Apsolutni i manometarski pritisak. Vakuum

m vode. Art. \u003d -0,4 at.

Bukvalno, može se pisati

, gdje .

Odavde – visina vakuuma,

gdje p 0 /+h A \u003d p A / je visina koja odgovara apsolutnom hidrostatičkom pritisku u tački ALI:

m vode. Art.

Znak minus označava da je pritisak u cilindru koji se razmatra ALI manji od atmosferskog za 0,4 atm, a tekućina u njemu je komprimirana pod pritiskom od 0,6 atm, stoga ne doživljava vlačna naprezanja.

Nedostatak apsolutnog pritiska u odnosu na atmosferski pritisak naziva se vakuum (od latinskog vakuum− razrjeđivanje). Visina stupca tečnosti koji mjeri vakuum naziva se visina vakuuma i označava se sa:

. (2.20)

Iz izraza (2.20) proizilazi da vakuum može varirati od 10 m vode. Art. (1at) na nulu.

Instrumenti za mjerenje vakuuma nazivaju se vakuum mjerači ili inverzni pijezometri.

Zamislite tečnost u zatvorenom rezervoaru sa pritiskom na slobodnu površinu p0(Sl. 6). U ovom rezervoaru biramo dve proizvoljne tačke ALI i AT i pričvrstite pijezometar na svaki od njih. Da bismo uporedili vrednosti, biramo ravan poređenja (red 0-0). Označite koordinate (oznake) tačaka ALI i AT u odnosu na ravan poređenja 0-0 kroz z A i z B. Ako je višak hidrostatskog pritiska na ovim tačkama, respekt p A i p B, zatim pijezometrijske visine u pijezometrima povezanim sa tačkama ALI i AT odnosno biće jednaki p A / i p B / .

Visina sume Z A + p A / ili Z B \u003d p B / nazivaju se hidrostatička glava u datoj tački u fluidu u odnosu na odabranu ravan poređenja 0–0. Prema jednačini (2.21), ove sume su jedna drugoj. Dakle, za datu zapreminu tečnosti, hidrostatička glava u odnosu na izabranu ravan poređenja je konstantna vrednost, tj.

Ako do bodova ALI i AT spojite cijevi zatvorene na vrhu, iz kojih se evakuira sav zrak, tada se tekućina u tim cijevima diže više nego u pijezometrima do visine p a / odgovara atmosferskom pritisku.

Visina porasta nivoa tečnosti u zatvorenoj cevi će izraziti apsolutni hidrostatički pritisak na tački na koju je cev povezana.

Postoje sljedeće vrste tlaka: barometarski, apsolutni, manometarski i vakuumski.

barometrijski(ili atmosferski) pritisak str b ovisi o lokaciji iznad razine mora i vremenskim prilikama. Normalni barometarski pritisak se uzima kao 760 mm Hg. Art., što odgovara 101325 Barometarski pritisak opada sa visinom. U dubokim rudnicima, barometarski pritisak je mnogo veći nego na nivou mora.

Pritisak izračunat iz omjera
, zove se apsolutno.

Apsolutni pritisak u nekoj tački jednak je zbiru pritiska spoljašnje površine i pritiska težine.

Ako se barometarski pritisak primjenjuje na slobodnu površinu str b, tj str b =p o a osnovnu jednačinu hidrostatike prepisujemo kao

.

Pritisak
se zove mjerilo ili višak. dakle, manometrijski pritisak je razlika između apsolutnog pritiska str a i barometrijski str b, ako str a > R b .

Ako je u datoj tački tečnosti apsolutni pritisak manji od barometarskog pritiska, tada se razlika između barometarskog i apsolutnog pritiska naziva vakuum mjerač pritisak str wack .

Sta ako str a < R b, onda

.

Apsolutni pritisak ne može biti negativan, tako da vakuumski pritisak ne može biti veći od barometarskog pritiska.

6.5. Instrumenti za mjerenje tlaka

Instrumenti za mjerenje barometarskog tlaka su barometri različitih izvedbi.

