Presiune- mărime fizică care caracterizează intensitatea forțelor care acționează de-a lungul normalului la suprafața corpului și raportată la unitatea de suprafață a acestei suprafețe.

Există următoarele tipuri de presiune:

• barometric (atmosferic)
• normal
• absolut
• gabarit (gauge)
• acumetric (descărcare)

Pentru măsurarea presiunii se folosesc diferite unități: Pascal (Pa), bar, atmosferă tehnică sau pur și simplu atmosferă, milimetru de mercur sau coloană de apă, care sunt în următoarele rapoarte:

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

presiune barometrică depinde de masa stratului de aer. Cea mai mare presiune barometrică a fost înregistrată la nivelul mării și s-a ridicat la 809 mm Hg. Art., iar cel mai mic - 684 mm Hg. Artă. Presiunea barometrică este exprimată prin înălțimea coloanei de mercur în mm, redusă la 0 °C.

presiune normală- aceasta este valoarea medie a presiunii aerului pentru anul la nivelul mării, care este determinată de un barometru cu mercur la o temperatură a mercurului de 273 K. Este de aproximativ 101,3 kPa (750 mmHg). Adică presiunea normală se numește presiune barometrică, egală cu o atmosferă fizică și este un caz special de presiune barometrică.

presiune absolută numită presiunea gazelor și a lichidelor în volume închise. Nu depinde de starea mediului.

Masura presiunii este diferența dintre presiunea absolută și presiunea barometrică dacă prima este mai mare decât cea din urmă.

Un manometru este un dispozitiv care măsoară presiunea într-un vas închis, aflându-se în exteriorul acestui vas, acesta suferă presiune atât din partea laterală a mediului cât și din partea laterală a vasului. Prin urmare, presiunea totală sau absolută a gazului din vas este egală cu suma presiunii manometrice și a presiunii barometrice.

presiunea vidului este diferența dintre presiunea barometrică și presiunea absolută dacă cea din urmă este mai mică decât prima.

Întrebarea 21. Clasificarea instrumentelor de măsurare a presiunii. Dispozitivul manometrului cu electrocontact, metode de verificare a acestuia.

În multe procese tehnologice, presiunea este unul dintre principalii parametri care le determină cursul. Acestea includ: presiunea în autoclave și camerele de abur, presiunea aerului în conductele de proces etc.

Determinarea valorii presiunii

Presiune este o mărime care caracterizează efectul forței pe unitatea de suprafață.

La determinarea mărimii presiunii, se obișnuiește să se facă distincția între presiunea absolută, atmosferică, în exces și în vid.

Presiunea absolută (pag A ) - aceasta este presiunea din interiorul oricărui sistem, sub care se află un gaz, vapori sau lichid, măsurată de la zero absolut.

Presiunea atmosferică (pag în ) creat de masa coloanei de aer a atmosferei terestre. Are o valoare variabilă în funcție de înălțimea zonei deasupra nivelului mării, latitudinea geografică și condițiile meteorologice.

Suprapresiune este determinată de diferența dintre presiunea absolută (p a) și presiunea atmosferică (p b):

r izb \u003d r a - r c.

Vacuum (vid) este starea unui gaz în care presiunea sa este mai mică decât presiunea atmosferică. Cantitativ, presiunea de vid este determinată de diferența dintre presiunea atmosferică și presiunea absolută din interiorul sistemului de vid:

p vak \u003d p in - p a

Când se măsoară presiunea în medii în mișcare, conceptul de presiune este înțeles ca presiune statică și dinamică.

Presiunea statică (pag Sf ) este presiunea în funcție de energia potențială a mediului gazos sau lichid; determinată de presiunea statică. Poate fi în exces sau vid, într-un caz particular poate fi egal cu atmosferic.

Presiunea dinamică (pag d ) este presiunea datorată vitezei de curgere a unui gaz sau lichid.

Presiunea totală (pag P ) Mediul în mișcare este compus din presiuni statice (p st) și dinamice (p d):

r p \u003d r st + r d.

Unități de presiune

În sistemul SI de unități, unitatea de presiune este considerată acțiunea unei forțe de 1 H (newton) pe o suprafață de 1 m², adică 1 Pa (Pascal). Deoarece această unitate este foarte mică, kilopascalul (kPa = 10 3 Pa) sau megapascalul (MPa = 10 6 Pa) este utilizat pentru măsurători practice.

În plus, următoarele unități de presiune sunt utilizate în practică:

milimetru de coloană de apă (mm coloană de apă);

milimetru de mercur (mm Hg);

atmosfera;

kilogram forță pe centimetru pătrat (kg s/cm²);

Relația dintre aceste cantități este următoarea:

1 Pa = 1 N/m²

1 kg s/cm² = 0,0981 MPa = 1 atm

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

1 mmHg Artă. = 133,332 Pa

1 bar = 100.000 Pa = 750 mmHg Artă.

Explicația fizică a unor unități de măsură:

1 kg s / cm² este presiunea unei coloane de apă de 10 m înălțime;

1 mmHg Artă. este cantitatea de reducere a presiunii pentru fiecare 10 m de altitudine.

Metode de măsurare a presiunii

Utilizarea pe scară largă a presiunii, diferența și rarefierea acesteia în procesele tehnologice face necesară aplicarea unei varietăți de metode și mijloace de măsurare și control al presiunii.

Metodele de măsurare a presiunii se bazează pe compararea forțelor presiunii măsurate cu forțele:

presiunea unei coloane de lichid (mercur, apă) de înălțimea corespunzătoare;

dezvoltat în timpul deformării elementelor elastice (arcuri, membrane, cutii manometrice, burduf și tuburi manometrice);

greutatea încărcăturii;

forţe elastice care decurg din deformarea anumitor materiale şi care provoacă efecte electrice.

