да работи. Ако за да започнете работа, беше необходимо да се излее вода в горната купа, тогава за по-нататъшната работа на фонтана водата, която попадна в купата от средния контейнер, вече беше използвана. Както можете да видите, устройството на фонтана е много просто, но това е само на пръв поглед.
Издигането на водата в горната купа се осъществява поради налягането на водата с височина H1, докато фонтанът издига водата на много по-голяма височина H2, което на пръв поглед изглежда невъзможно. В крайна сметка това трябва да изисква много по-голям натиск. Фонтанът не трябва да работи. Но познанията на древните гърци се оказват толкова високи, че те се досещат да прехвърлят налягането на водата от долния съд към средния съд, не с вода, а с въздух. Тъй като теглото на въздуха е много по-ниско от теглото на водата, загубата на налягане в тази област е много малка и фонтанът се издига от купата до височина H3. Височината на струята на фонтана H3, без да се вземат предвид загубите на налягане в тръбите, ще бъде равна на височината на налягането на водата H1.
По този начин, за да може водата от фонтана да удари възможно най-високо, е необходимо да се направи конструкцията на фонтана възможно най-висока, като по този начин се увеличи разстоянието H1. Освен това трябва да повдигнете средния съд възможно най-високо. Що се отнася до закона на физиката за запазване на енергията, той се спазва напълно. Водата от средния съд, под въздействието на гравитацията, се влива в долния съд. Фактът, че тя преминава по този начин през горната купа и в същото време бие там с фонтан, ни най-малко не противоречи на закона за запазване на енергията. Когато цялата вода от средния съд се влее в долния, фонтанът спира да работи.
7. Инструменти, използвани за измерване на налягане (атмосферно, излишък, вакуум). Устройство, принцип на действие. Клас на точност на инструмента.
Налягането в течността се измерва с инструменти:
¾ пиезометри,
¾ манометри,
¾ вакуумметри.
Пиезометрите и манометрите измерват излишното (габаритно) налягане, тоест работят, ако общото налягане в течността надвишава стойност, равна на една атмосфера p= 1kgf/cm2= 0,1МРа. Тези инструменти показват съотношението на налягането над атмосферното. За измерване в течно общо налягане стрнеобходими за измерване на налягането п човекдобавете атмосферно налягане p atmвзето от барометъра. На практика в хидравликата атмосферното налягане се счита за постоянна стойност. p atm = = 101325 » 100000Па.
Пиезометърът обикновено е вертикална стъклена тръба, долната част на която комуникира с изследваната точка в течността, където трябва да се измери налягането (например точка А на фиг. 2), а горната му част е отворена към атмосферата . Височината на колоната на течността в пиезометъра к.се индикация за това устройство и ви позволява да измерите излишното (габаритно) налягане в точка според съотношението 
където к.с- пиезометрична глава (височина), м.
Споменатите пиезометри се използват предимно за лабораторни изследвания. Горната им граница на измерване е ограничена до височина до 5 m, но тяхното предимство пред манометрите е директното измерване на налягането с помощта на пиезометричната височина на течния стълб без междинни предавателни механизми.
Всеки кладенец, яма, кладенец с вода или дори всяко измерване на дълбочината на водата в открит резервоар може да се използва като пиезометър, тъй като ни дава стойността к.с .
Манометрите най-често се използват механични, по-рядко - течни. Всички манометри не измерват пълно налягане, а манометър.
Предимствата им пред пиезометрите са по-широките граници на измерване, но има и недостатък: изискват наблюдение на техните показания. Наскоро произведените манометри са градуирани в SI единици: МРаили kPa. Въпреки това, старите манометри със скала в kgf/cm2, те са удобни с това, че тази единица е равна на една атмосфера. Нулево отчитане на всеки манометър съответства на пълно налягане стрравно на една атмосфера.
