Pritisak- fizička veličina koja karakterizira intenzitet sila koje djeluju duž normale na površinu tijela i odnose se na jedinicu površine ove površine.

Postoje sljedeće vrste pritiska:

• barometrijski (atmosferski)
• normalno
• apsolutno
• mjerač (mjera)
• akumetrijski (pražnjenje)

Za mjerenje tlaka koriste se različite jedinice: Pascal (Pa), bar, tehnička atmosfera ili jednostavno atmosfera, milimetar žive ili vodeni stup, koji su u sljedećim omjerima:

1 Pa = 10 ^ -5 bar = 1,02 * 10 ^ -5 kgf / cm2 \u003d 7,5024 * 10 ^ -2 mm Hg. Art.

barometarski pritisak zavisi od mase vazdušnog sloja. Najviši barometarski pritisak zabilježen je na nivou mora i iznosio je 809 mm Hg. Art., a najniža - 684 mm Hg. Art. Barometarski pritisak se izražava visinom živinog stuba u mm, smanjenom na 0 °C.

normalan pritisak- ovo je prosječna vrijednost vazdušnog pritiska za godinu na nivou mora, koja se određuje živinim barometrom na živinoj temperaturi od 273 K. Ona iznosi približno 101,3 kPa (750 mmHg). To jest, normalni pritisak se naziva barometrijski pritisak, jednak jednoj fizičkoj atmosferi i poseban je slučaj barometarskog pritiska.

apsolutni pritisak naziva se pritisak gasova i tečnosti u zatvorenim zapreminama. Ne zavisi od stanja životne sredine.

Manometar je razlika između apsolutnog i barometarskog pritiska ako je prvi veći od drugog.

Manometar je uređaj koji mjeri pritisak u zatvorenoj posudi, budući da je izvan ove posude, doživljava pritisak i sa strane okoline i sa strane posude. Prema tome, ukupni ili apsolutni pritisak gasa u posudi jednak je zbroju manometarskog i barometarskog pritiska.

vakuumski pritisak je razlika između barometarskog tlaka i apsolutnog tlaka ako je potonji manji od prvog.

Pitanje 21. Klasifikacija instrumenata za mjerenje pritiska. Uređaj elektrokontaktnog manometra, metode njegove provjere.

U mnogim tehnološkim procesima pritisak je jedan od glavnih parametara koji određuju njihov tok. To uključuje: pritisak u autoklavima i komorama za paru, pritisak vazduha u procesnim cevovodima, itd.

Određivanje vrijednosti pritiska

Pritisak je veličina koja karakteriše efekat sile po jedinici površine.

Prilikom određivanja veličine pritiska uobičajeno je razlikovati apsolutni, atmosferski, višak i vakuumski pritisak.

Apsolutni pritisak (str a ) - ovo je pritisak unutar bilo kog sistema, pod kojim se nalazi gas, para ili tečnost, meren od apsolutne nule.

Atmosferski pritisak (str in ) koju stvara masa vazdušnog stuba zemljine atmosfere. Ima promjenjivu vrijednost u zavisnosti od visine područja iznad nivoa mora, geografske širine i meteoroloških uslova.

Nadpritisak određena je razlikom između apsolutnog tlaka (p a) i atmosferskog tlaka (p b):

r izb \u003d r a - r c.

vakuum (vakuum) je stanje gasa u kojem je njegov pritisak manji od atmosferskog. Kvantitativno, vakuumski pritisak je određen razlikom između atmosferskog pritiska i apsolutnog pritiska unutar vakuumskog sistema:

p vak \u003d p in - p a

Prilikom mjerenja tlaka u pokretnim medijima, koncept tlaka se podrazumijeva kao statički i dinamički pritisak.

Statički pritisak (str st ) je pritisak koji zavisi od potencijalne energije gasovitog ili tečnog medija; određena statičkim pritiskom. Može biti višak ili vakuum, u određenom slučaju može biti jednak atmosferskom.

Dinamički pritisak (str d ) je pritisak zbog brzine protoka gasa ili tečnosti.

Ukupni pritisak (str P ) pokretni medij se sastoji od statičkog (p st) i dinamičkog (p d) pritiska:

r p \u003d r st + r d.

Jedinice pritiska

U SI sistemu jedinica, jedinicom pritiska smatra se djelovanje sile od 1 H (njutn) na površinu od 1 m², odnosno 1 Pa (Pascal). Budući da je ova jedinica vrlo mala, za praktična mjerenja koristi se kilopaskal (kPa = 10 3 Pa) ili megapaskal (MPa = 10 6 Pa).

Osim toga, u praksi se koriste sljedeće jedinice za pritisak:

milimetar vodenog stupca (mm vodeni stupac);

milimetar žive (mm Hg);

atmosfera;

kilogram sile po kvadratnom centimetru (kg s/cm²);

Odnos između ovih veličina je sljedeći:

1 Pa = 1 N/m²

1 kg s/cm² = 0,0981 MPa = 1 atm

1 mm w.c. Art. \u003d 9,81 Pa \u003d 10 -4 kg s / cm² \u003d 10 -4 atm

1 mmHg Art. = 133,332 Pa

1 bar = 100.000 Pa = 750 mmHg Art.

Fizičko objašnjenje nekih mjernih jedinica:

1 kg s / cm² je pritisak vodenog stuba visine 10 m;

1 mmHg Art. je količina smanjenja pritiska za svakih 10m nadmorske visine.

Metode mjerenja tlaka

Široko rasprostranjena upotreba tlaka, njegova razlika i razrjeđivanje u tehnološkim procesima čini neophodnom primjenu različitih metoda i sredstava za mjerenje i kontrolu tlaka.