Clasificarea instrumentelor de măsurare a presiunii

Clasificare după principiul acțiunii

În conformitate cu aceste metode, instrumentele de măsurare a presiunii pot fi împărțite, conform principiului de funcționare, în:

lichid;

deformare;

piston de marfă;

electric.

Cele mai utilizate în industrie sunt instrumentele de măsurare a deformării. Restul, în cea mai mare parte, și-au găsit aplicații în condiții de laborator ca exemplare sau de cercetare.

Clasificare în funcție de valoarea măsurată

În funcție de valoarea măsurată, instrumentele de măsurare a presiunii sunt împărțite în:

manometre - pentru măsurarea presiunii în exces (presiunea peste presiunea atmosferică);

micromanometre (presometre) - pentru măsurarea presiunilor mici în exces (până la 40 kPa);

barometre - pentru măsurarea presiunii atmosferice;

microvacuometre (calibre de tracțiune) - pentru măsurarea vidurilor mici (până la -40 kPa);

vacuometre - pentru măsurarea presiunii de vid;

manometre și vacuum - pentru măsurarea presiunii în exces și în vid;

manometre - pentru măsurarea excesului (până la 40 kPa) și a presiunii de vid (până la -40 kPa);

manometre absolute - pentru măsurarea presiunii, măsurată de la zero absolut;

manometre diferenţiale - pentru măsurarea presiunilor diferenţiale (diferenţiale).

Instrumente de măsurare a presiunii lichidelor

Acțiunea instrumentelor de măsurare a lichidelor se bazează pe principiul hidrostatic, în care presiunea măsurată este echilibrată de presiunea coloanei de fluid de barieră (de lucru). Diferența de niveluri în funcție de densitatea lichidului este o măsură a presiunii.

U-manometru în formă- Acesta este cel mai simplu dispozitiv pentru măsurarea presiunii sau a diferenței de presiune. Este un tub de sticlă îndoit umplut cu un fluid de lucru (mercur sau apă) și atașat la un panou cu o scară. Un capăt al tubului este conectat la atmosferă, iar celălalt este conectat la obiectul unde se măsoară presiunea.

Limita superioară de măsurare a manometrelor cu două conducte este de 1 ... 10 kPa cu o eroare de măsurare redusă de 0,2 ... 2%. Precizia măsurării presiunii de către acest instrument va fi determinată de precizia citirii valorii h (valoarea diferenței de nivel al lichidului), precizia determinării densității fluidului de lucru ρ și nu va depinde de secțiunea transversală. a tubului.

Instrumentele de măsurare a presiunii lichide se caracterizează prin absența transmiterii de la distanță a citirilor, limite mici de măsurare și rezistență scăzută. În același timp, datorită simplității, costului redus și preciziei de măsurare relativ ridicate, acestea sunt utilizate pe scară largă în laboratoare și mai rar în industrie.

Instrumente de măsurare a presiunii de deformare

Acestea se bazează pe echilibrarea forței create de presiunea sau vidul mediului controlat asupra elementului sensibil cu forțele de deformații elastice ale diferitelor tipuri de elemente elastice. Această deformare sub formă de deplasări liniare sau unghiulare este transmisă unui dispozitiv de înregistrare (indicator sau de înregistrare) sau convertită într-un semnal electric (pneumatic) pentru transmisie la distanță.

Ca elemente sensibile se folosesc arcuri tubulare cu o singură tură, arcuri tubulare cu mai multe spire, membrane elastice, burduf și burduf-arc.

Pentru fabricarea membranelor, burdufurilor și arcuri tubulare se folosesc aliaje de bronz, alamă, crom-nichel, care se caracterizează prin elasticitate suficient de mare, anticoroziune, dependență scăzută a parametrilor de schimbările de temperatură.

Instrumente cu membrană sunt folosite pentru a măsura presiuni joase (până la 40 kPa) ale mediilor gazoase neutre.

Dispozitive cu burduf conceput pentru a măsura excesul și presiunea de vid a gazelor neagresive cu limite de măsurare de până la 40 kPa, până la 400 kPa (ca manometre), până la 100 kPa (ca manometre), în intervalul -100 ... + 300 kPa (ca manometre combinate de presiune și vid).

Dispozitive cu arc tubular sunt printre cele mai comune manometre, vacuometre și manometre combinate de presiune și vacuum.

Un arc tubular este un tub cu pereți subțiri, îndoit într-un arc de cerc, (cu o singură tură sau cu mai multe spire) cu un capăt etanș, care este realizat din aliaje de cupru sau oțel inoxidabil. Când presiunea din interiorul tubului crește sau scade, arcul se desfășoară sau se răsucește la un anumit unghi.

Manometrele de tipul considerat sunt produse pentru limitele superioare de măsurare de 60 ... 160 kPa. Vacuometrele sunt produse cu o scară de 0…100 kPa. Manometrele de presiune au limite de măsurare: de la -100 kPa la + (60 kPa ... 2,4 MPa). Clasa de precizie pentru manometre de lucru 0,6 ... 4, pentru exemplare - 0,16; 0,25; 0,4.

Testere cu greutate mare sunt folosite ca dispozitive de verificare a controlului mecanic si manometre exemplare de presiune medie si mare. Presiunea din ele este determinată de greutăți calibrate plasate pe piston. Kerosenul, uleiul de transformator sau de ricin este folosit ca fluid de lucru. Clasa de precizie a manometrelor cu greutate redusă este 0,05 și 0,02%.

Manometre electrice și vacuometre

Funcționarea dispozitivelor din acest grup se bazează pe proprietatea anumitor materiale de a-și modifica parametrii electrici sub presiune.