Вакуумометрът на външен вид прилича на манометър, но показва частта от налягането, която допълва общото налягане в течността до стойността на една атмосфера. Вакуумът в течност не е празнота, а такова състояние на течност, когато общото налягане в нея е по-малко от атмосферното налягане с количество п вкоето се измерва с вакуумметър. вакуумно налягане п в, показан от устройството, е свързан с общия и атмосферния, както следва: .
Вакуумна стойност pvне може да бъде повече от 1 в, тоест граничната стойност п в » 100000Па, тъй като общото налягане не може да бъде по-малко от абсолютна нула.
Ето примери за вземане на показания от устройства:
Пиезометър показва h p = 160виж aq. Изкуство., съответства в SI единици на наляганията p est = 16000Паи p= 100000+16000=116000Па;
Манометър с показания p човек = 2,5kgf/cm2съответства на водния стълб h p = 25 ми общо налягане в SI p= 0,35МРа;
показване на вакууммера p в = 0,04МРа, съответства на общото налягане p= 100000-40000=60000Па, което е 60% от атмосферното.
8. Диференциални уравнения на идеален флуид в покой (уравнения на Л. Ойлер). Извеждане на уравнения, пример за прилагане на уравнения за решаване на практически задачи.
Помислете за движението на идеална течност. Нека разпределим малко обем вътре в него V. Според втория закон на Нютон, ускорението на центъра на масата на този обем е пропорционално на общата сила, действаща върху него. В случай на идеален флуид, тази сила се редуцира до налягането на флуида около обема и евентуално до влиянието на външни силови полета. Да приемем, че това поле представлява силите на инерцията или гравитацията, така че тази сила е пропорционална на силата на полето и масата на обемния елемент. Тогава
,
където С- повърхността на избрания обем, ж- сила на полето. Преминавайки, съгласно формулата на Гаус - Остроградски, от повърхностния интеграл към обемния и отчитайки, че , където е плътността на течността в дадена точка, получаваме:
Поради произвола на обема Vинтегралните числа трябва да са равни във всяка точка:
Изразяване на общата производна чрез конвективна производна и частична производна:
получаваме Уравнение на Ойлер за движението на идеален флуид в гравитационно поле:
 |
Къде е плътността на течността,
е налягането в течността,
е векторът на скоростта на флуида,
- вектор на силата на силовото поле,
Nabla оператор за триизмерно пространство.
Определяне на силата на хидростатично налягане върху плоска стена, разположена под ъгъл спрямо хоризонта. център на натиск. Позицията на центъра на натиск в случай на правоъгълна платформа, чийто горен ръб лежи на нивото на свободната повърхност.
Използваме основното уравнение на хидростатиката (2.1), за да намерим общата сила на налягането на флуида върху плоска стена, наклонена към хоризонта под произволен ъгъл а (фиг. 2.6).
 |
Ориз. 2.6
Нека изчислим общата сила P на налягане, действаща от страната на течността върху определен участък от разглежданата стена, ограничен от произволен контур и с площ, равна на S.
Оста 0x е насочена по линията на пресичане на равнината на стената със свободната повърхност на течността, а оста 0y е перпендикулярна на тази линия в равнината на стената.
Нека първо изразим елементарната сила на натиск, приложена към безкрайно малка площ dS:
,
където p0 е налягането върху свободната повърхност;
h е дълбочината на местоположението на обекта dS.
За да определим общата сила P, извършваме интегриране по цялата площ S.
,
където y е координатата на центъра на обекта dS.
Последният интеграл, както е известно от механиката, е статичен момент на площта S около оста 0xи е равно на произведението на тази площ по координатата на нейния център на тежестта (точка С), т.е.
следователно,
(тук hc е дълбочината на центъра на тежестта на областта S), или
(2.6)
т.е. общата сила на налягането на флуида върху плоска стена е равна на произведението на площта на стената и хидростатичното налягане в центъра на тежестта на тази област.
Намерете позицията на центъра на налягането. Тъй като външното налягане p0 се предава на всички точки от площта S еднакво, резултатът от това налягане ще бъде приложен в центъра на тежестта на площта S. За да се намери точката на приложение на силата на свръхналягане на течността (точка D), прилагаме уравнението на механиката, според което моментът на резултантната сила на натиск спрямо оста 0x е равен на сумата от моментите на съставните сили, т.е. 
