Измерение давления в замкнутой полости

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

ПЕРМСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра гидравлики и гидравлических машин

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ В ЗАМКНУТОЙ ПОЛОСТИ

Методические указания к лабораторной работе № 1

для студентов всех форм обучения

Пермь 2012

Составители: , ,

Измерение давления в замкнутой полости: Методические указания к лабораторной работе № 1 для студентов всех форм обучения / сост. , , . / Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012г. – 20 с.

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры «Гидравлики и гидравлических машин» 1 марта 2012 г.

Завкафедрой

гидравлики и гидравлических машин,

д. т.н., профессор

Изложены краткие теоретические сведения по гидростатике, приборы для измерения избыточного давления и вакуумметрического давления. Дано описание учебной установки «Гидростатика ГС-01», порядок выполнения лабораторной работы и обработки экспериментальных данных.

Иллюстраций 7. Библиография 6 назв. Таблицы 2.

Ó Пермский национальный исследовательский политехнический университет, 2012 г.

1. ЦелЬ работы

1.1. Измерить избыточное и вакуумметрическое давления в замкнутой полости с помощью пружинных манометра и вакуумметра, а также пьезометров с водой и индустриальным маслом; установить погрешность измерения давления пьезометрами относительно показаний манометра и вакуумметра.

1.2. Понять связь между абсолютным, избыточным и вакуумметрическим давлениями; закрепить знания по единицам измерения давления.

1.3. Научиться определять погрешности измерения давления разными приборами и делать выводы о точности приборов.

2. ЗАДАНИЕ

2.1. Изучить материал, изложенный в настоящих указаниях.

2.2. Изучить устройство учебной установки «Гидростатика ГС-01», обратив особое внимание на приборы, их установку, градуировку шкал, цену деления, точность, с которой могут быть сняты показания.

2.3. Произвести три измерения с избыточным давлением и три измерения с вакуумметрическим давлением. Определить погрешности измерений пьезометрами, принимая за действительную величину избыточного (вакуумметрического) давления показания манометра (вакуумметра).

2.4. Определить погрешности измерения избыточного давления 0,3 кгс/см2 приборами учебной установки, сделать вывод какой прибор наиболее точный, а какой прибор наименее точный для данного измерения.

2.5. Проанализировать, результаты произведенных измерений избыточных давлений с учетом найденных погрешностей приборов в области давлений эксперимента.

2.6. Подготовить отчет по работе.

3. ОСНОВНЫЕ положения и зависимости

Гидростатика – раздел гидромеханики, в котором изучаются законы равновесия жидкости и ее взаимодействие с твердыми поверхностями и телами. В жидкости рассматривается действие двух категорий сил: массовые (объемные) и поверхностные. Поверхностная сила может быть разложена на нормальную (сила давления) и тангенциальную (сила трения) составляющие. Давление в точке равно пределу, к которому стремится среднее нормальное напряжение, при стремлении площадки к нулю:

, (1)

где p – гидростатическое давление; DP/DS – среднее нормальное напряжение; ΔS – элементарная площадка; ΔP – элементарная сила давления.

Согласно основному уравнению гидростатики абсолютное давление в какой-либо точке покоящейся жидкости определяется зависимостью

, (2)

где p – абсолютное давление в данной точке объема жидкости; p0 – давление на внешней или свободной поверхности по отношению к данному объему, в частном случае – атмосферное давление; ρgh – избыточное (весовое) давление; ρ – плотность жидкости; g – ускорение силы тяжести; h – заглубление точки измерения абсолютного давления относительно внешней (свободной) поверхности.

Абсолютное давление, выражаемое зависимостью (2), это давление, при измерении которого за начало отсчета принимают абсолютный нуль давления. Абсолютный нуль давления может существовать либо в замкнутом объеме, из которого удалены все молекулы, либо при полном прекращении движения молекул, т. е. при абсолютной температуре равной 0 К. (ГОСТ 8.271-77 ГСИ).

Атмосферное давление это абсолютное давление околоземной атмосферы.