Manometre piezoelectrice utilizat pentru măsurarea presiunii pulsatorii de înaltă frecvență în mecanisme cu o sarcină admisă pe elementul sensibil de până la 8·10 3 GPa. Elementul sensibil din manometrele piezoelectrice, care transformă solicitările mecanice în oscilații de curent electric, sunt plăci cilindrice sau dreptunghiulare de câțiva milimetri grosime din cuarț, titanat de bariu sau ceramică PZT (zirconat-titonat de plumb).

Extensometre au dimensiuni de gabarit mici, dispozitiv simplu, precizie ridicată și fiabilitate în funcționare. Limita superioară a citirilor este 0,1 ... 40 MPa, clasa de precizie 0,6; 1 și 1.5. Sunt utilizate în condiții dificile de producție.

Ca element sensibil în extensometre, se folosesc extensometre, al căror principiu de funcționare se bazează pe o modificare a rezistenței sub acțiunea deformării.

Presiunea din manometru este măsurată printr-un circuit de punte dezechilibrat.

Ca urmare a deformării membranei cu o placă de safir și extensometre, apare un dezechilibru al punții sub formă de tensiune, care este convertită de un amplificator într-un semnal de ieșire proporțional cu presiunea măsurată.

Manometre diferențiale

Sunt aplicate la măsurarea diferenței (diferenței) de presiune a lichidelor și gazelor. Ele pot fi utilizate pentru a măsura debitul de gaze și lichide, nivelul lichidului, precum și pentru a măsura mici presiuni în exces și vid.

Manometre diferenţiale cu membrană sunt dispozitive de măsurare primare fără șacal concepute pentru a măsura presiunea mediilor neagresive, transformând valoarea măsurată într-un semnal DC analogic unificat 0 ... 5 mA.

Pentru limitarea căderilor de presiune de 1,6 ... 630 kPa sunt produse manometre diferențiale de tip DM.

Manometre cu burduf diferential sunt produse pentru limitarea căderilor de presiune de 1…4 kPa, sunt proiectate pentru suprapresiune de funcționare maximă admisă de 25 kPa.

Dispozitivul manometrului cu electrocontact, metode de verificare a acestuia

Dispozitiv manometru cu electrocontact

Figura - Scheme schematice ale manometrelor cu electrocontact: A- un singur contact pentru scurtcircuit; b- deschidere cu un singur contact; c - deschis-deschis cu două contacte; G– două contacte pentru scurtcircuit – scurtcircuit; d- deschidere-închidere cu două contacte; e- doua contacte pentru inchidere-deschidere; 1 - săgeată indicator; 2 și 3 – contacte de bază electrice; 4 și 5 – zone de contacte închise, respectiv deschise; 6 și 7 – obiecte de influență

O diagramă tipică a funcționării unui manometru cu electrocontact poate fi ilustrată în figură ( A). Cu o creștere a presiunii și atingerea unei anumite valori, săgeata index 1 cu contact electric intră în zonă 4 și se închide cu contactul de bază 2 circuitul electric al aparatului. Închiderea circuitului, la rândul său, duce la punerea în funcțiune a obiectului de influență 6.

În circuitul de deschidere (Fig. . b) în absența presiunii, contactele electrice ale săgeții index 1 și contactul de bază 2 închis. Sub tensiune Uîn este circuitul electric al dispozitivului și obiectul de influență. Când presiunea crește și indicatorul trece prin zona de contacte închise, circuitul electric al dispozitivului se întrerupe și, în consecință, semnalul electric direcționat către obiectul de influență este întrerupt.

Cel mai adesea, în condiții de producție, se folosesc manometre cu circuite electrice cu două contacte: unul este utilizat pentru indicarea sonoră sau luminoasă, iar al doilea este utilizat pentru a organiza funcționarea sistemelor de diferite tipuri de control. Astfel, circuitul de deschidere-închidere (Fig. d) permite unui canal să deschidă un circuit electric atunci când se atinge o anumită presiune și să primească un semnal de impact asupra obiectului 7 , iar conform celui de-al doilea - folosind contactul de bază 3 închideți al doilea circuit electric deschis.

Circuitul de închidere-deschidere (Fig. . e) permite, odată cu creșterea presiunii, un circuit să se închidă, iar al doilea - să se deschidă.

Circuite cu două contacte pentru închidere-închidere (Fig. G) și deschidere-deschidere (Fig. în) prevăd, atunci când presiunea crește și atinge valori identice sau diferite, închiderea ambelor circuite electrice sau, în consecință, deschiderea acestora.

Partea de electrocontact a manometrului poate fi fie integrală, combinată direct cu mecanismul contorului, fie atașată sub forma unui grup de electrocontact montat pe partea frontală a dispozitivului. Producătorii folosesc în mod tradițional modele în care tijele grupului de electrocontact au fost montate pe axa tubului. În unele dispozitive, de regulă, este instalat un grup de electrocontact, conectat la elementul sensibil prin săgeata index a manometrului. Unii producători au stăpânit manometrul cu electrocontact cu microîntrerupătoare, care sunt instalate pe mecanismul de transmisie al contorului.

Manometrele cu electrocontact sunt produse cu contacte mecanice, contacte cu presarcină magnetică, pereche inductivă, microîntrerupătoare.

Grupul de electrocontact cu contacte mecanice este structural cel mai simplu. Un contact de bază este fixat pe baza dielectrică, care este o săgeată suplimentară cu un contact electric fixat pe ea și conectat la un circuit electric. Un alt conector de circuit electric este conectat la un contact care se mișcă cu o săgeată index. Astfel, odată cu creșterea presiunii, săgeata index deplasează contactul mobil până când acesta este conectat la al doilea contact fixat pe săgeata suplimentară. Contactele mecanice, realizate sub formă de petale sau rafturi, sunt realizate din aliaje argint-nichel (Ar80Ni20), argint-paladiu (Ag70Pd30), aur-argint (Au80Ag20), platină-iridiu (Pt75Ir25) etc.