Metode merenja pritiska zasnivaju se na poređenju sila izmerenog pritiska sa silama:

pritisak stupca tečnosti (živa, voda) odgovarajuće visine;

razvija se tokom deformacije elastičnih elemenata (opruge, membrane, manometrijske kutije, mehovi i manometrijske cevi);

težina tereta;

elastične sile koje proizlaze iz deformacije određenih materijala i uzrokuju električne efekte.

Klasifikacija instrumenata za mjerenje tlaka

Klasifikacija prema principu djelovanja

U skladu sa ovim metodama, instrumenti za merenje pritiska mogu se, prema principu rada, podeliti na:

tekućina;

deformacija;

teretni klip;

električni.

Najrasprostranjeniji u industriji su instrumenti za mjerenje deformacija. Ostalo je, uglavnom, našlo primenu u laboratorijskim uslovima kao uzorno ili istraživačko.

Klasifikacija u zavisnosti od izmerene vrednosti

U zavisnosti od izmerene vrednosti, instrumenti za merenje pritiska se dele na:

manometri - za mjerenje viška tlaka (pritisak iznad atmosferskog);

mikromanometri (mjerači pritiska) - za mjerenje malih viška pritisaka (do 40 kPa);

barometri - za mjerenje atmosferskog pritiska;

mikrovakumometri (mjeri potiska) - za mjerenje malih vakuuma (do -40 kPa);

vakum mjerači - za mjerenje vakuumskog pritiska;

manometri pritiska i vakuuma - za merenje viška i vakuumskog pritiska;

manometri - za merenje viška (do 40 kPa) i vakuumskog pritiska (do -40 kPa);

manometri apsolutnog pritiska - za merenje pritiska, merenog od apsolutne nule;

diferencijalni manometri - za mjerenje razlike (diferencijalnih) pritisaka.

Instrumenti za merenje pritiska tečnosti

Djelovanje mjernih instrumenata za tečnost zasniva se na hidrostatičkom principu, u kojem se izmjereni tlak balansira pritiskom barijernog (radnog) stupca fluida. Razlika u nivoima u zavisnosti od gustine tečnosti je mera pritiska.

U-manometar u obliku- Ovo je najjednostavniji uređaj za mjerenje pritiska ili razlike pritisaka. To je savijena staklena cijev ispunjena radnim fluidom (živa ili voda) i pričvršćena na ploču s vagom. Jedan kraj cijevi je povezan sa atmosferom, a drugi sa objektom gdje se mjeri pritisak.

Gornja granica mjerenja dvocijevnih manometara je 1 ... 10 kPa sa smanjenom greškom mjerenja od 0,2 ... 2%. Preciznost merenja pritiska ovim alatom biće određena tačnošću očitavanja vrednosti h (vrednost razlike u nivou tečnosti), tačnost određivanja gustine radnog fluida ρ i neće zavisiti od poprečnog preseka. cijevi.

Instrumente za merenje pritiska tečnosti karakteriše odsustvo daljinskog prenosa očitavanja, male granice merenja i niska čvrstoća. Istovremeno, zbog svoje jednostavnosti, niske cijene i relativno visoke mjerne točnosti, široko se koriste u laboratorijama, a rjeđe u industriji.

Instrumenti za mjerenje pritiska deformacije

Zasnivaju se na balansiranju sile koju stvara pritisak ili vakuum kontroliranog medija na osjetljivom elementu sa silama elastičnih deformacija različitih vrsta elastičnih elemenata. Ova deformacija u obliku linearnih ili kutnih pomaka prenosi se na uređaj za snimanje (pokazujući ili snimajući) ili se pretvara u električni (pneumatski) signal za daljinski prijenos.

Kao osetljivi elementi koriste se jednookretne cevaste opruge, višeokretne cevaste opruge, elastične membrane, mehovi i opruge-mehovi.

Za proizvodnju membrana, mijehova i cjevastih opruga koriste se legure bronce, mesinga, krom-nikla, koje karakterizira dovoljno visoka elastičnost, antikorozivnost, niska ovisnost parametara o promjenama temperature.

Membranski uređaji koriste se za mjerenje niskih pritisaka (do 40 kPa) neutralnih plinovitih medija.

Uređaji sa mehovima dizajniran za mjerenje viška i vakuumskog tlaka neagresivnih plinova sa granicama mjerenja do 40 kPa, do 400 kPa (kao mjerači tlaka), do 100 kPa (kao mjerači vakuma), u rasponu od -100 ... + 300 kPa (kao kombinovani manometri pritiska i vakuuma).

Cjevasti opružni uređaji su među najčešćim manometrima, vakuum manometrima i kombinovanim manometrima pritiska i vakuuma.

Cjevasta opruga je tankozidna, savijena u luku kruga, cijev (jednostruka ili višeokretna) sa zapečaćenim jednim krajem, koja je izrađena od legura bakra ili nehrđajućeg čelika. Kada se pritisak unutar cijevi povećava ili smanjuje, opruga se odmotava ili uvija pod određenim kutom.

Manometri razmatranog tipa proizvode se za gornje granice mjerenja od 60 ... 160 kPa. Vakum mjerači se proizvode u skali od 0…100 kPa. Vakum manometri imaju granice mjerenja: od -100 kPa do + (60 kPa ... 2,4 MPa). Klasa tačnosti za radni manometar 0,6 ... 4, za primjer - 0,16; 0,25; 0.4.

Deadweight testeri koriste se kao uređaji za proveru mehaničkog upravljanja i ogledni manometri srednjeg i visokog pritiska. Pritisak u njima je određen kalibriranim utezima postavljenim na klip. Kao radni fluid koristi se kerozin, transformatorsko ili ricinusovo ulje. Klasa tačnosti mjernih mjerača tlaka je 0,05 i 0,02%.

Električni manometri i vakuum manometri

Rad uređaja ove grupe zasniva se na svojstvu određenih materijala da pod pritiskom menjaju svoje električne parametre.