Давление сверх атмосферного - называется избыточным (манометрическим). Оно равно разности между абсолютным и атмосферным давлением:

. (3)

Если на свободную поверхность жидкости действует атмосферное давление, то абсолютное давление равно избыточному давлению и определяется только давлением столба жидкости высотой h:

. (4)

Давление недостающее до атмосферного называется вакуумметрическим давлением. Оно равно разности между абсолютным и атмосферным давлением, поэтому изменяется от нуля до – pатм.

. (5)

Понятие абсолютного, избыточного и вакуумметрического давлений иллюстрируется с помощью диаграммы на рис.1.

Рис. 1. Диаграмма для иллюстрации абсолютного,
избыточного и вакуумметрического давления

4. Приборы для измерения давления

Приборы для измерения давления классифицируются по различным признакам.

По виду измеряемого давления различают:

· приборы для измерения атмосферного давления – барометры;

· приборы для измерения избыточного давления – манометры избыточного давления,

· манометры для измерения малых избыточных давлений

(до 40 кПа) – напоромеры;

· приборы для измерения вакуумметрического давления – вакуумметры (по ГОСТ 8.271-77: вакуумметр – манометр для измерения давления разреженного газа);

· вакуумметры для измерения малых вакуумметрических давлений

(до - 40 кПа) – тягомеры;

· приборы для измерения избыточного и вакуумметрического давления – мановакуумметры;

· приборы для измерения абсолютного давления – манометры абсолютного давления;

· приборы для измерения разности давлений – дифференциальные манометры;

· приборы для измерения малого избыточного и вакуумметрического давления– микроманометры.

По принципу действия для измерения давления различают приборы:

· жидкостные;

· деформационные;

· грузопоршневые;

· электрические (датчики давления);

· комбинированные и др.

По назначению манометры делятся на:

· технические (рабочие), все измерительные приборы, служащие для непосредственных измерений давления жидкости или газа в различных установках и сетях;

· эталонные, имеющие более высокий класс точности и используемые для поверки технических манометров.

Класс точности средства измерения - обобщенная характеристика данного типа средств измерений, как правило, отражающая уровень их точности, выражаемая пределами допускаемых основной и дополнительных погрешностей, а также другими характеристиками, влияющими на точность. (РГМ 29-99)

Рассмотрим устройство и принципы действия приборов для измерения избыточного и вакуумметрического давления, примененные в учебной установке.

Простейшим прибором для этих целей является пьезометр (жидкостный мановакуумметр) – вертикальная трубка из прозрачного материала, через стенки которой можно наблюдать уровень жидкости (пьезометр – от греческого «пьеза» – давлю). Во избежание больших погрешностей измерения из-за мениска, внутренний диаметр трубки должен быть не менее 5…8 мм.

Схема измерения избыточного и вакуумметрического давления с помощью пьезометрической трубки представлена на рис.2. Если пренебречь понижением уровней жидкости в емкостях из-за подъема ее в трубке, то, как для избыточного давления (рис.2а), так и для вакуумметрического давления (рис.2б), подсчет производится по одной и той же формуле (4), где hи – соответствует избыточному давлению, а hвак – вакуумметрическому давлению.

а б

Рис.2. Схема измерения.

а – избыточного давления, б – вакуумметрического давления

Пьезометрические трубки обеспечивают высокую точность измерения, однако пределы их применения ограничены приемлемой для данного помещения высотой трубок, поэтому используются при небольших значениях давления.

Для измерения избыточного и вакуумметрического давления в широком диапазоне применяют деформационные приборы, которые имеют простое устройство, компактны и универсальны. Наиболее распространёнными являются манометры избыточного давления и вакуумметры с одновитковой трубчатой пружиной и, в значительно меньшей степени, манометры с мембранной пружиной.

а б в

Рис. 3. Устройство деформационных манометров избыточного давления:

а – трубка Бурдона, б - трубчато - пружинный манометр,

в – мембранный манометр.