Dispozitivele cu contacte mecanice sunt clasificate pentru tensiuni de până la 250 V și rezistă la o putere maximă de rupere de până la 10 W DC sau 20 V×A AC. Capacitatea de rupere mică a contactelor asigură o precizie suficient de mare a răspunsului (până la 0,5% din valoarea completă).

O conexiune electrică mai puternică este asigurată de contactele cu preîncărcare magnetică. Diferența lor față de cele mecanice este că magneții mici sunt fixați pe partea din spate a contactelor (cu adeziv sau șuruburi), ceea ce sporește rezistența conexiunii mecanice. Puterea maximă de rupere a contactelor cu preîncărcare magnetică este de până la 30 W DC sau până la 50 V×A AC și tensiune de până la 380 V. Datorită prezenței magneților în sistemul de contact, clasa de precizie nu depășește 2,5.

Metode de verificare ECG

Manometrele cu electrocontact, precum și senzorii de presiune, trebuie verificate periodic.

Manometrele cu electrocontact din teren și condițiile de laborator pot fi verificate în trei moduri:

verificarea punctului zero: atunci când presiunea este îndepărtată, indicatorul ar trebui să revină la marcajul „0”, deficitul indicatorului nu trebuie să depășească jumătate din toleranța de eroare a instrumentului;

verificarea punctului de lucru: se conectează un manometru de control la dispozitivul testat și se compară citirile ambelor dispozitive;

verificare (calibrare): verificarea dispozitivului conform procedurii de verificare (calibrare) pentru acest tip de dispozitiv.

Manometrele și presostatoarele cu electrocontact sunt verificate pentru acuratețea funcționării contactelor de semnal, eroarea de funcționare nu trebuie să fie mai mare decât cea de pașaport.

Procedura de verificare

Efectuați întreținerea dispozitivului de presiune:

Verificați marcarea și siguranța sigiliilor;

Prezența și rezistența fixării capacului;

Nici un fir de împământare rupt;

Absența loviturilor și a daunelor vizibile, a prafului și a murdăriei pe carcasă;

Puterea montării senzorului (lucrare la fața locului);

Integritatea izolației cablurilor (lucrare la fața locului);

Fiabilitatea fixării cablului în dispozitivul de apă (lucrare la locul de operare);

Verificați strângerea elementelor de fixare (lucrări la fața locului);

Pentru dispozitivele de contact, verificați rezistența de izolație față de carcasă.

Asamblați un circuit pentru dispozitivele de presiune de contact.

Creșteți treptat presiunea la intrare, luați citiri ale instrumentului exemplar în timpul cursei înainte și înapoi (reducerea presiunii). Rapoartele trebuie făcute în 5 puncte egal distanțate ale intervalului de măsurare.

Verificați acuratețea operațiunii contactelor conform setărilor.

¾ piezometri,

¾ manometre,

¾ vacuometre.

Piezometrele și manometrele măsoară presiunea în exces (manometru)., adică funcționează dacă presiunea totală în lichid depășește o valoare egală cu o atmosferă p= 1kgf/cm2= 0,1MPa p p om p atm p atm = = 101325 » 100000Pa .

hp ,

Unde hp m.

hp .

MPa sau kPa(vezi la p. 54). Cu toate acestea, manometre vechi cu o scară în kgf/cm2, sunt convenabile prin faptul că această unitate este egală cu o atmosferă (vezi p. 8). Citirea zero a oricărui manometru corespunde presiunii maxime p egal cu o atmosferă.

Vacuometruîn aspectul său seamănă cu un manometru, dar arată fracția de presiune care suplimentează presiunea totală din lichid la valoarea unei atmosfere. Vidul într-un lichid nu este un gol, ci o astfel de stare a unui lichid atunci când presiunea totală în el este mai mică decât presiunea atmosferică cu o cantitate p înp în

.

Valoarea vidului pv nu poate fi mai mult de 1 la p în » 100000Pa

Afișează piezometrul h p = 160vezi ac. Artă. p est = 16000Pași p= 100000+16000=116000Pa;

Manometru cu citiri p om = 2,5kgf/cm2 h p = 25 mși presiunea totală în SI p= 0,35MPa;

vacuometru care arată p în = 0,04MPa p= 100000-40000=60000Pa

Dacă presiunea P este măsurată de la zero absolut, atunci se numește presiune absolută Rabs. Dacă presiunea este numărată din atmosferă, atunci se numește exces (manometric) Pizb. Se măsoară cu un manometru. Presiunea atmosferică este constantă Ratm = 103 kPa (Fig. 1.5). Presiunea de vid Рvac - lipsa presiunii față de presiunea atmosferică.

6.Ecuația de bază a hidrostaticei (concluzie). legea lui Pascal. paradoxul hidrostatic. Fântâni cu stârci, dispozitiv, principiu de funcționare.

Ecuația de bază a hidrostaticii afirmă că presiunea totală dintr-un fluid p este egală cu suma presiunii externe asupra lichidului poși presiunea greutății coloanei de lichid p w, adică: , unde h- înălțimea coloanei de lichid deasupra punctului (adâncimea de scufundare a acesteia), în care se determină presiunea. Din ecuație rezultă că presiunea în lichid crește odată cu adâncimea și dependența este liniară.

În cazul particular al rezervoarelor deschise care comunică cu atmosfera (Fig. 2), presiunea exterioară asupra lichidului este egală cu presiunea atmosferică. p o= p atm= 101325 Pa 1 la. Atunci ecuația de bază a hidrostaticei ia forma

.

Presiunea manometrică (manometru) este diferența dintre presiunea totală și cea atmosferică. Din ultima ecuație, obținem că pentru rezervoarele deschise suprapresiunea este egală cu presiunea coloanei de lichid.