Piezoelektrični manometri koristi se za merenje pulsirajućeg pritiska visoke frekvencije u mehanizmima sa dozvoljenim opterećenjem na osetljivom elementu do 8·10 3 GPa. Osjetljivi element u piezoelektričnim manometrima, koji pretvara mehanička naprezanja u oscilacije električne struje, su cilindrične ili pravokutne ploče debljine nekoliko milimetara od kvarca, barij titanata ili PZT keramike (olovni cirkonat-titonat).

Strain Gauges imaju male ukupne dimenzije, jednostavan uređaj, visoku tačnost i pouzdanost u radu. Gornja granica očitavanja je 0,1 ... 40 MPa, klasa tačnosti 0,6; 1 i 1.5. Koriste se u teškim uslovima proizvodnje.

Kao osjetljivi element u mjeračima naprezanja koriste se mjerači naprezanja, čiji se princip rada temelji na promjeni otpora pod djelovanjem deformacije.

Pritisak u manometru se meri neuravnoteženim mostom.

Kao rezultat deformacije membrane sa safirnom pločom i mjeračima naprezanja dolazi do neuravnoteženosti mosta u obliku napona, koji se pojačivačem pretvara u izlazni signal proporcionalan izmjerenom tlaku.

Manometri diferencijalnog pritiska

Primjenjuju se za mjerenje razlike (razlike) tlaka tekućina i plinova. Mogu se koristiti za merenje protoka gasova i tečnosti, nivoa tečnosti, kao i za merenje malih viška i vakuumskih pritisaka.

Membranski diferencijalni manometri su primarni mjerni uređaji bez šakala dizajnirani za mjerenje pritiska neagresivnih medija, pretvarajući izmjerenu vrijednost u unificirani analogni DC signal 0 ... 5 mA.

Manometri diferencijalnog pritiska tipa DM proizvode se za ograničavanje padova pritiska od 1,6 ... 630 kPa.

Mehovi diferencijalni manometri proizvode se za ograničavanje padova pritiska od 1…4 kPa, projektovani su za maksimalno dozvoljeni radni nadpritisak od 25 kPa.

Uređaj elektrokontaktnog manometra, metode njegove provjere

Elektrokontaktni manometar

Slika - Šematski dijagrami elektrokontaktnih manometara: a- jednokontaktni za kratki spoj; b- jednokontaktno otvaranje; c - dvokontaktni otvoreni-otvoreni; G– dvokontaktni za kratki spoj – kratki spoj; d- dvokontaktno otvaranje-zatvaranje; e- dva kontakta za zatvaranje-otvaranje; 1 - strelica pokazivača; 2 i 3 – kontakti električne baze; 4 i 5 – zone zatvorenih i otvorenih kontakata; 6 i 7 – objekti uticaja

Tipičan dijagram rada elektrokontaktnog manometra može se ilustrirati na slici ( a). Sa povećanjem pritiska i postizanjem određene vrijednosti, indeksna strelica 1 sa električnim kontaktom ulazi u zonu 4 i zatvara se sa kontaktom baze 2 električno kolo uređaja. Zatvaranje strujnog kruga, zauzvrat, dovodi do puštanja u rad objekta uticaja 6.

U krugu otvaranja (sl. . b) u odsustvu pritiska, električni kontakti indeksne strelice 1 i bazni kontakt 2 zatvoreno. Pod naponom U in je električni krug uređaja i predmet utjecaja. Kada pritisak poraste i pokazivač prođe kroz zonu zatvorenih kontakata, električni krug uređaja se prekida i, shodno tome, prekida se električni signal usmjeren prema objektu utjecaja.

Najčešće se u proizvodnim uvjetima koriste mjerači tlaka s dvokontaktnim električnim krugovima: jedan se koristi za zvučnu ili svjetlosnu indikaciju, a drugi se koristi za organiziranje rada sistema različitih vrsta upravljanja. Dakle, krug otvaranja-zatvaranja (sl. d) omogućava jednom kanalu da otvori jedno električno kolo kada se postigne određeni pritisak i primi signal o udaru na predmet 7 , a prema drugom - korištenjem baznog kontakta 3 zatvorite otvoreni drugi električni krug.

Krug zatvaranja-otvaranja (sl. . e) omogućava, s povećanjem pritiska, jedan krug da se zatvori, a drugi - da se otvori.

Dvokontaktna kola za zatvaranje-zatvaranje (sl. G) i otvaranje-otvaranje (sl. in) omogućavaju, kada pritisak poraste i dosegne iste ili različite vrijednosti, zatvaranje oba električna kola ili, shodno tome, njihovo otvaranje.

Elektrokontaktni dio manometra može biti ili integralan, u kombinaciji direktno sa mjernim mehanizmom, ili pričvršćen u obliku elektrokontaktne grupe postavljene na prednjoj strani uređaja. Proizvođači tradicionalno koriste dizajne u kojima su šipke elektrokontaktne grupe postavljene na os cijevi. U nekim je uređajima u pravilu ugrađena elektrokontaktna grupa, povezana s osjetljivim elementom preko indeksne strelice manometra. Neki proizvođači su savladali elektrokontaktni manometar s mikroprekidačima, koji su ugrađeni na prijenosni mehanizam mjerača.

Elektrokontaktni manometri se proizvode sa mehaničkim kontaktima, kontaktima sa magnetnim predopterećenjem, induktivnim parom, mikroprekidačima.

Elektrokontaktna grupa sa mehaničkim kontaktima je strukturno najjednostavnija. Osnovni kontakt je pričvršćen na dielektričnu podlogu, koja je dodatna strelica na kojoj je pričvršćen električni kontakt i spojen na električni krug. Drugi konektor električnog kola spojen je na kontakt koji se pomiče indeksnom strelicom. Dakle, sa povećanjem pritiska, indeksna strelica pomera pokretni kontakt dok se ne poveže sa drugim kontaktom pričvršćenim na dodatnu strelicu. Mehanički kontakti, izrađeni u obliku latica ili nosača, izrađuju se od legura srebro-nikl (Ar80Ni20), srebro-paladij (Ag70Pd30), zlato-srebro (Au80Ag20), platina-iridijum (Pt75Ir25) itd.