Manometar se koristi za mjerenje manometarskog tlaka. Manometarski pritisak se može meriti visinom stuba tečnosti. Posuda je napunjena tečnošću gustine r. Pritisak slobodne površine str o > R b .

Neka je potrebno izmjeriti pritisak na nivou 1-1. Ako se napravi rupa na ovom nivou i na nju je pričvršćena staklena cijev P, tada će se tekućina u ovoj cijevi podići pod pritiskom do određene visine h.

Pronađite omjer između 1 , 1 m vode. st. i 1 mmHg st.

U visini vodenog stuba h= 1 m pritisak

.

Na visini živinog stuba h = 1 mm pritisak

Vakum mjerač se koristi za mjerenje vakuumskog tlaka. Pretpostavimo da je potrebno izmjeriti vakuumski pritisak zraka u posudi S, tj. vrijednost
, gdje str a je apsolutni pritisak u posudi.

Pričvrstite zakrivljenu cijev na posudu, spuštenu u tekućinu.

,

.

Pritisak vakuuma će odgovarati visini dizanja
tečnost u zakrivljenoj cevi iznad nivoa u rezervoaru.

6.6. Sila pritiska fluida na ravan zid

Hidrostatički pritisak je sistem paralelnih sila koje deluju u jednom pravcu i okomito na ravan zidova (slika 21).

uzeti ishodište koordinata u ravni redukovanog nivoa na liniji ukrštanja sa ravninom lokacije, uzimajući liniju ukrštanja kao os oy 1 i usmjeravanje ose oz 1 okomito dolje, osim toga, u ravnini mjesta, uzimamo pomoćne osi oyivol, kombinovanje oy 1 i oy.

,

.

.

Posljednji integral jednak je površini stranice S pomnoženo sa koordinatom težišta z 1c

.

Posao
izražava zapreminu cilindričnog stuba sa bazom S i visina z 1c i dolazimo do zaključka kakav pritisak teška tečnost na ravnoj površini mjereno težinom cilindrični stub ove tečnosti, koji bi se nalazio iznad platforme ako leži vodoravno na dubini svoje centar gravitacije.

Posude različitog oblika, ali iste površine dna, ispunjene tečnošću do iste visine H, imaju istu silu pritiska na dno (Sl. 22).

Primjenom osnovne jednadžbe hidrostatike za dvije tačke, od kojih se jedna nalazi na slobodnoj površini, dobijamo:

gdje R 0 je pritisak na slobodnoj površini;

z 0 – z = h– tačkasta dubina uranjanja ALI.

Iz toga proizilazi da se pritisak u tečnosti povećava sa dubinom uranjanja i formule apsolutni hidrostatički pritisak u tački tečnosti u mirovanju ima oblik:

. (3.10)

Često je pritisak na slobodnoj površini vode jednak atmosferskom pritisku. R 0 = p at, u ovom slučaju apsolutni pritisak je definisan kao:

ali zovu nadpritisak i označiti R izb.

Višak tlaka definira se kao razlika između apsolutnog i atmosferskog tlaka:

at p 0 = p at:

.

Apsolutni hidrostatički pritisak može biti manji od atmosferskog, ali je uvek veći od nule. Višak pritiska može biti veći ili manji od nule.

pozitivno nadpritisak pozvao manometarski pritisak p man:

Manometarski tlak pokazuje koliko apsolutni tlak premašuje atmosferski (slika 3.7).

Negativni nadpritisak se naziva vakuum pritisak p vac:

Vakumski pritisak pokazuje koliko je apsolutni pritisak ispod atmosferskog.

U praksi, najveći vakuum u tečnosti je ograničen pritiskom pare zasićenja tečnosti na datoj temperaturi.

Grafički ilustrujmo odnos između apsolutnog, manometarskog i vakuumskog pritiska (vidi sliku 3.7).