На рис. 3 показано устройство манометров избыточного давления с трубчатой и мембранной пружинами. Основным элементом манометра с трубчатой пружиной является изогнутая по окружности полая трубка 1 эллиптического или овального сечения (см. рис.3а, 3б). Большая ось эллипса перпендикулярна радиусу закручивания трубки. По имени изобретателя она называется трубкой или пружиной Бурдона. Трубки Бурдона изготавливаются обычно из латуни, бериллиевой бронзы (до 250 кгс/см2) и из стали (свыше 250 кгс/см2). Один конец предварительно изогнутой трубки Бурдона соединен с держателем, с помощью которого измеряемое давление p подаётся внутрь трубки, а другой свободный заглушенный конец этой трубки через систему тяг 2 связан с зубчатым сектором 3, входящим в зацепление с шестерёнкой 4, на оси которой закреплена стрелка 5. Для устранения «свободного хода» шестеренка подпружинена кольцевой волосковой пружиной 6.

При подаче давления внутрь трубчатой пружины Бурдона (Рис. 3а), под действием внутреннего давления овальное сечение трубки деформируется, стремясь принять форму круга: большая ось овала уменьшается, малая увеличивается. При такой деформации каждого сечения длина одной части (А2В2) материала трубки должна увеличиваться, а другой (А1В1) – уменьшаться. Так как благодаря реакции материала, на возникающие в материале стороны А2В2 - растягивающие напряжения, а в материале стороны А1В1 - сжимающие напряжения, длины дуг А1В1 и А2В2 остаются практически постоянными, и появляется момент М, разгибающий пружину (уменьшающий угол закручивания ), т. е. свободный конец трубки перемещается на некоторое расстояние. Через передаточный механизм перемещение свободного конца трубки передается стрелке, которая поворачивается на некоторый угол пропорциональный давлению, поданному внутрь трубки Бурдона.

Более подробно описание принципа изменения геометрии трубчатой пружины Бурдона, при подаче давления внутрь трубки, смотрите в приложении 2.

Вакуумметр с трубчатой пружиной устроен аналогично трубчато-пружинному манометру избыточного давления. Внутренняя часть пружины Бурдона сообщается с зоной вакуумметрического давления. По степени её деформации определяют величину вакуумметрического давления. Отличие от пружинного манометра избыточного давления – стрелка перемещается в обратном направлении.

Устройство манометра с мембранной пружиной понятно из рис. 3в. Основным элементом является гофрированная мембрана. Под действием избыточного давления p она прогибается. Соответственно прогибу, посредством передаточного механизма, перемещается и стрелка.

Манометры избыточного давления и вакуумметры тарируются в различных единицах давления: килопаскалях, мегапаскалях, барах, технических атмосферах. Несмотря на то, что техническая атмосфера является внесистемной единицей измерения давления, ее применение допустимо в технических измерениях в силу традиций, привычки, а во многих случаях благодаря удобству пользования.

Трубчато - пружинные манометры выпускаются на давления 0,6…10000 кгс/см2, мембранные – не более 25 кгс/см2.

Трубчато - пружинные манометры и вакуумметры, как и другие приборы, различаются по классам точности.

ГОСТ 2405–88 регламентирует для значений класса точности манометров соответствующие пределы основной допускаемой погрешности, определяемой в процентах для манометров и вакуумметров от верхнего предела измерений и для мановакуумметров в процентах от абсолютного значения всего диапазона измерений. По величине основная допускаемая относительная погрешность равна классу манометра.

Таким образом, для манометров МАКСИМАЛЬНАЯ основная ДОПУСТИМАЯ АБСОЛЮТНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ принимается ОДНОЙ ОДИНАКОВОЙ ДЛЯ ВСЕЙ ШКАЛЫ ПРИБОРА, а основная ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ для разных точек шкалы своя и НА КОНЦЕ ШКАЛЫ РАВНА КЛАССУ

МАНОМЕТРА.

Изготовляются так же манометры со шкалой дифференцированной на 3 сектора (0-25%, 25-75%, 75-100%) с различными классами точности. Например, 0,6 – 0,4 - 0,6.