Uređaji sa mehaničkim kontaktima dizajnirani su za napone do 250 V i izdržavaju maksimalnu prekidnu snagu do 10 W DC ili do 20 V×A AC. Mala prekidna sposobnost kontakata obezbeđuje dovoljno visoku tačnost odziva (do 0,5% pune vrednosti skale).

Jaču električnu vezu pružaju kontakti sa magnetnim prednaprezanjem. Njihova razlika od mehaničkih je u tome što su mali magneti pričvršćeni na poleđini kontakata (ljepilom ili vijcima), što povećava snagu mehaničke veze. Maksimalna prekidna snaga kontakata sa magnetnim prednaprezanjem je do 30 W DC ili do 50 V×A AC i napona do 380 V. Zbog prisustva magneta u kontaktnom sistemu, klasa tačnosti ne prelazi 2,5.

Metode EKG verifikacije

Elektrokontaktni manometri, kao i senzori pritiska, moraju se periodično provjeravati.

Elektrokontaktni manometri u terenskim i laboratorijskim uslovima mogu se provjeriti na tri načina:

verifikacija nulte tačke: kada se pritisak ukloni, pokazivač treba da se vrati na oznaku „0“, nedostatak pokazivača ne bi trebalo da pređe polovinu tolerancije greške instrumenta;

provjera radne tačke: kontrolni manometar se priključuje na uređaj koji se testira i upoređuju se očitanja oba uređaja;

verifikacija (kalibracija): verifikacija instrumenta prema proceduri za verifikaciju (kalibraciju) za ovu vrstu instrumenta.

Elektrokontaktni manometri i tlačni prekidači provjeravaju se na tačnost rada signalnih kontakata, greška rada ne bi trebala biti veća od one pasoške.

Procedura verifikacije

Izvršite održavanje tlačnog uređaja:

Provjerite označavanje i sigurnost pečata;

Prisutnost i čvrstoća pričvršćivanja poklopca;

Nema slomljene žice za uzemljenje;

Odsustvo udubljenja i vidljivih oštećenja, prašine i prljavštine na kućištu;

Snaga montaže senzora (rad na licu mjesta);

Integritet izolacije kablova (rad na licu mesta);

Pouzdanost pričvršćivanja kablova u uređaj za vodu (rad na mjestu rada);

Provjerite zategnutost pričvršćivača (rad na licu mjesta);

Za kontaktne uređaje provjerite otpornost izolacije prema kućištu.

Sastavite krug za kontaktne tlačne uređaje.

Postepeno povećavajući pritisak na ulazu, očitavajte primjer instrumenta tokom naprijed i nazad (smanjenje pritiska) hoda. Izveštaji treba da se prave na 5 jednako raspoređenih tačaka mernog opsega.

Provjerite tačnost rada kontakata prema postavkama.

¾ pijezometara,

¾ manometara,

¾ vakuum mjerači.

Pijezometri i manometri mjere višak (manometar)., odnosno rade ako ukupni pritisak u tečnosti prelazi vrednost jednaku jednoj atmosferi p= 1kgf/cm2= 0,1MPa str p man p atm p atm = = 101325 » 100000Pa .

hp ,

gdje hp m.

hp .

MPa ili kPa(vidi na str. 54). Međutim, stari manometri sa skalom kgf/cm2, pogodni su po tome što je ova jedinica jednaka jednoj atmosferi (vidi str. 8). Nulto očitavanje bilo kog manometra odgovara punom pritisku str jednaka jednoj atmosferi.

Vakum mjerač po svom izgledu podsjeća na manometar, ali pokazuje onaj dio tlaka, koji ukupan pritisak u tekućini dopunjuje na vrijednost jedne atmosfere. Vakum u tečnosti nije praznina, već takvo stanje tečnosti kada je ukupan pritisak u njoj manji od atmosferskog za određenu količinu p inp in

.

Vrijednost vakuuma pv ne može biti više od 1 at p u » 100000Pa

Pijezometar pokazuje h p = 160vidi aq. Art. p est = 16000Pa i p= 100000+16000=116000Pa;

Manometar sa očitanjima p man = 2,5kgf/cm2 h p = 25 m i ukupni pritisak u SI p= 0,35MPa;

pokazuje vakuum mjerač p u = 0,04MPa p= 100000-40000=60000Pa

Ako se pritisak P mjeri od apsolutne nule, onda se naziva apsolutni pritisak Rabs. Ako se pritisak računa od atmosferskog, onda se naziva višak (manometrijski) Pizb. Mjeri se manometrom. Atmosferski pritisak je konstantan Ratm = 103 kPa (slika 1.5). Vakumski pritisak Rvac - nedostatak pritiska na atmosferski pritisak.

6.Osnovna jednadžba hidrostatike (zaključak). Pascalov zakon. hidrostatički paradoks. Česme za čaplje, uređaj, princip rada.

Osnovna jednadžba hidrostatike navodi da je ukupni pritisak u fluidu str jednak je zbiru spoljašnjeg pritiska na tečnost po i pritisak težine kolone tečnosti p w, odnosno: , gdje h- visina stuba tečnosti iznad tačke (dubina njenog uranjanja), u kojoj se određuje pritisak. Iz jednačine proizilazi da pritisak u tečnosti raste sa dubinom i da je zavisnost linearna.

U konkretnom slučaju za otvorene rezervoare koji komuniciraju sa atmosferom (slika 2), spoljni pritisak na tečnost je jednak atmosferskom pritisku str o= p atm= 101325 Pa 1 at. Tada osnovna jednadžba hidrostatike poprima oblik

.