Legea lui Pascal sună așa: presiunea externă aplicată unui lichid dintr-un rezervor închis este transmisă în interiorul lichidului în toate punctele sale fără modificare. Funcționarea multor dispozitive hidraulice se bazează pe această lege: cricuri hidraulice, prese hidraulice, acționări hidraulice ale mașinilor, sisteme de frânare ale automobilelor.

paradoxul hidrostatic- o proprietate a lichidelor, care consta in faptul ca forta de greutate a unui lichid turnat intr-un vas poate sa difere de forta cu care acest lichid actioneaza asupra fundului vasului.

Fântânile lui Heron. Celebrul om de știință al antichității Heron din Alexandria a venit cu designul original al fântânii, care este folosit și astăzi.

Principalul miracol al acestei fântâni a fost că apa din fântână se bate singură, fără a folosi nicio sursă exterioară de apă. Principiul de funcționare al fântânii este clar vizibil în figură.

Diagrama Fântânii Stârcului

Fântâna Stârcului este formată dintr-un vas deschis și două vase ermetice situate sub vas. De la bolul superior până la recipientul inferior, există un tub complet etanș. Dacă turnați apă în vasul superior, atunci apa începe să curgă prin tub în recipientul inferior, deplasând aerul de acolo. Deoarece recipientul inferior în sine este complet etanșat, aerul împins afară de apă, printr-un tub etanș, transferă presiunea aerului în vasul din mijloc. Presiunea aerului din rezervorul din mijloc începe să împingă apa și fântâna începe să funcționeze. Dacă pentru a începe lucrul, a fost necesar să turnați apă în vasul superior, atunci pentru funcționarea ulterioară a fântânii, apa care a căzut în vas din recipientul din mijloc era deja folosită. După cum puteți vedea, dispozitivul fântânii este foarte simplu, dar acest lucru este doar la prima vedere.

Ridicarea apei în vasul superior se realizează datorită presiunii apei cu înălțimea H1, în timp ce fântâna ridică apa la o înălțime mult mai mare H2, ceea ce la prima vedere pare imposibil. La urma urmei, acest lucru ar trebui să necesite mult mai multă presiune. Fântâna nu ar trebui să funcționeze. Dar cunoștințele grecilor antici s-au dovedit a fi atât de înalte încât au ghicit că vor transfera presiunea apei din vasul inferior în vasul din mijloc, nu cu apă, ci cu aer. Deoarece greutatea aerului este mult mai mică decât greutatea apei, pierderea de presiune în această zonă este foarte mică, iar fântâna țâșnește din vas la o înălțime H3. Înălțimea jetului de fântână H3, fără a ține cont de pierderile de presiune din tuburi, va fi egală cu înălțimea presiunii apei H1.

Astfel, pentru ca apa fântânii să lovească cât mai sus posibil, este necesar să faceți structura fântânii cât mai sus posibil, mărind astfel distanța H1. În plus, trebuie să ridicați vasul din mijloc cât mai sus posibil. În ceea ce privește legea fizicii privind conservarea energiei, aceasta este pe deplin respectată. Apa din vasul mijlociu, sub influența gravitației, curge în vasul inferior. Faptul că ea face astfel prin vasul superior și, în același timp, bate acolo cu o fântână, nu contrazice deloc legea conservării energiei. Când toată apa din vasul din mijloc se varsă în cel inferior, fântâna nu mai funcționează.

7. Instrumente utilizate pentru măsurarea presiunii (atmosferică, exces, vid). Dispozitiv, principiu de funcționare. Clasa de precizie a instrumentului.

Presiunea într-un lichid este măsurată cu instrumente:

¾ piezometri,

¾ manometre,

¾ vacuometre.

Piezometrele și manometrele măsoară presiunea în exces (manometrică), adică funcționează dacă presiunea totală în lichid depășește o valoare egală cu o atmosferă p= 1kgf/cm2= 0,1MPa. Aceste instrumente arată proporția presiunii peste cea atmosferică. Pentru măsurarea presiunii totale a lichidului p necesare pentru măsurarea presiunii p om adăugați presiunea atmosferică p atm luate din barometru. În practică, în hidraulică, presiunea atmosferică este considerată o valoare constantă. p atm = = 101325 » 100000Pa.

Un piezometru este de obicei un tub de sticlă vertical, a cărui parte inferioară comunică cu punctul investigat din lichid unde trebuie măsurată presiunea (de exemplu, punctul A din Fig. 2), iar partea sa superioară este deschisă către atmosferă. . Înălțimea coloanei de lichid într-un piezometru hp este o indicație a acestui dispozitiv și vă permite să măsurați presiunea în exces (manometrică) într-un punct conform raportului

Unde hp- cap piezometric (inaltime), m.

Piezometrele menționate sunt utilizate în principal pentru cercetări de laborator. Limita lor superioară de măsurare este limitată la o înălțime de până la 5 m, totuși, avantajul lor față de manometre este măsurarea directă a presiunii folosind înălțimea piezometrică a coloanei de lichid fără mecanisme intermediare de transmisie.

Orice fântână, groapă, fântână cu apă sau chiar orice măsurătoare a adâncimii apei într-un rezervor deschis poate fi folosită ca piezometru, deoarece ne oferă valoarea hp .

Manometrele sunt cel mai des folosite mecanic, mai rar - lichide. Toate manometrele nu măsoară presiunea maximă, ci presiunea manometrică.

Avantajele lor față de piezometre sunt limite mai largi de măsurare, dar există și un dezavantaj: necesită monitorizarea citirilor lor. Manometrele produse recent sunt gradate în unități SI: MPa sau kPa. Cu toate acestea, manometre vechi cu o scară în kgf/cm2, sunt convenabile prin faptul că această unitate este egală cu o atmosferă. Citirea zero a oricărui manometru corespunde presiunii maxime p egal cu o atmosferă.