където yD е координатата на точката на приложение на силата Pex.
Изразявайки Pex и dPex по отношение на yc и y и дефинирайки yD, получаваме 
където - момент на инерция на площта S около оста 0x.
Предвид това 
(Jx0 е моментът на инерция на площта S около централната ос, успоредна на 0x), получаваме 
(2.7)
По този начин точката на приложение на силата Pex се намира под центъра на тежестта на зоната на стената; разстоянието между тях е
Ако налягането p0 е равно на атмосферното и действа от двете страни на стената, тогава точка D ще бъде центърът на налягането. Когато p0 е по-високо от атмосферното, тогава центърът на налягането се намира съгласно правилата на механиката като точка на приложение на резултатната от две сили: hcgS и p0S. В този случай, колкото по-голяма е втората сила в сравнение с първата, толкова по-близо е центърът на натиск до центъра на тежестта на площта S.
В частния случай, когато стената има правоъгълна форма и една от страните на правоъгълника съвпада със свободната повърхност на течността, положението на центъра на налягането се намира от геометрични съображения. Тъй като диаграмата на налягането на флуида върху стената е изобразена с правоъгълен триъгълник (фиг. 2.7), чийто център на тежестта е 1/3 от височината b на триъгълника от основата, тогава центърът на налягането на флуида ще бъде разположен на същото разстояние от основата.
 |
Ориз. 2.7
В машиностроенето често се налага да се справяме с действието на сила на натиск върху плоски стени, например върху стените на бутала или цилиндри на хидравлични машини. В този случай p0 обикновено е толкова високо, че може да се счита, че центърът на налягането съвпада с центъра на тежестта на зоната на стената.
Център на натиск
точката, в която линията на действие на резултантната от силите на налягането на околната среда (течност, газ), приложена към покойно или движещо се тяло, се пресича с някаква равнина, начертана в тялото. Например за крило на самолет ( ориз. ) C. d. се определя като точката на пресичане на линията на действие на аеродинамичната сила с равнината на хордите на крилото; за тяло на въртене (тяло на ракета, дирижабъл, мина и др.) - като точка на пресичане на аеродинамичната сила с равнината на симетрия на тялото, перпендикулярна на равнината, преминаваща през оста на симетрия и скоростта вектор на центъра на тежестта на тялото.
Положението на центъра на тежестта зависи от формата на тялото, а за движещо се тяло може да зависи и от посоката на движение и от свойствата на средата (неговата свиваемост). По този начин, при крилото на самолета, в зависимост от формата на неговия профил, позицията на централния профил може да се промени с промяна на ъгъла на атака α или да остане непроменена („профил с постоянно централно крило“ ); в последния случай x cd ≈ 0,25б (ориз. ). При движение със свръхзвукова скорост центърът на тежестта се измества значително към опашката поради влиянието на свиваемостта на въздуха.
Промяната в положението на централния двигател на движещи се обекти (самолет, ракета, мина и др.) значително влияе върху стабилността на тяхното движение. За да може тяхното движение да бъде стабилно в случай на случайна промяна в ъгъла на атака a, централният въздух трябва да се измести така, че моментът на аеродинамична сила около центъра на тежестта да накара обекта да се върне в първоначалното си положение (напр. например, с увеличаване на a, централният въздух трябва да се измести към опашката). За да се осигури стабилност, обектът често е оборудван с подходяща опашка.
букв.:Лоицански Л. Г., Механика на течности и газ, 3-то изд., М., 1970; Голубев В.В., Лекции по теория на крилото, М. - Л., 1949.
Позицията на центъра на налягането на потока върху крилото: b - хорда; α - ъгъл на атака; ν - вектор на скоростта на потока; x dc - разстояние на центъра на натиск от носа на тялото.
10. Определяне на силата на хидростатично налягане върху извита повърхност. Ексцентричност. Обемът на тялото под налягане.