Manometar (manometar) je razlika između ukupnog i atmosferskog tlaka. Iz zadnje jednačine dobijamo da je za otvorene rezervoare nadpritisak jednak pritisku stupca tečnosti

Pascalov zakon zvuči ovako: vanjski pritisak primijenjen na tečnost u zatvorenom rezervoaru prenosi se unutar tečnosti na sve njene tačke bez promene. Na ovom zakonu zasniva se rad mnogih hidrauličnih uređaja: hidrauličnih dizalica, hidrauličnih prese, hidrauličnih pogona mašina, kočionih sistema automobila.

hidrostatički paradoks- svojstvo tečnosti, koje se sastoji u tome da se sila gravitacije tečnosti koja se sipa u posudu može razlikovati od sile kojom ta tečnost deluje na dno posude.

Čapljine fontane. Čuveni antički naučnik Heron Aleksandrijski osmislio je originalni dizajn fontane, koji se i danas koristi.

Glavno čudo ove česme bilo je to što je voda iz česme tukla sama, bez upotrebe bilo kakvog vanjskog izvora vode. Princip rada fontane je jasno vidljiv na slici.

Dijagram čapljine fontane

Čapljina fontana se sastoji od otvorene zdjele i dvije hermetičke posude smještene ispod zdjele. Od gornje posude do donje posude nalazi se potpuno zatvorena cijev. Ako sipate vodu u gornju posudu, tada voda počinje teći kroz cijev u donju posudu, istiskujući zrak odatle. Budući da je donja posuda potpuno zatvorena, zrak koji voda istiskuje, kroz zatvorenu cijev, prenosi pritisak zraka na srednju posudu. Pritisak vazduha u srednjem rezervoaru počinje da potiskuje vodu i fontana počinje da radi. Ako je za početak rada bilo potrebno sipati vodu u gornju posudu, tada se za daljnji rad fontane već koristila voda koja je pala u posudu iz srednjeg spremnika. Kao što vidite, uređaj fontane je vrlo jednostavan, ali to je samo na prvi pogled.

Podizanje vode u gornju posudu vrši se pritiskom vode visine H1, dok fontana podiže vodu na mnogo veću visinu H2, što se na prvi pogled čini nemogućim. Na kraju krajeva, ovo bi zahtijevalo mnogo veći pritisak. Fontana ne bi trebalo da radi. Ali pokazalo se da je znanje starih Grka toliko visoko da su pogodili da prenesu pritisak vode iz donje u srednju posudu, ne vodom, već vazduhom. Pošto je težina vazduha mnogo manja od težine vode, gubitak pritiska u ovoj oblasti je veoma mali, a fontana izbija iz posude na visinu H3. Visina mlaza fontane H3, bez uzimanja u obzir gubitaka pritiska u cevima, biće jednaka visini pritiska vode H1.

Dakle, da bi česma voda udarila što je više moguće, potrebno je konstrukciju fontane napraviti što je moguće više, čime se povećava razmak H1. Osim toga, morate podići srednju posudu što je više moguće. Što se tiče zakona fizike o očuvanju energije, on se u potpunosti poštuje. Voda iz srednjeg suda, pod uticajem gravitacije, teče u donju posudu. To što ona prolazi ovim putem kroz gornju posudu, a istovremeno tuče fontanom, ni najmanje ne protivreči zakonu održanja energije. Kada sva voda iz srednje posude pređe u donju, fontana prestaje da radi.

7. Instrumenti koji se koriste za mjerenje pritiska (atmosferski, višak, vakuum). Uređaj, princip rada. Klasa tačnosti instrumenta.

Pritisak u tečnosti se meri instrumentima:

¾ pijezometara,

¾ manometara,

¾ vakuum mjerači.

Pijezometri i manometri mjere prekomjerni (manometarski) tlak, odnosno rade ako ukupni tlak u tekućini prelazi vrijednost jednaku jednoj atmosferi p= 1kgf/cm2= 0,1MPa. Ovi instrumenti pokazuju udio tlaka iznad atmosferskog. Za mjerenje ukupnog pritiska tečnosti str potrebno za merenje pritiska p man dodati atmosferski pritisak p atm preuzeto sa barometra. U praksi, u hidraulici, atmosferski pritisak se smatra konstantnom vrednošću. p atm = = 101325 » 100000Pa.

Pijezometar je obično vertikalna staklena cijev čiji donji dio komunicira sa istraživanom tačkom u tekućini gdje treba izmjeriti tlak (npr. tačka A na sl. 2), a gornji dio je otvoren prema atmosferi. . Visina stupca tečnosti u pijezometru hp je indikacija ovog uređaja i omogućava vam da izmjerite višak (manometarskog) tlaka u tački prema omjeru

gdje hp- pijezometrijska glava (visina), m.

Pomenuti pijezometri se uglavnom koriste za laboratorijska istraživanja. Njihova gornja granica mjerenja ograničena je na visinu do 5 m, međutim, njihova prednost u odnosu na manometare je direktno mjerenje tlaka pomoću pijezometrijske visine stupca tekućine bez međutransmisionih mehanizama.

Bilo koji bunar, jama, bunar s vodom, pa čak i bilo koje mjerenje dubine vode u otvorenom rezervoaru može se koristiti kao pijezometar, jer nam daje vrijednost hp .

Manometri se najčešće koriste mehanički, rjeđe - tekući. Svi manometri ne mjere puni tlak, već manometarski tlak.

Njihove prednosti u odnosu na pijezometre su šire granice mjerenja, ali postoji i nedostatak: zahtijevaju praćenje njihovih očitavanja. Nedavno proizvedeni manometri su graduirani u SI jedinicama: MPa ili kPa. Međutim, stari manometri sa skalom kgf/cm2, zgodni su po tome što je ova jedinica jednaka jednoj atmosferi. Nulto očitavanje bilo kog manometra odgovara punom pritisku str jednaka jednoj atmosferi.