Vacuometrul în aspectul său seamănă cu un manometru, dar arată fracția de presiune care suplimentează presiunea totală din lichid la valoarea unei atmosfere. Vidul într-un lichid nu este un gol, ci o astfel de stare a unui lichid atunci când presiunea totală în el este mai mică decât presiunea atmosferică cu o cantitate p în care se măsoară cu un vacuometru. presiunea vidului p în, afișat de dispozitiv, este legat de total și atmosferic după cum urmează: .

Valoarea vidului pv nu poate fi mai mult de 1 la, adică valoarea limită p în » 100000Pa, deoarece presiunea totală nu poate fi mai mică decât zero absolut.

Iată exemple de luare a citirilor de pe dispozitive:

Afișează piezometrul h p = 160vezi ac. Artă., corespunde în unități SI presiunilor p est = 16000Pași p= 100000+16000=116000Pa;

Manometru cu citiri p om = 2,5kgf/cm2 corespunde coloanei de apă h p = 25 mși presiunea totală în SI p= 0,35MPa;

vacuometru care arată p în = 0,04MPa, corespunde presiunii totale p= 100000-40000=60000Pa, care reprezintă 60% din atmosferă.

8. Ecuații diferențiale ale unui fluid ideal în repaus (Ecuațiile lui L. Euler). Derivarea ecuațiilor, un exemplu de aplicare a ecuațiilor pentru a rezolva probleme practice.

Luați în considerare mișcarea unui fluid ideal. Să alocăm ceva volum în interiorul lui V. Conform celei de-a doua legi a lui Newton, accelerația centrului de masă al acestui volum este proporțională cu forța totală care acționează asupra acestuia. În cazul unui fluid ideal, această forță se reduce la presiunea fluidului care înconjoară volumul și, eventual, la influența câmpurilor de forțe externe. Să presupunem că acest câmp reprezintă forțele de inerție sau gravitație, astfel încât această forță este proporțională cu puterea câmpului și cu masa elementului de volum. Apoi

,

Unde S- suprafața volumului selectat, g- puterea câmpului. Trecând, după formula Gauss - Ostrogradsky, de la integrala de suprafață la cea de volum și ținând cont de faptul că , unde este densitatea lichidului într-un punct dat, obținem:

Din cauza arbitrarului volumului V integranții trebuie să fie egali în orice punct:

Exprimând derivata totală în termeni de derivată convectivă și derivată parțială:

primim Ecuația lui Euler pentru mișcarea unui fluid ideal într-un câmp gravitațional:

Unde este densitatea lichidului,
este presiunea din lichid,
este vectorul vitezei fluidului,
- vectorul intensității câmpului de forță,

Operator Nabla pentru spațiu tridimensional.

Determinarea forței presiunii hidrostatice pe un perete plat situat în unghi față de orizont. centru de presiune. Poziția centrului de presiune în cazul unei platforme dreptunghiulare, a cărei margine superioară se află la nivelul suprafeței libere.

Folosim ecuația de bază a hidrostaticei (2.1) pentru a găsi forța totală a presiunii fluidului pe un perete plat înclinat spre orizont la un unghi arbitrar a (Fig. 2.6).

Orez. 2.6

Să calculăm forța totală P a presiunii care acționează din partea lichidului pe o anumită secțiune a peretelui în cauză, delimitată de un contur arbitrar și având o suprafață egală cu S.

Axa 0x este îndreptată de-a lungul liniei de intersecție a planului peretelui cu suprafața liberă a lichidului, iar axa 0y este perpendiculară pe această linie în planul peretelui.

Să exprimăm mai întâi forța elementară de presiune aplicată unei arii infinit de mici dS:
,
unde p0 este presiunea pe suprafața liberă;
h este adâncimea locației site-ului dS.
Pentru a determina forța totală P, efectuăm integrarea pe întreaga zonă S.
,
unde y este coordonata centrului sitului dS.

Ultima integrală, așa cum se știe din mecanică, este momentul static al ariei S în jurul axei 0xși este egal cu produsul acestei zone cu coordonatele centrului său de greutate (punctul C), adică.

Prin urmare,

(aici hc este adâncimea centrului de greutate al zonei S), sau
(2.6)

adică, forța totală a presiunii fluidului pe un perete plat este egală cu produsul dintre suprafața peretelui și presiunea hidrostatică la centrul de greutate al acestei zone.

Aflați poziția centrului de presiune. Deoarece presiunea externă p0 este transmisă în toate punctele zonei S în mod egal, rezultanta acestei presiuni va fi aplicată la centrul de greutate al zonei S. Pentru a găsi punctul de aplicare a forței de exces de presiune a lichidului (punctul D), aplicăm ecuația mecanicii, conform căreia momentul forței rezultante de presiune față de axa 0x este egal cu suma momentelor forțelor constitutive, i.e.

unde yD este coordonata punctului de aplicare a fortei Pex.

Exprimând Pex și dPex în termeni de yc și y și definind yD, obținem

Unde - momentul de inerție al zonei S în jurul axei 0x.
Dat fiind
(Jx0 este momentul de inerție al ariei S în jurul axei centrale paralele cu 0x), obținem
(2.7)
Astfel, punctul de aplicare al forței Pex este situat sub centrul de greutate al zonei peretelui; distanța dintre ele este

Dacă presiunea p0 este egală cu cea atmosferică și acționează pe ambele părți ale peretelui, atunci punctul D va fi centrul presiunii. Când p0 este mai mare decât cel atmosferic, atunci centrul de presiune este situat conform regulilor mecanicii ca punct de aplicare a rezultantei a două forțe: hcgS și p0S. În acest caz, cu cât a doua forță este mai mare în comparație cu prima, cu atât centrul de presiune este mai aproape de centrul de greutate al zonei S.