Термичното уравнение на състоянието, както в повечето аналитични изрази, описващи физични закони, включва абсолютно налягане, поради молекулярно-кинетичната теория. Има устройства, които позволяват измерване на величината на това налягане, но тяхното устройство е доста сложно, а цената е висока. На практика е по-лесно да се организира измерването не на абсолютната стойност на налягането, а на разликата между две налягания: желаното и атмосферното (барометрично). Познаването на стойността на атмосферното налягане, измерено с помощта на един или друг вид барометър, улеснява получаването на стойността на абсолютното налягане. Често достатъчна точност се осигурява от познаването на средната стойност на атмосферното налягане. Ако определената стойност на налягането е по-голяма от атмосферното, тогава се нарича положителната стойност на разликата в налягането свръхналягане,което се измерва с различни видове манометри. Ако измерената стойност на налягането е по-ниска от атмосферното налягане, тогава свръхналягането е отрицателна стойност. В този случай се нарича абсолютната стойност на разликата в налягането вакуумно налягане; може да се измерва с различни видове вакуумметри.
Ако измереното налягане е по-голямо от атмосферното, тогава Rabe = Risb. + Ratm.; ако измереното налягане е по-ниско от атмосферното налягане,
ДО Рабе. = Ratm. - Rva* И Rvak = - Rizb.
Размер на налягането [p] = ML -| T „2. Единицата за налягане в Международната система от единици се нарича паскал(Ра). Pascal е равен на налягането, причинено от сила от 1 N, равномерно разпределена върху повърхност, нормална към него с площ от 1 m 2: 1 Pa = 1 Nm -2 = 1 kg м 1 c "2. В САЩ, Великобритания и някои други страни на практика налягането често се измерва в паундове на квадратен инч (lb / sq.inch или psi). ! bar \u003d 10 5 Pa = 14,5 psi.
Дълга (около 1 m) тръба, запечатана в единия край, пълна с живак и спусната с отворен край в съд с живак, общуващ с атмосферата, се нарича живачен барометър.Тя ви позволява да определите налягането на атмосферата по височината на колоната с живак, изпълваща тръбата. Устройството е описано за първи път от Е. Тори-чели (E. Torricelli) през 1644 г. Извършването на систематични количествени измервания на атмосферното налягане с помощта на живачен барометър е предложено от Декарт през 1647 г. Работата на устройството се основава на факта, че налягането в областта над повърхността на живака в тръбата е незначително (обемът на пространството над живака в тръбата се нарича Празнина на Торичели).В този случай, от условията на механично равновесие на живака, връзката между атмосферното налягане и височината на живачния стълб следва: ro = pgh. Налягането на живачни пари в празнина на Торичели при температура T = 273 K е 0,025 Pa.
Атмосферното налягане (или атмосферното налягане) зависи от височината на мястото за наблюдение и метеорологичните условия. При нормални условия на морското равнище височината на живачната колона е около 76 см и намалява с издигането на барометъра.
В геофизиката моделът е възприет стандартна атмосфера, в който морското равнище съответства на температурата т=288,15 К (15°С) и налягане ро =101325,0 Ра. Състоянието на газ със същото налягане при температура т= 273,15 K (0°С се нарича нормални условия.Стойности, близки до атмосферното налягане p = 9,81 10 4 Pa, p in = 10 5 Pai pp = 1,01 ZLO 5 Pa се използват в естествените науки и технологиите за измерване на налягането и се наричат техническа атмосфера(rt), бар(rv) и физическа атмосфера(rr).
При постоянна температура на атмосферата промяната в налягането с височина L се описва с барометрична формула,като се вземе предвид свиваемостта на въздуха:
п _ _ „-ЦвИ / ЯТ
Тук c е молната маса на въздуха p = 29 \u003d 10 "3 kg mol же ускорението на свободно падане близо до земната повърхност, T е абсолютната температура, а R е моларна газова константа I \u003d 8,31 J K "1 mol".
Множество задачи
Определете силата /?, която трябва да бъде приложена към пръта, за да се движи буталото с постоянна скорост. Игнорирайте триенето.