Vakum mjerač po svom izgledu podsjeća na manometar, ali pokazuje udio tlaka koji dopunjuje ukupan tlak u tekućini na vrijednost jedne atmosfere. Vakum u tečnosti nije praznina, već takvo stanje tečnosti kada je ukupan pritisak u njoj manji od atmosferskog za određenu količinu p in koji se meri vakuumom. vakuumski pritisak p in, prikazan na uređaju, povezan je sa ukupnim i atmosferskim na sljedeći način: .

Vrijednost vakuuma pv ne može biti više od 1 at, odnosno graničnu vrijednost p u » 100000Pa, budući da ukupni pritisak ne može biti manji od apsolutne nule.

Evo primjera uzimanja očitanja s uređaja:

Pijezometar pokazuje h p = 160vidi aq. Art., odgovara u SI jedinicama pritiscima p est = 16000Pa i p= 100000+16000=116000Pa;

Manometar sa očitanjima p man = 2,5kgf/cm2 odgovara vodenom stupcu h p = 25 m i ukupni pritisak u SI p= 0,35MPa;

pokazuje vakuum mjerač p u = 0,04MPa, odgovara ukupnom pritisku p= 100000-40000=60000Pa, što je 60% atmosferskog.

8. Diferencijalne jednačine idealnog fluida u mirovanju (L. Eulerove jednačine). Izvođenje jednačina, primjer primjene jednadžbi za rješavanje praktičnih problema.

Razmotrite kretanje idealne tečnosti. Dodijelimo malo volumena unutar njega V. Prema drugom Newtonovom zakonu, ubrzanje centra mase ovog volumena je proporcionalno ukupnoj sili koja djeluje na njega. U slučaju idealnog fluida, ova sila se svodi na pritisak fluida koji okružuje zapreminu i, moguće, na uticaj spoljašnjih polja sile. Pretpostavimo da ovo polje predstavlja sile inercije ili gravitacije, tako da je ta sila proporcionalna jačini polja i masi zapreminskog elementa. Onda

,

gdje S- površina odabranog volumena, g- jačina polja. Prelazeći, prema formuli Gauss - Ostrogradsky, od površinskog integrala do volumnog i uzimajući u obzir da je , gdje je gustina tekućine u datoj tački, dobijamo:

Zbog proizvoljnosti volumena V integrandi moraju biti jednaki u bilo kojoj tački:

Izražavanje ukupnog izvoda u terminima konvektivnog izvoda i parcijalnog izvoda:

dobijamo Ojlerova jednačina za kretanje idealnog fluida u gravitacionom polju:

Gdje je gustina tečnosti,
je pritisak u tečnosti,
je vektor brzine fluida,
- vektor jačine polja sile,

Nabla operator za trodimenzionalni prostor.

Određivanje sile hidrostatskog pritiska na ravni zid koji se nalazi pod uglom u odnosu na horizont. centar pritiska. Položaj centra pritiska u slučaju pravokutne platforme, čiji gornji rub leži na nivou slobodne površine.

Koristimo osnovnu jednadžbu hidrostatike (2.1) da pronađemo ukupnu silu pritiska fluida na ravan zid nagnut prema horizontu pod proizvoljnim uglom a (slika 2.6).

Rice. 2.6

Izračunajmo ukupnu silu P pritiska koja djeluje sa strane tekućine na određeni dio zida koji se razmatra, ograničen proizvoljnom konturom i površine jednake S.

Osa 0x je usmjerena duž linije presjeka ravnine zida sa slobodnom površinom tekućine, a os 0y je okomita na ovu liniju u ravni zida.

Izrazimo prvo elementarnu silu pritiska primijenjenu na beskonačno malu površinu dS:
,
gdje je p0 pritisak na slobodnu površinu;
h je dubina lokacije lokacije dS.
Da bismo odredili ukupnu silu P, vršimo integraciju po cijeloj površini S.
,
gdje je y koordinata centra mjesta dS.

Poslednji integral, kao što je poznato iz mehanike, jeste statički moment površine S oko ose 0x i jednak je proizvodu ove površine po koordinati njenog težišta (tačka C), tj.

dakle,

(ovdje je hc dubina centra gravitacije područja S), ili
(2.6)

tj. ukupna sila pritiska fluida na ravan zid jednaka je proizvodu površine zida i hidrostatskog pritiska u težištu ove površine.

Pronađite položaj centra pritiska. Budući da se vanjski pritisak p0 prenosi na sve tačke površine S podjednako, rezultanta ovog pritiska će biti primijenjena na težište površine S. Da bismo pronašli tačku primjene sile viška pritiska tečnosti (tačka D), primjenjujemo jednačinu mehanike, prema kojoj je moment rezultujuće sile pritiska u odnosu na osu 0x jednak zbiru momenata sastavnih sila, tj.

gdje je yD koordinata tačke primjene sile Pex.

Izražavajući Pex i dPex u terminima yc i y i definirajući yD, dobijamo

gdje - moment inercije površine S oko ose 0x.
S obzirom na to
(Jx0 je moment inercije površine S oko centralne ose paralelne sa 0x), dobijamo
(2.7)
Dakle, tačka primene sile Pex nalazi se ispod težišta površine zida; udaljenost između njih je

Ako je pritisak p0 jednak atmosferskom, a djeluje na obje strane zida, tada će tačka D biti centar pritiska. Kada je p0 veći od atmosferskog, tada se centar pritiska nalazi prema pravilima mehanike kao tačka primjene rezultante dviju sila: hcgS i p0S. U ovom slučaju, što je druga sila veća u odnosu na prvu, to je centar pritiska bliže težištu površine S.