Класс точности прибора обозначается на его циферблате в виде числа; для рассматриваемых приборов – от 0,15 до 4,0.

Пружинные манометры и вакуумметры класса точности 0,6; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0 – технические, деления на них наносятся с обозначением цифр в единицах давления в порядке возрастания, например, от 0 до 10 кгс/см2;

а класса точности 0,15; 0,25; 0,4 - эталонные, шкалы которых разбиты на условные деления, чаще всего на 100 или 250, а на поле циферблата обозначено предельное значение давления, которое соответствует величине шкалы.

5. Краткие сведения о погрешностях

Абсолютной погрешностью измерения называется погрешность, выраженная в единицах измеряемой величины, которая определяется как разность между измеренным значением величины и ее действительным значением :

За действительное значение принимается величина, измеренная наиболее совершенными для настоящего времени средствами измерения.

Погрешности разделяются на систематические и случайные. К систематическим относят такие, которые закономерно повторяются при измерении одной и той же величины в одинаковых условиях (обычно это инструментальные погрешности: погрешности, возникшие в результате износа деталей прибора; отклонения в упругих свойствах; технологические погрешности при изготовлении прибора). Они могут быть учтены или, по крайней мере, уменьшены. Случайные погрешности обусловлены ошибками при наблюдении или погрешностями отсчетов показаний приборов.

Точность снятия отсчетов показаний прибора зависит от размеров шкалы и её градуировки и колеблется от 0,1 до 0,5 цены деления шкалы прибора. Для пьезометров с миллиметровой шкалой отсчет с такой точностью невозможен из-за мениска. Поэтому за максимальную абсолютную погрешность снятия отсчетов пьезометров следует принять величину Δmax = 0,2 см.

Относительной погрешностью измерения δ называется отношение абсолютной погрешности измерения к измеренному или действительному значению измеряемой величины. Относительную погрешность в процентах находят из отношений:

. (6)

6. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

И СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ НИМИ

Согласно международной системе основной единицей измерения давления является паскаль. Кратные единицы: 1 кПа = 103 Па; 1 МПа = 106 Па.

Другие единицы измерения давления:

· техническая атмосфера, ат;

· физическая атмосфера, атм;

· бар;

· psi, фунт-сила на кв. дюйм;

За эквивалент давления, измеренного в натуральную величину, принят мм рт. ст. или м вод. ст.

Соотношения между единицами измерения давления и их эквивалентами в натуральную величину приведены в табл. 1

На практике применяют приближенные значения: 1 атм = 0,1 МПа; 1 МПа = 10 атм.

Нормальное атмосферное давление принято равным 101325 Па (101 кПа) или соответствующим 760 мм рт. ст.

Абсолютное значение вакуума не может превышать 1 кгс/см2.

Табл. 1

Единицы давления
	Паскаль (Pa, Па)	Бар (bar, бар)	Техническая атмосфера (at, ат)	Физическая атмосфера (atm, атм)	Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст., mm Hg, torr, торр)	Метр водяного столба (м вод. ст., m H2O)	Фунт-сила на кв. дюйм (psi)
1 Па	1 Н/м2	10−5	10,197×10−6	9,8692×10−6	7,5006×10−3	1,0197×10−4	145,04×10−6
1 бар	105	1×106 дин/см2	1,0197	0,98692	750,06	10,197	14,504
1 ат	98066,5	0,980665	1 кгс/см2	0,96784	735,56	10	14,223
1 атм	101325	1,01325	1,033	1 атм	760	10,33	14,696
1 мм рт. ст.	133,322	1,3332×10−3	1,3595×10−3	1,3158×10−3	1 мм рт. ст.	13,595×10−3	19,337×10−3
1 м вод. ст.	9806,65	9,80665×10−2	0,1	0,096784	73,556	1 м вод. ст.	1,4223
1 psi	6894,76	68,948×10−3	70,307×10−3	68,046×10−3	51,715	0,70307	1 lbf/in2