Zamislite ravan, u svim tačkama u kojoj je apsolutni pritisak r abs= 0 (linija 0-0 na sl. 3.7). Iznad ove ravni, na udaljenosti koja odgovara atmosferskom pritisku, nalazi se ravan u čijim se svim tačkama r abs=p at(red AA). Dakle, linija 0-0 je baza za očitavanje apsolutnog pritiska, i linija AA - baza za očitavanje mano tlaka i vakuuma.

Ako u tački With r abs (With) veća je od atmosferske, tada je udaljenost od tačke With do linije AA biće jednak manometarskom pritisku p m(C) dot With. Ako u tački D apsolutni pritisak tečnosti p abs(D) manje od atmosferskog, tada udaljenost od tačke D do linije AA odgovaraće vakuumskom pritisku p(vac)D u tački D.

Instrumenti za mjerenje hidrostatskog tlaka mogu se podijeliti u dvije grupe: tečnost i mehanički. Uređaji za mjerenje tlaka tekućine temelje se na principu komuniciranja posuda.

Najjednostavniji instrument za mjerenje pritiska tekućine je pijezometar. Pijezometar je prozirna cijev prečnika od najmanje 5 mm (da bi se izbjegla kapilarnost). Jedan kraj je pričvršćen za posudu u kojoj se mjeri pritisak, a drugi kraj je otvoren. Shema instalacije pijezometra prikazana je na sl. 3.8, a.

Apsolutni pritisak u posudi u tački With veza pijezometra u skladu sa formulom (3.10 *) je:

gdje h str je visina podizanja tekućine u pijezometru (piezometrijska visina).

Iz jednačine (3.11) nalazimo da:

.

Rice. 3.8. Šema ugradnje pijezometara: a - za mjerenje pritiska u tački
pristupanja; b - za mjerenje tlaka u posudi iznad slobodne površine

Dakle, visina dizanja tekućine u pijezometru je određena viškom (manomjernog) pritiska u tački With. Mjerenjem visine dizanja tekućine u pijezometru moguće je odrediti višak tlaka na mjestu njegovog pričvršćenja.

Pijezometar može mjeriti pritisak R 0 u posudi iznad slobodne površine. Tačkasti pritisak With:

, (3.12)

gdje h C– tačkasta dubina uranjanja With u odnosu na nivo tečnosti u posudi.

Iz jednačina (3.11) i (3.12) nalazimo:

U ovom slučaju, radi lakšeg utvrđivanja razlike h p - h C Shema instalacije pijezometra može biti kao na sl. 3.8, b.

Pijezometar je vrlo osjetljiv i precizan instrument, ali je pogodan samo za mjerenje niskih pritisaka; pri visokim pritiscima cijev pijezometra se ispostavi da je pretjerano duga, što otežava mjerenja. U tim slučajevima, tzv manometri za tečnost, u kojem se pritisak ne balansira istom tečnošću kao tečnost u posudi, kao što je slučaj u pijezometru, već većom tečnošću specifična gravitacija; obično je ova tečnost živa. Budući da je specifična težina žive 13,6 puta veća od specifične težine vode, pri mjerenju istih pritisaka cijev živinog manometra je mnogo kraća od pijezometrijske cijevi, a sam uređaj je kompaktniji.

živin manometar(sl. 6.3) obično je staklena cijev u obliku slova U, čije je zakrivljeno koljeno ispunjeno živom. pod pritiskom R u posudi se nivo žive u lijevom koljenu manometra smanjuje, au desnom raste. U ovom slučaju, hidrostatički pritisak u tački ALI, uzeto na površini žive u lijevom koljenu, po analogiji s prethodnim, određuje se na sljedeći način:

gdje je r dobro i r rt su gustine tečnosti u posudi i žive, respektivno.

U slučajevima kada je potrebno meriti ne pritisak u posudi, već razliku pritisaka u dve posude ili na dve tačke tečnosti u istoj posudi, primeniti diferencijalni manometri. Diferencijalni manometar pričvršćen na dvije posude ALI i AT, prikazano na sl. 3.10. Evo zbog pritiska R na nivou površine žive u levom kolenu imamo:

ili, pošto

Dakle, razlika tlaka je određena razlikom u nivou u dva koljena diferencijalnog manometra.