U konkretnom slučaju kada zid ima pravougaoni oblik, a jedna od strana pravougaonika se poklapa sa slobodnom površinom tečnosti, položaj centra pritiska nalazi se iz geometrijskih razmatranja. Pošto je dijagram pritiska fluida na zidu prikazan pravouglim trouglom (slika 2.7), čije je težište 1/3 visine b trougla od osnove, tada će se centar pritiska fluida nalaziti na istoj udaljenosti od baze.

Rice. 2.7

U mašinstvu se često mora suočiti sa dejstvom sile pritiska na ravne zidove, na primer, na zidove klipova ili cilindara hidrauličnih mašina. Obično je p0 u ovom slučaju toliko visok da se može smatrati da se centar pritiska poklapa sa težištem površine zida.

Centar pritiska

tačka u kojoj se linija dejstva rezultante sila pritiska okoline (tečnosti, gasa) primenjene na telo koje miruje ili kreće se preseca sa nekom ravninom ucrtanom u telo. Na primjer, za krilo aviona ( pirinač. ) C. d. definira se kao tačka presjeka linije djelovanja aerodinamičke sile sa ravninom tetiva krila; za tijelo okretanja (telo rakete, zračnog broda, rudnika, itd.) - kao točka presjeka aerodinamičke sile sa ravninom simetrije tijela, okomita na ravan koja prolazi kroz os simetrije i brzinu vektor centra gravitacije tela.

Položaj težišta zavisi od oblika tela, a za telo koje se kreće može zavisiti i od smera kretanja i od svojstava okoline (njene stišljivosti). Dakle, na krilu aviona, u zavisnosti od oblika njegovog aeroprofila, položaj centralnog aeroprofila može se promeniti sa promenom napadnog ugla α, ili može ostati nepromenjen („profil sa konstantnim centralnim aeroprofilom“ ); u poslednjem slučaju x cd ≈ 0,25b (pirinač. ). Pri kretanju nadzvučnom brzinom, težište se značajno pomiče prema repu zbog utjecaja kompresije zraka.

Promjena položaja središnjeg motora pokretnih objekata (vazduhoplov, raketa, mina i sl.) značajno utiče na stabilnost njihovog kretanja. Da bi njihovo kretanje bilo stabilno u slučaju slučajne promjene ugla napada a, središnji zrak se mora pomjeriti tako da moment aerodinamičke sile oko težišta uzrokuje da se objekt vrati u prvobitni položaj (npr. na primjer, s povećanjem a, centralni zrak se mora pomjeriti prema repu). Da bi se osigurala stabilnost, objekt je često opremljen odgovarajućom repnom jedinicom.

Lit.: Loitsyansky L. G., Mehanika tečnosti i gasa, 3. izdanje, M., 1970; Golubev V.V., Predavanja o teoriji krila, M. - L., 1949.

Položaj centra pritiska protoka na krilu: b - tetiva; α - napadni ugao; ν - vektor brzine protoka; x dc - udaljenost centra pritiska od nosa tijela.

10. Određivanje sile hidrostatskog pritiska na zakrivljenu površinu. Ekscentričnost. Zapremina tijela pod pritiskom.

Termička jednačina stanja, kao iu većini analitičkih izraza koji opisuju fizičke zakone, uključuje apsolutni pritisak, zbog molekularno-kinetičke teorije. Postoje uređaji koji omogućuju mjerenje veličine ovog pritiska, međutim, njihov uređaj je prilično kompliciran, a cijena je visoka. U praksi je lakše organizovati merenje ne apsolutne vrednosti pritiska, već razlike između dva pritiska: željenog i atmosferskog (barometrijskog). Poznavanje vrijednosti atmosferskog tlaka, mjerenog pomoću jedne ili druge vrste barometra, olakšava dobivanje vrijednosti apsolutnog tlaka. Često se dovoljna tačnost obezbeđuje poznavanjem prosečne vrednosti atmosferskog pritiska. Ako je utvrđena vrijednost tlaka veća od atmosferske, tada se naziva pozitivna vrijednost razlike tlaka nadpritisak, koji se mjeri raznim vrstama manometara. Ako je izmjerena vrijednost tlaka manja od atmosferskog tlaka, tada je višak tlaka negativna vrijednost. U ovom slučaju se naziva apsolutna vrijednost razlike tlaka vakuumski pritisak; može se mjeriti vakuum mjeračima raznih tipova.

Ako je izmjereni tlak veći od atmosferskog, tada je Rabe = Risb. + Ratm.; ako je izmjereni tlak manji od atmosferskog tlaka,

TO Rabe. = Ratm. - Rva* I Rvak = - Rizb.

Dimenzija pritiska [p] = ML -| T “2. Jedinica za pritisak u Međunarodnom sistemu jedinica se zove pascal(Pa). Pascal je jednak pritisku uzrokovanom silom od 1 N, ravnomjerno raspoređenom po površini koja je normalna na nju s površinom od ​​1 m 2: 1 Pa = 1 Nm -2 = 1 kg m 1 c "2. U SAD-u, Velikoj Britaniji i nekim drugim zemljama, u praksi se tlak često mjeri u funtama po kvadratnom inču (lb / sq.inch ili psi). ! bar = 10 5 Pa = 14,5 psi.

Duga (oko 1 m) cijev, zatvorena na jednom kraju, napunjena živom i spuštena otvorenim krajem u posudu sa živom, koja komunicira s atmosferom, naziva se živin barometar. Omogućava vam da odredite pritisak atmosfere po visini stupca žive koji ispunjava cijev. Uređaj je prvi opisao E. Torricelli 1644. Sprovođenje sistematskih kvantitativnih mjerenja atmosferskog tlaka pomoću živinog barometra predložio je Descartes 1647. Rad uređaja zasniva se na činjenici da pritisak u području iznad površine žive u cijevi je zanemarljiva (volumen prostora iznad žive u cijevi naziva se Torricelli praznina). U ovom slučaju, iz uslova mehaničke ravnoteže žive sledi odnos između atmosferskog pritiska i visine živinog stuba: ro = pgh. Pritisak živine pare u Torricellijevoj šupljini na temperaturi od T = 273 K je 0,025 Pa.