7. УЧЕБНАЯ УСТАНОВКА

Учебная установка (рис.4) включает в себя нижнюю герметичную ёмкость 1 объёмом 25 дм3, разделенную перегородкой на два отсека, в одном из которых находится вода, а в другом – минеральное масло. Верхняя герметичная ёмкость 6 объёмом 22 дм3 также разделена на два отсека. С отсеками ёмкости 1 и 6 соединены посредством резиновых трубок пьезометры 8. К нижней ёмкости 1 присоединен эталонный манометр М со шкалой на 1 кгс/см2, класса точности 0,4; к верхней ёмкости 6 – эталонный вакуумметр В того же класса точности. К ёмкости 1 через трубку 3 подключается нагнетательный штуцер воздушного насоса Комовского 2. Трубка 3 при открывании крана 4 сообщается с атмосферой. К штуцеру линии разряжения (всасывания) насоса Комовского 2 через трубку 5 присоединена верхняя герметичная ёмкость 6. При открывании крана 7 трубка 5 сообщается с атмосферой.

Отсчет показаний пьезометров 8 ведется от уровня воды и масла в нижней ёмкости 1, который одинаков и принят за ноль.

Рис. 4. Схема учебной установки «Гидростатика ГС–01»

8. ОХРАНА ТРУДА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ

ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

8.1. Не загромождайте рабочее место около установки.

8.2. Не опирайтесь на стеклянные трубки пьезометров.

8.3. Будьте осторожны при вращении рукоятки маховика воздушного насоса Комовского, не заденьте свободную руку вращающимся маховиком. Перед началом вращения маховика убедитесь, что близко от него нет людей, которые могли бы случайно занести руки в район вращения маховика.

8.4. При снятии показаний в верхней части пьезометров используйте надёжную подставку.

8.5. Следите за отсутствием течи воды и масла у пьезометров, а также течи масла у воздушного насоса.

8.6. Приступайте к выполнению лабораторной работы после прохождения инструктажа по «Инструкции по охране труда при работе студентов на учебных установках в лаборатории гидравлики и гидромашин. ИОТ–225–2012», изучения настоящих методических указаний к лабораторной работе, руководства по эксплуатации учебной установки «Гидростатика ГС–01».

8.7. Не работайте на неисправной учебной установке, не ремонтируйте учебную установку.

8.8. Работы проводятся студентами с разрешения преподавателя или учебного мастера и в их присутствии.

9. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

9.1. Расположение органов управления и измерительных приборов приведено на рис.5.

9.2. Подготовка к работе.

9.2.1. Изучите конструкцию воздушного насоса Комовского

(см. приложение 1).

9.2.2. Ознакомьтесь с устройством и основными элементами управления и приборами измерения учебной установки «Гидростатика ГС-01».

9.2.3. Подготовьте черновой вариант таблицы для записи опытных данных (табл. 2).

9.2.4. Распределите обязанностей между членами бригады. Обязанности следующие:

§ приведение в действие насоса Комовского и переключение кранов 4 и 7;

§ снятие показаний с пьезометров, манометра или вакуумметра;

§ запись опытных данных.

9.2.5. Проверьте, что рабочее место установки не загромождено и нормально освещено.

9.2.6. Проверьте, что стрелки приборов стоят на нулевых отметках шкал.

Рис. 5. Общий вид учебной установки «Гидростатика ГС-01»

9.3. Проведение работы. Снятие показаний необходимо производить одновременно со всех приборов по команде бригадира «Отсчет!». Снимается три точки при избыточном давлении и три при вакуум - метрическом давлении. Работа выполняется в следующем порядке: 9.3.1. Открыть кран 7 и закрыть кран 4. 9.3.2. Вращением рукоятки насоса 2 по часовой стрелке создать в ёмкости 1 избыточное давление, соответствующее 28…30 делениям на манометре М. Выждать 1…2 мин, пока прекратится подъём жидкостей в пьезометрах и уровни в них стабилизируются. 9.3.3. Снять показания манометра М в делениях, уровни водяного и масляного столбов в пьезометрах в сантиметрах.