Za poboljšanje tačnosti mjerenja, kao i prilikom mjerenja niskih pritisaka, mikromanometri.

Mikromanometar se sastoji od rezervoara ALI spojen na posudu u kojoj se mjeri tlak i manometrijsku cijev AT,ugao nagiba α do horizonta koji se može promeniti. Jedan od dizajna mikromanometra, takozvani kosi mikromanometar, prikazan je na sl. 3.11.

Rice. 3.11. Mikromanometar

Pritisak na dnu cijevi, mjeren mikromanometrom, daje se kao:

Mikromanometar ima veću osjetljivost, jer omogućava umjesto male visine h računaj dužinu l veći od manji ugao a.

Za mjerenje tlaka manjeg od atmosferskog (u posudi postoji vakuum), uređaji su tzv vakuum mjerači. Međutim, vakuum mjerači obično ne mjere direktno pritisak, već vakuum, odnosno nedostatak pritiska na atmosferski pritisak. U osnovi, oni se ne razlikuju od živinih manometara i predstavljaju zakrivljenu cijev ispunjenu živom (slika 3.12), čiji jedan kraj ALI spaja na plovilo AT gde se meri pritisak R i drugi kraj With otvoren. Neka, na primjer, izmjerimo pritisak plina u posudi AT, u ovom slučaju dobijamo:

,

koji odgovara vakuumu u posudi naziva se visina vakuuma i označiti h wack.

Kada je potrebno izmjeriti visoke pritiske, koriste se uređaji druge vrste - mehanički. Najviše se koristi u praksi opružni manometar(Sl. 3.13, a). Sastoji se od šuplje tankozidne savijene mesingane cijevi (opruge) ALI, čiji je jedan kraj zapečaćen i povezan lancem AT geared With; drugi kraj cijevi - otvoreni - komunicira sa posudom u kojoj se mjeri pritisak. Kroz ovaj kraj u cijev ALI tečnost ulazi. Pod dejstvom pritiska, opruga se delimično ispravlja i pomoću zupčastog mehanizma pokreće strelicu po čijem odstupanju se ocenjuje vrednost pritiska. Takvi manometri su obično opremljeni graduiranom skalom koja pokazuje tlak u atmosferi, a ponekad su opremljeni i rekorderima.

Osim toga, postoje i tzv membranski manometri(Sl. 3.13, b), u kojem tekućina djeluje na tanku metalnu (ili gumiranu) ploču - membranu. Rezultirajuća deformacija membrane se putem sistema poluga prenosi na strelicu koja pokazuje količinu pritiska.

Rice. 3.13. proljeće ( a) i membrana ( b) manometri

nijedan moderna zgrada ne može bez sistema grijanja. I za nju stabilno i siguran rad potrebna je precizna kontrola pritiska rashladne tečnosti. Ako je pritisak stabilan unutar hidrauličke krivulje, sistem grijanja radi normalno. Međutim, kada se poveća, postoji opasnost od pucanja cjevovoda.

Smanjenje tlaka također može dovesti do takvih negativnih posljedica kao što je, na primjer, stvaranje kavitacije, odnosno stvaranje mjehurića zraka u cjevovodu, što zauzvrat može uzrokovati koroziju. Dakle podrška normalan pritisak izuzetno neophodno, a zahvaljujući manometru to postaje moguće. Osim sistemi grijanja Ovi uređaji se koriste u raznim oblastima.

Opis i namena manometra

Manometar je uređaj koji mjeri nivo pritiska. Postoje vrste mjerača tlaka koji se koriste u raznim industrijama i, naravno, za svaki od njih je dizajniran drugačiji mjerač tlaka. Na primjer, možete uzeti barometar - uređaj dizajniran za mjerenje pritiska atmosfere. Široko se koriste u mašinstvu, poljoprivreda, u građevinarstvu, industriji i drugim oblastima.