I = 20 мм, (i-mm.
Ratm =750mmHg st [tt Hg
- 4.3.1. P=2 barg стр 2 = 6 бар хижа.
- 4.3.2. R ( = 0,5 бар вак. стр 2 = 5,5 бар хижа
- 4.33. p x - 80 rі fav r 2 = 10 рви изб
- 4.3.4. p, \u003d 6-10 5 Хижа Па p2 = 30 psig
- 4.3.5. pj = 10 пси вакуум.
Помислете за затворен резервоар, в който течността образува свободна повърхност (фиг. 2.4, а). Нека свържем извита стъклена тръба, отворена към атмосферата, към страничната повърхност на резервоара. Ако атмосферното налягане действа върху свободната повърхност ( Р 0 = Р at), то според закона за комуникационни съдове за хомогенна течност в резервоара и в стъклената тръба, повърхностите на течностите ще бъдат на едно и също ниво. От нивото на течността в стъклената тръба може да се определи стойността на налягането на нивото на тръбната връзка, както и стойността на налягането, действащо върху свободната повърхност на течността. Тази стъклена тръба се нарича пиезометър.
Пиезометърът е инструмент от течен тип, предназначен за измерване на налягане.
а) б) в)
Ориз. 2.4.Схема за определяне на налягането
Нека подадем определено количество въздух в затворен резервоар (фиг. 2.4, б). В този случай налягането върху свободната повърхност на течността ще надвиши атмосферното ( Р 0 > Р at), нивото на течността в пиезометъра ще надвиши нивото на течността в резервоара. Самолет М– н, към която е свързан пиезометърът, е повърхност с равни налягания, т.е. п М = п Н. Съгласно основното уравнение на хидростатиката (2.2):
,
,
Уравнение (2.5) показва, че налягането, при което налягането Р 0 надвишава атмосферното, се балансира от налягането, създадено от течния стълб ( з P - з) в пиезометъра.
Налягането над атмосферното се нарича свръхналягане или манометър.Излишното (габаритно) налягане се измерва с механично устройство - манометър, и не се отчита атмосферното налягане. За случая, изобразен на фиг. 2.4, б, манометър:
.
налягане Р 0 от уравнение (2.5) ще бъде равно на:
Налягането, определено като се вземе предвид атмосферното налягане, се нарича абсолютно налягане.
Изпомпваме определено количество въздух от затворен резервоар (фиг. 2.4. в), което води до по-ниско ниво на течността в пиезометъра от нивото на течността в резервоара. Нека съставим основното уравнение на хидростатиката подобно на предишния случай. Като се има предвид фактът, че Р 0 < Рпри, получаваме:
Уравнение (2.6) показва, че липсата на налягане спрямо атмосферното налягане се балансира от теглото на течния стълб ( з – зн) в резервоара.
Налягането, което характеризира липсата на налягане спрямо атмосферното налягане, се нарича вакуумно налягане..
Връзката между манометър, вакуум и абсолютно налягане е показана на фиг. 2.5.
Ориз. 2.5.Връзка между габарит, вакуумномер
и абсолютно налягане
Има две системи за измерване на налягането:
Ако за референтна точка се вземе атмосферното налягане, тогава в този случай налягането може да бъде или положително (превишение) или отрицателно (вакуум). Тегло налягане на течния стълб стр = ρ ж зе излишен;
Ако за референтна точка се вземе абсолютно нулево налягане, тогава в този случай налягането се нарича абсолютно и може да бъде само положително.
Височината на колоната на течността в пиезометъра з n се нарича пиезометрична височина, който се използва за определяне на излишното налягане в точката на свързване на пиезометъра:
В хидравликата специфичната енергия на течността се нарича налягане. Тъй като налягането се измерва в метри, то се нарича височина - геометрична височина, пиезометрична височина. В случай на вакуумно налягане разликата между нивото на свободната повърхност на течността и нивото на течността в пиезометъра се нарича височина на вакуума.