Примечание.

Показания манометра снимаются с точностью 0,25 деления шкалы. При отсчете глаз должен устанавливаться в положение, при котором луч зрения наблюдателя перпендикулярен к плоскости циферблата прибора и проходит через конец указательной стрелки, который установлен на ребро в виде лезвия.

Показания пьезометров снимаются в сантиметрах с точностью 0,2 см. При отсчете показаний пьезометра, глаз наблюдателя должен находиться на уровне мениска жидкости.

9.3.4. Увеличить избыточное давление вращением рукоятки насоса 2 до 32…34 делений по манометру М. Выждать до стабилизации показаний приборов и снять показания.

9.3.5. Довести показания манометра М до 36…38 делений, но не более. Выждать до стабилизации показаний приборов и снять показания.

9.3.6. Открыть кран 4, дать жидкостям пьезометров стечь в нижнею емкость и закрыть кран 7.

9.3.7. Вращением рукоятки насоса 2 по часовой стрелке создать в ёмкости 6 вакуумметрическое давление, соответствующий 28…30 делениям на вакуумметре В. Выждать до стабилизации показаний приборов и снять показания.

9.3.8. Увеличить вакуумметрическое давление до 32…34 делений по вакуумметру В. Выждать до стабилизации показаний приборов и снять показания.

9.3.9. Довести вакуумметрическое давление в ёмкости 6 до величины, соответствующей 36…38 делениям по вакуумметру В, но не более. Выждать до стабилизации показаний приборов и снять показания.

9.3.10. После окончания опытов открыть кран 7.

10. ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

10.1. Определение погрешностей измерений избыточного и вакуумметрического давления пьезометрами, принимая за действительные величины показания манометра избыточного давления и вакуумметра.

Обработка опытных данных производится в табличной форме. В графе 1 (таблица 2) записываются значения избыточного и вакуумметрического давления в делениях шкал, снятые с манометра и вакуумметра, в графах 3 и 8 – показания пьезометра с водой hв и пьезометра с маслом hм в сантиметрах.

Для заполнения графы 2 предварительно необходимо определить цены делений манометра и вакуумметра, исходя из количества делений, обозначенных на шкалах, и пределов измерений, указанных на полях циферблатов. Графы 4 и 9 – расчетные значения избыточного и вакуумметрического давления, полученные на основании показаний (pпв) пьезометра с водой и (pпм) пьезометра с маслом, в  Н/м2; графы 5 и 10 – величины граф 4 и 9, переведенные в кгс/см2. Абсолютная погрешность Δpпв пьезометра с водой и Δpпм пьезометра с маслом (графы 6 и 11) определяются как разность давления p по показаниям манометра (вакуумметра) и соответствующих расчетных величин давления pпв по пьезометру с водой и давления Pпм по пьезометру с маслом, взятых по модулю. В графах 7 и 12 записываются значения относительной погрешности δпв пьезометра с водой и относительной погрешности δпм пьезометра с маслом в процентах.

10.2. Определить какой из приборов учебной установки при проведении экспериментов давал наиболее точные, а какой – наименее точные результаты измерении давления: пружинный манометр класса 0,4 с пределом измерения 1 кгс/см2, пьезометр с водой, пьезометр с маслом.

Для чего вычислить абсолютную и относительную погрешности всех трех приборов при измерении избыточного давления в пределах проведенных измерений

0,3 кгс/см2, принимая при этом, что отсутствуют погрешности нанесения шкал пьезометров и погрешности измерений плотностей воды и масла:

- для манометра вначале находится по формуле (6) допустимая (максимальная) абсолютная погрешность измерения Δpм манометром, зная относительную погрешность измерения для предельного значения шкалы, а затем вычисляется относительная погрешность δм при измерении избыточного давления 0,3 кгс/см2 по той же формуле;

- для пьезометров необходимо перевести избыточное давление 0,3 кгс/см2 в паскали, затем по формуле (4) вычислить высоты столбов жидкостей и, зная погрешность измерения этих высот Δmax = 0,2 см, вычислить по формуле (6) относительные погрешности измерения высот столбов жидкостей, что соответствует относительным погрешностям измерения давления. Теперь, зная относительные погрешности измерения давления δпв и δпм пьезометрами, находятся абсолютные погрешности этих измерений Δpпв и Δpпм в кгс/см2.