Ovi uređaji mjere pritisak, a ovaj koncept je barem labav, a i ova količina ima svoje varijante. Da biste odgovorili na pitanje koji tlak pokazuje mjerač tlaka, vrijedno je razmotriti ovaj pokazatelj u cjelini. Ovo je veličina koja određuje omjer sile koja djeluje po jedinici površine površine, okomito na ovu površinu. Skoro bilo koji tehnološki proces popraćeno ovom vrijednošću.

Vrste pritiska:

Za mjerenje svake od navedenih vrsta indikatora postoje određene vrste mjerača tlaka.

Tipovi manometara razlikuju se na dva načina: po vrsti indikatora koji mjere i po principu rada.

Prema prvoj osobini dijele se na:

Oni rade na principu balansiranja razlike pritisaka određenom silom. Stoga je uređaj mjerača tlaka različit, ovisno o tome kako se točno ovo balansiranje događa.

Prema principu djelovanja, dijele se na:

Po dogovoru postoje takve vrste manometara kao što su:

Uređaj i princip rada

Manometar može imati drugačiji dizajn zavisno od vrste i namjene. Tako, na primjer, uređaj koji mjeri pritisak vode ima prilično jednostavan i razumljiv dizajn. Sastoji se od tijela i skale s točkićem koji prikazuje vrijednost. Telo ima ugrađenu cevastu oprugu ili membranu sa držačem, trippy-sector mehanizam i elastični element. Uređaj radi na principu izjednačavanja pritiska usled sile promene oblika (deformacije) membrane ili opruge. A deformacija, zauzvrat, pokreće osjetljivi elastični element, čije je djelovanje strelicom prikazano na skali.

Manometri za tečnost sastoji se od dugačke cijevi koja je napunjena tekućinom. U cijevi sa tekućinom nalazi se pokretni čep na koji djeluje radni medij; silu pritiska treba mjeriti u zavisnosti od kretanja nivoa tečnosti. Manometri mogu biti dizajnirani za mjerenje razlike, takvi uređaji se sastoje od dvije cijevi.

klip - sastoji se od cilindra i klipa koji se nalaze unutra. Radni medij u kojem se mjeri tlak djeluje na klip i balansira se opterećenjem određene veličine. Kada se indikator promijeni, klip će se pomaknuti i pokrenuti strelicu koja pokazuje vrijednost tlaka.

Toplotno provodljiv sastoje se od filamenata koji se zagrijavaju kada se kroz njih prođe električno pražnjenje. Princip rada takvih uređaja temelji se na smanjenju toplinske provodljivosti plina pod pritiskom.

Pirani manometar nazvan po Marcellu Pirani, koji je prvi dizajnirao uređaj. Za razliku od toplinskih provodnika, sastoji se od metalnog ožičenja, koje se također zagrijava tijekom prolaska struje kroz njega i hladi pod utjecajem radnog medija, odnosno plina. Kada se pritisak gasa smanji, efekat hlađenja se takođe smanjuje, a temperatura ožičenja se povećava. Veličina se mjeri mjerenjem napona u žici dok struja teče kroz nju.

Ionizacija su najosetljiviji uređaji koji se koriste za izračunavanje niskih pritisaka. Kao što naziv uređaja govori, njegov princip rada zasniva se na mjerenju jona, koji nastaju kada elektroni djeluju na plin. Broj jona zavisi od gustine gasa. Međutim, joni imaju vrlo nestabilnu prirodu, što direktno ovisi o radnom mediju plina ili pare. Stoga se za pojašnjenje koristi drugačiji tip McLeod manometra. Preciznost se dešava upoređivanjem indikatora jonizacionog manometra sa očitanjima McLeod uređaja.

Postoje dvije vrste jonizacijskih uređaja: topla katoda i hladna katoda.

Prvi tip, koji je dizajnirao Bayard Allert, sastoji se od elektroda koje rade u triodnom modu, a filament djeluje kao katoda. Najčešći tip vruće katode je jonski manometar, u koji je pored kolektora, filamenta i rešetke ugrađen i mali kolektor jona. Takvi uređaji su vrlo ranjivi, lako mogu izgubiti kalibraciju, ovisno o uvjetima rada. Stoga su očitavanja ovih instrumenata uvijek logaritamska.