Atmosferski pritisak (ili atmosferski pritisak) zavisi od visine posmatračkog mesta i vremenskih uslova. U normalnim uslovima na nivou mora, visina živinog stuba je oko 76 cm i opada kako se barometar diže.

U geofizici je usvojen model standardna atmosfera, u kojem nivo mora odgovara temperaturi T=288,15 K (15°C) i pritisak po =101325,0 Pa. Stanje gasa sa istim pritiskom na temperaturi T= 273,15 K (0°S se naziva normalnim uslovima. Vrijednosti bliske atmosferskom tlaku p = 9,81 10 4 Pa, p in = 10 5 Pai pp = 1,01 ZLO 5 Pa se koriste u prirodnoj nauci i tehnologiji za mjerenje tlaka i nazivaju se tehnička atmosfera(rt), bar(rv) i fizička atmosfera(rr).

Pri konstantnoj temperaturi atmosfere, promjena pritiska sa visinom L opisuje se sa barometrijska formula, uzimajući u obzir kompresibilnost zraka:

p _ _ „-TsvI / YAT

Ovdje je c molarna masa zraka p = 29 \u003d 10 "3 kg mol g je ubrzanje slobodnog pada u blizini Zemljine površine, T je apsolutna temperatura, a R je molarna gasna konstanta I \u003d 8,31 J K "1 mol".

Više zadataka

Odredite silu /? koja se mora primijeniti na šipku da bi se klip pomicao konstantnom brzinom. Zanemarite trenje.

I = 20 mm, (i-mm.

Ratm =750mmHg st[tt Hg

• 4.3.1. P=2 barg p 2 = 6 bar hut.
• 4.3.2. R ( = 0,5 bar wak. p 2 = 5,5 bar hut
• 4.33. p x - 80 rí fav r 2 = 10 rvi izb
• 4.3.4. p, \u003d 6-10 5 Pa hut p2 = 30 psig
• 4.3.5. pj = 10 psi vac.

Zamislite zatvoreni rezervoar u kojem tečnost formira slobodnu površinu (slika 2.4, a). Povežimo zakrivljenu staklenu cijev otvorenu prema atmosferi na bočnu površinu rezervoara. Ako atmosferski tlak djeluje na slobodnu površinu ( R 0 = R at), tada će prema zakonu komuniciranja posuda za homogenu tečnost u rezervoaru i u staklenoj cevi površine tečnosti biti na istom nivou. Iz nivoa tečnosti u staklenoj cevi može se odrediti vrednost pritiska na nivou priključka cevi, kao i vrednost pritiska koji deluje na slobodnu površinu tečnosti. Ova staklena cijev se zove pijezometar.

Pijezometar je instrument tečnog tipa dizajniran za mjerenje tlaka.

a) b) in)

Rice. 2.4.Šema za određivanje pritiska

Dopustimo određenu količinu vazduha u zatvoreni rezervoar (slika 2.4, b). U ovom slučaju, pritisak na slobodnoj površini tečnosti će premašiti atmosferski ( R 0 > R at), nivo tečnosti u pijezometru će premašiti nivo tečnosti u rezervoaru. Avion M– N, na koju je priključen pijezometar, je površina jednakih pritisaka, tj. p M = p N. Prema osnovnoj jednadžbi hidrostatike (2.2):

,

,

Jednačina (2.5) pokazuje da je pritisak pri kojem je pritisak R 0 prelazi atmosferski, balansira se pritiskom koji stvara stup tečnosti ( h P - h) u pijezometru.

Pritisak iznad atmosferskog naziva se nadpritisak ili manometarski pritisak. Višak (manometar) mjeri se mehaničkim uređajem - manometrom i ne uzima u obzir atmosferski pritisak. Za slučaj prikazan na sl. 2.4, b, manometarski pritisak:

.

Pritisak R 0 iz jednačine (2.5) će biti jednako:

Pritisak određen uzimajući u obzir atmosferski pritisak naziva se apsolutni pritisak.

Iz zatvorenog rezervoara ispumpavamo određenu količinu vazduha (slika 2.4. in), što dovodi do toga da nivo tečnosti u pijezometru bude niži od nivoa tečnosti u rezervoaru. Sastavimo osnovnu jednadžbu hidrostatike slično prethodnom slučaju. Uzimajući u obzir činjenicu da R 0 < R na, dobijamo:

Jednačina (2.6) pokazuje da je nedostatak pritiska u odnosu na atmosferski pritisak uravnotežen težinom stupca tečnosti ( h – h n) u rezervoaru.

Pritisak koji karakteriše nedostatak pritiska u odnosu na atmosferski pritisak naziva se vakuumski pritisak..

Odnos između manometra, vakuuma i apsolutnog pritiska prikazan je na sl. 2.5.

Rice. 2.5. Odnos između mjerača, vakuum mjerača

i apsolutni pritisak

Postoje dva sistema za merenje pritiska:

Ako se kao referentna točka uzme atmosferski tlak, tada tlak u ovom slučaju može biti pozitivan (višak) ili negativan (vakuum). Težinski pritisak kolone tečnosti str = ρ g h je suvišan;

Ako se kao referentna tačka uzme apsolutni nulti pritisak, tada se u ovom slučaju pritisak naziva apsolutnim i može biti samo pozitivan.

Visina stupca tečnosti u pijezometru h n se zove pijezometrijska visina, koji se koristi za određivanje viška tlaka na spojnoj točki pijezometra:

U hidraulici se specifična energija fluida naziva pritisak. Pošto se pritisak mjeri u metrima, naziva se visina - geometrijska visina, pijezometrijska visina. U slučaju vakuumskog pritiska, razlika između nivoa slobodne površine tečnosti i nivoa tečnosti u pijezometru naziva se visina vakuuma.