Записать полученные результаты (Δpм, δм; Δpпв, δпв; Δpпм, δпм).

Сделать выводы:

- какой прибор измерения давления учебной установки, при проведении экспериментов, давал более точные результаты;

- какая максимальная основная относительная погрешность теоретически допустима в эксперименте (δм+ δпв; δм+ δпм), при его качественном проведении.

10.3. Проанализировать полученные результаты экспериментов, учитывая допускаемые основные погрешности приборов (вычисленные в пункте 10,2).Если все результаты экспериментов имеют относительные погрешности меньше теоретически допустимых, то измерения в эксперименте были проведены качественно, а если погрешности измерений получились больше, то назовите возможные причины дополнительных погрешностей измерений разными приборами, возникшие при проведении экспериментов. Сформулируйте и запишите в отчет выводы.

11. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

Отчет, оформляемый каждым студентом, должен содержать:

– цель работы;

– основные формулы и зависимости и краткие пояснения к ним;

– схему установки, аккуратно выполненную простым карандашом (при отсутствии бланка отчета);

– таблицу с результатами обработки опытных данных;

– выводы по работе.

12. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

12.1. Что такое абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давление?

12.2. Что такое техническая атмосфера? Какова связь этой единицы измерения давления с МПа, баром?

12.3. Скольким метрам водяного столба соответствует техническая атмосфера?

12.4. Что такое абсолютная погрешность?

12.5. Что такое относительная погрешность?

12.6. Что такое систематическая и случайная погрешности?

12.7. Что такое класс точности прибора?

12.8. Какой способ измерения давления более точный: с помощью пружинного образцового манометра класса точности 0,4, с помощью пьезометра с водой или пьезометра с маслом?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Башта , гидромашины и гидроприводы: учебник для втузов / и др. – Москва: Альянс, 2010. – 423 с.

2. Гориславец задач с примерами гидравлических расчетов по «Гидростатике»: лабораторные работы и приборы измерений в гидравлике. / . – Березники: «Типография купца Тарасова», 2007. – 234 с.

3. Шейпак и гидропневмопривод. Учебник для вузов в 2 ч. – Ч1. Основы механики жидкости и газа / и др. – М. МГИУ, 2007г. – 263 с.

4. ГОСТ 8.271 – 77 Средства измерения давления. Термины и определения.

5. ГОСТ 2405 – 88 Манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры. Общие технические условия.

6. Межгосударственные рекомендации РМГ 29-99. Метрология. Основные термины и определения.

Плотность воды ρв = 1000 кг/м3; плотность масла ρм = 900 кг/м3; g = 9,8066 м/с2. Табл. 2

давление	№ опыта	p	p	hв	pпв = ρвghв	pпв	Δ pпв = |p–pпв|	δпв = (Δpпв/pпв)´100	hм	pпм = ρмghм	pпм	Δpпм= |P–Pпм|	δпм = (Δpпм/pпм)´100
манометр/ вакуумметр.	пьезометр с водой	пьезометр с маслом
дел.	кгс/см2	см	Н/м2	кгс/см2	кгс/см2	%	см	Н/м2	кгс/см2	кгс/см2	%
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
Избыточ-ное	1
2
3
Вакууммет- рическое	4
5
6

P = 0,3 кгс/см2; погрешности измерения манометром Δpм = кгс/см2, δм = %;

погрешности измерения пьезометром с водой Δpпв = кгс/см2, δпв = %;

погрешности измерения пьезометром с маслом Δpпм = кгс/см2, δпм = %

Приложение 1

НАСОС ВАКУУМНЫЙ КОМОВСКОГО

1. Назначение

Насос предназначен для создания разрежения и нагнетания воздуха в сосудах.