Hladna katoda takođe ima svoje varijante: integrisani magnetron i Peningov merač. Njihova glavna razlika leži u položaju anode i katode. U dizajnu ovih uređaja nema filamenta, pa im je za rad potreban napon do 0,4 kW. Upotreba ovakvih uređaja nije efikasna pri niskim nivoima pritiska. Jer oni jednostavno ne mogu zaraditi i ne upaliti se. Princip njihovog rada zasniva se na stvaranju struje, što je nemoguće u nedostatku gasa, posebno za Peningov mjerač. Budući da uređaj radi samo u određenom magnetnom polju. Potrebno je kreirati željenu putanju jona.

Označavanje u boji

Manometri koji mjere pritisak plina imaju kućišta u boji, posebno su ofarbana razne boje. Postoji nekoliko osnovnih boja koje se koriste za bojenje trupa. Kao, na primjer, manometri koji mjere pritisak kiseonika imaju kućište plava boja sa simbol O2, mjerači pritiska amonijaka imaju obojeno kućište žuta, acetilen - bijele boje, vodonik - tamno zelena, hlorid - siva. Instrumenti koji mjere pritisak zapaljivih plinova obojeni su crvenom bojom, a negorivi - crnom bojom.

Prednosti korišćenja

Prije svega, vrijedno je napomenuti svestranost manometra, koji se sastoji u sposobnosti kontrole tlaka i održavanja na određenom nivou. Drugo, uređaj vam omogućava da dobijete precizne pokazatelje norme, kao i odstupanja od njih. Treće, dostupnost gotovo svako može priuštiti kupovinu ovog uređaja. Četvrto, uređaj može raditi stabilno i nesmetano dugo vremena i ne zahtijeva posebnim uslovima ili vještine.

Upotreba ovakvih uređaja u oblastima kao što su medicina, hemijska industrija, mašinska i automobilska industrija, pomorski transport i ostalo što zahteva preciznu kontrolu pritiska, uveliko olakšava rad.

Klasa tačnosti instrumenta

Postoji mnogo manometara, a svakom tipu je dodeljena određena klasa tačnosti u skladu sa zahtevima GOST-a, koji se odnosi na dozvoljenu grešku, izraženu u postotak do mjernog opsega.

Postoji 6 klasa tačnosti: 0,4; 0,6; jedan; 1.5; 2.5; 4. Za svaki tip manometra, oni se također razlikuju. Gornja lista se odnosi na radne manometare. Za opružni uređaji, na primjer, korespondiraju sledeće indikatore 0,16; 0,25 i 0,4. Za klip - 0,05 i 0,2 i tako dalje.

Klasa tačnosti je obrnuto proporcionalna prečniku skale instrumenta i vrsti instrumenta. Odnosno, ako je promjer skale veći, tada se smanjuje točnost i greška manometra. Klasa tačnosti je konvencionalno označena sljedećim latiničnim slovima KL, možete upoznati i CL, što je naznačeno na skali uređaja.

Vrijednost greške se može izračunati. Za to se koriste dva indikatora: klasa tačnosti ili KL i opseg mjerenja. Ako je klasa tačnosti (KL) 4, tada će raspon mjerenja biti 2,5 MPa (Megapascal), a greška će biti 0,1 MPa. Proizvod se izračunava po formuli klasa tačnosti i mjerni opseg podijeljen sa 100. Budući da je greška izražena u postocima, rezultat se mora pretvoriti u postotak dijeljenjem sa 100.

Pored glavnog prikaza, postoji i dodatna greška. Ako se za proračun koriste prvi tip idealnim uslovima ili prirodne vrijednosti koje utječu na karakteristike dizajna uređaja, onda drugi tip direktno ovisi o uvjetima. Na primjer, od temperature i vibracija ili drugih uvjeta.