În cazul particular în care peretele are o formă dreptunghiulară și una dintre laturile dreptunghiului coincide cu suprafața liberă a lichidului, poziția centrului de presiune se găsește din considerente geometrice. Deoarece diagrama presiunii fluidului de pe perete este reprezentată de un triunghi dreptunghic (Fig. 2.7), al cărui centru de greutate este 1/3 din înălțimea b a triunghiului de la bază, atunci centrul presiunii fluidului va fi localizat la aceeași distanță de bază.

Orez. 2.7

În inginerie mecanică, trebuie adesea să se confrunte cu acțiunea unei forțe de presiune asupra pereților plani, de exemplu, pe pereții pistoanelor sau cilindrilor mașinilor hidraulice. În acest caz, p0 este de obicei atât de mare încât se poate considera că centrul de presiune coincide cu centrul de greutate al zonei peretelui.

Centrul de presiune

punctul în care linia de acțiune a rezultantei forțelor de presiune ale mediului (lichid, gaz) aplicată unui corp în repaus sau în mișcare se intersectează cu un plan trasat în corp. De exemplu, pentru o aripă de avion ( orez. ) C. d. se defineşte ca punctul de intersecţie a liniei de acţiune a forţei aerodinamice cu planul coardelor aripilor; pentru un corp de revoluție (corp de rachetă, dirijabil, mine etc.) - ca punct de intersecție al forței aerodinamice cu planul de simetrie al corpului, perpendicular pe planul care trece prin axa de simetrie și viteza vector al centrului de greutate al corpului.

Poziția centrului de greutate depinde de forma corpului, iar pentru un corp în mișcare poate depinde și de direcția de mișcare și de proprietățile mediului (compresibilitatea acestuia). Astfel, la aripa unei aeronave, în funcție de forma profilului său aerodinamic, poziția profilului central se poate modifica odată cu modificarea unghiului de atac α, sau poate rămâne neschimbată („un profil cu profil central constant” ); in ultimul caz x cd ≈ 0,25b (orez. ). Când se deplasează cu viteză supersonică, centrul de greutate se deplasează semnificativ spre coadă datorită influenței compresibilității aerului.

O modificare a poziției motorului central al obiectelor în mișcare (avioane, rachete, mine etc.) afectează în mod semnificativ stabilitatea mișcării acestora. Pentru ca mișcarea lor să fie stabilă în cazul unei modificări aleatorii a unghiului de atac a, aerul central trebuie să se deplaseze astfel încât momentul forței aerodinamice în jurul centrului de greutate să determine obiectul să revină la poziția inițială (de exemplu de exemplu, cu o creștere a a, aerul central trebuie să se deplaseze spre coadă). Pentru a asigura stabilitatea, obiectul este adesea echipat cu o unitate de coadă adecvată.

Lit.: Loitsyansky L. G., Mecanica lichidului și gazului, ed. a 3-a, M., 1970; Golubev V.V., Prelegeri despre teoria aripii, M. - L., 1949.

Poziția centrului presiunii curgerii pe aripă: b - coardă; α - unghiul de atac; ν - vectorul vitezei curgerii; x dc - distanța centrului de presiune față de nasul corpului.

10. Determinarea forței presiunii hidrostatice pe o suprafață curbă. Excentricitate. Volumul corpului de presiune.

Ecuația termică a stării, ca în majoritatea expresiilor analitice care descriu legile fizice, include presiunea absolută, datorită teoriei molecular-cinetice. Există dispozitive care permit măsurarea mărimii acestei presiuni, cu toate acestea, dispozitivul lor este destul de complicat, iar costul este mare. În practică, este mai ușor să se organizeze măsurarea nu a valorii absolute a presiunii, ci a diferenței dintre două presiuni: cea dorită și cea atmosferică (barometrică). Cunoașterea valorii presiunii atmosferice, măsurată cu ajutorul unuia sau altul tip de barometru, facilitează obținerea valorii presiunii absolute. Adesea, o precizie suficientă este oferită de cunoașterea valorii medii a presiunii atmosferice. Dacă valoarea determinată a presiunii este mai mare decât cea atmosferică, atunci se numește valoarea pozitivă a diferenței de presiune suprapresiune, care se măsoară cu diverse tipuri de manometre. Dacă valoarea presiunii măsurată este mai mică decât presiunea atmosferică, atunci excesul de presiune este o valoare negativă. Valoarea absolută a diferenței de presiune se numește în acest caz presiunea vidului; se poate măsura cu vacuometre de diferite tipuri.

Dacă presiunea măsurată este mai mare decât cea atmosferică, atunci Rabe = Risb. + Ratm.; dacă presiunea măsurată este mai mică decât presiunea atmosferică,

CĂTRE Rabe. = Ratm. - Rva* Și Rvak = - Rizb.

Dimensiunea presiunii [p] = ML -| T „2. Unitatea de presiune din Sistemul Internațional de Unități se numește pascal(Pa). Pascal este egal cu presiunea cauzată de o forță de 1 N, distribuită uniform pe o suprafață normală cu o suprafață de 1 m 2: 1 Pa \u003d 1 Nm -2 \u003d 1 kg m 1 c "2. În SUA, Marea Britanie și alte țări, în practică, presiunea este adesea măsurată în lire pe inch pătrat (lb / sq.inch sau psi). ! bar \u003d 10 5 Pa \u003d 14,5 psi.