2. Технические характеристики.

Габаритные размеры в упаковке (дл.*шир.*выс.), см …24*17*30
Вес, кг, не более……………………………………………..……8,0
Разрежение, создаваемое насосом, Па…… …….…до 39,99
Избыточное давление, создаваемое насосом, МПа………...…..0,4

3. Устройство и действие насоса.

Насос (Рис. 6) состоит из цилиндра Ц, внутри которого движется вверх и вниз поршень П, приводимый в движение с помощью кривошипа К и шатуна Ш. К нижнему отверстию цилиндра с помощью пружины прижимается дно Д, которое одновременно служит и клапаном. При верхнем положении поршня (Рис. 6а) открывается боковое отверстие О, прорезанное в цилиндре и сообщающееся с трубкой В, которая соединяется во время опыта с разрежаемым пространством.

Вся система цилиндра с поршнем помещается в сосуд, наполненный маслом. Ход поршня рассчитан таким образом, что при своем нижнем положении (Рис. 6б), поршень нажимает на клапан – дно, открывает его и сам некоторой своей частью выходит в пространство с маслом.

Работа насоса происходит по принципу отсечки: во время хода поршня вверх между ним и дном цилиндра образуется разреженное пространство, куда входит воздух в тот момент, когда поршень дойдет до начала бокового отверстия О. При обратном движении поршень закрывает это боковое отверстие в цилиндре и таким образом отсекает вошедший воздух, сдавливая его и выталкивает в пространство с маслом.

Воздух выходит наружу через ниппель Н.

Таким образом, при вращении маховика воздух засасывается через ниппель В (при положении поршня, очень близком к верхней мертвой точке) и нагнетается через ниппель Н при движении поршня вниз.

а б

Рис. 6 Устройство насоса вакуумного Комовского.

Приложение 2

Принцип изменения геометрии трубчатой пружины Бурдона,

при подаче давления внутрь трубки.

Рассмотрим более подробно принцип изменения геометрии трубчатой пружины Бурдона, при подаче давления внутрь трубки (Рис. 7). Под действием внутреннего давления овальное сечение трубки деформируется, стремясь принять форму круга: большая ось овала уменьшается, малая увеличивается (Рис. 7а). При такой деформации каждого сечения длина одной части (А2В2) материала трубки должна увеличиваться, а другой (А1В1) – уменьшаться. Так как благодаря реакции материала, на возникающие в материале стороны А2В2 - растягивающие напряжения, а в материале стороны А1В1 - сжимающие напряжения, длины дуг А1В1 и А2В2 остаются практически постоянными, и появляется момент М (рис. 7а), разгибающий пружину (уменьшающий угол закручивания ) (рис. 7б), т. е. свободный конец трубки перемещается на некоторое расстояние.

а б

Рис.7. Схема изменения геометрии чувствительного

элемента трубчато – пружинного манометра.

Если r1 – радиус ОВ1; r2 – радиус ОВ2; – малая ось эллипса трубки;

– угол закручивания трубки; , , и – размеры трубки до деформации и соответственно , , и – те же размеры после деформации, а т. к. длины дуг А1В1 и А2В2 остаются практически постоянными, будем иметь: и .

Вычитая из второго уравнения первое, получим: .

Так как и , то уравнение примет вид: .

После деформации трубки , следовательно , т. е. под воздействием измеряемого давления трубчатая пружина манометра уменьшает свою кривизну, раскручиваясь в определенном направлении на угол (рис. 7б). Изменение угла закручивания трубки вызывает перемещение её свободного конца, связанного при помощи передаточного механизма со стрелкой 5 прибора (рис. 3б), показывающей величину избыточного давления.

Уменьшение угла закручивания трубки манометра пропорционально начальному значению этого угла, увеличению малой оси сечения трубки и обратно пропорционально величине малой оси после раскручивания трубки, т. е. после её деформации под действием измеряемого давления.

.