Un tub lung (aproximativ 1 m), sigilat la un capăt, umplut cu mercur și coborât cu un capăt deschis într-un vas cu mercur, care comunică cu atmosfera, se numește barometru cu mercur. Vă permite să determinați presiunea atmosferei în funcție de înălțimea coloanei de mercur care umple tubul. Dispozitivul a fost descris pentru prima dată de E. Torricelli în 1644. Efectuarea măsurătorilor cantitative sistematice ale presiunii atmosferice folosind un barometru cu mercur a fost propusă de Descartes în 1647. Funcționarea dispozitivului se bazează pe faptul că presiunea din zona de deasupra suprafeței de mercur din tub este neglijabil (volumul de spațiu deasupra mercurului din tub se numește golul Torricelli).În acest caz, din condițiile de echilibru mecanic al mercurului rezultă relația dintre presiunea atmosferică și înălțimea coloanei de mercur: ro = pgh. Presiunea vaporilor de mercur într-un gol Torricelli la o temperatură de T = 273 K este de 0,025 Pa.

Presiunea atmosferică (sau presiunea atmosferică) depinde de înălțimea locului de observare și de condițiile meteorologice. În condiții normale la nivelul mării, înălțimea coloanei de mercur este de aproximativ 76 cm și scade pe măsură ce barometrul crește.

În geofizică, modelul este adoptat atmosfera standard, în care nivelul mării corespunde temperaturii T=288,15 K (15°C) și presiune po =101325,0 Pa. Starea unui gaz cu aceeași presiune la o temperatură T= 273,15 K (se numește 0°С conditii normale. Valorile apropiate de valoarea presiunii atmosferice p = 9,81 10 4 Pa, p in = 10 5 Pa și pp = 1,01 ZLO 5 Pa sunt utilizate în știința și tehnologia naturii pentru măsurarea presiunii și se numesc atmosfera tehnica(rt), bar(rv) și atmosfera fizica(rr).

La o temperatură constantă a atmosferei, modificarea presiunii cu înălțimea L este descrisă de formula barometrică,ținând cont de compresibilitatea aerului:

p _ _ „-TsvI / YAT

Aici c este masa molară a aerului p \u003d 29 \u003d 10 "3 kg mol g este accelerația de cădere liberă în apropierea suprafeței Pământului, T este temperatura absolută și R este constanta molară a gazului I \u003d 8,31 J K "1 mol".

Sarcini multiple

Determinați forța /? care trebuie aplicată tijei pentru a deplasa pistonul cu o viteză constantă. Ignora frecarea.

I = 20 mm, (i-mm.

Ratm =750mmHg st[tt Hg

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

Luați în considerare un rezervor închis în care lichidul formează o suprafață liberă (Fig. 2.4, A). Să conectăm un tub de sticlă curbat deschis către atmosferă la suprafața laterală a rezervorului. Dacă presiunea atmosferică acționează pe suprafața liberă ( R 0 = R la), atunci conform legii vaselor comunicante pentru un lichid omogen în rezervor și în tubul de sticlă, suprafețele lichidelor vor fi la același nivel. Din nivelul lichidului din tubul de sticla se poate determina valoarea presiunii la nivelul racordului tubului, precum si valoarea presiunii care actioneaza pe suprafata libera a lichidului. Acest tub de sticlă se numește piezometru.

Un piezometru este un instrument de tip lichid conceput pentru a măsura presiunea.

A) b) în)

Orez. 2.4. Schema de determinare a presiunii

Să furnizăm o anumită cantitate de aer unui rezervor închis (Fig. 2.4, b). În acest caz, presiunea pe suprafața liberă a lichidului va depăși nivelul atmosferic ( R 0 > R at), nivelul lichidului din piezometru va depăși nivelul lichidului din rezervor. Avion M– N, la care este conectat piezometrul, este o suprafață de presiuni egale, adică. p M = p N. Conform ecuației de bază a hidrostaticii (2.2):

,

,

Ecuația (2.5) arată că presiunea la care presiunea R 0 depaseste atmosferica, este echilibrata de presiunea creata de coloana de lichid ( h P - h) în piezometru.

Presiunea peste presiunea atmosferică se numește suprapresiune sau presiune manometrică. Excesul de presiune (manometru) este măsurat de un dispozitiv mecanic - un manometru și nu ia în considerare presiunea atmosferică. Pentru cazul prezentat în fig. 2.4, b, masura presiunii:

.

Presiune R 0 din ecuația (2.5) va fi egal cu:

Presiunea determinată ținând cont de presiunea atmosferică se numește presiune absolută.

Pompăm o anumită cantitate de aer dintr-un rezervor închis (Fig. 2.4. în), ceea ce face ca nivelul lichidului din piezometru să fie mai mic decât nivelul lichidului din rezervor. Să compunem ecuația de bază a hidrostaticei în mod similar cu cazul precedent. Ținând cont de faptul că R 0 < R la, obținem:

Ecuația (2.6) arată că lipsa presiunii față de presiunea atmosferică este echilibrată de greutatea coloanei de lichid ( h – h n) în rezervor.

Presiunea care caracterizează lipsa presiunii față de presiunea atmosferică se numește presiune de vid..

Relația dintre manometru, vid și presiunea absolută este prezentată în fig. 2.5.

Orez. 2.5. Relația dintre manometru, vacuometru

și presiune absolută

Există două sisteme de măsurare a presiunii:

Dacă presiunea atmosferică este luată ca punct de referință, atunci în acest caz presiunea poate fi fie pozitivă (exces), fie negativă (vid). Presiunea de greutate a coloanei de lichid p = ρ g h este redundant;

Dacă presiunea zero absolută este luată ca punct de referință, atunci în acest caz presiunea se numește absolută și poate fi doar pozitivă.

Înălțimea coloanei de lichid în piezometru h n este numit înălțime piezometrică, care este folosit pentru a determina excesul de presiune la punctul de conectare al piezometrului:

În hidraulică, se numește energia specifică a unui fluid presiune. Deoarece presiunea se măsoară în metri, se numește înălțime - înălțime geometrică, înălțime piezometrică. În cazul presiunii în vid, diferența dintre nivelul suprafeței libere a lichidului și nivelul lichidului din piezometru se numește înălțimea vidului.