Гидростатическое давление и его свойства, измерение давления

Лабораторная работа № 1.

Гидростатическое давление и его свойства, измерение давления жидкостный давление гидростатический Цель работы: Изучение устройства и принципа действия жидкостных приборов для измерения давления. Приобретение навыков по измерению гидростатического давления жидкостными приборами.

Общие сведения.

Гидростатическим давлением называют нормальное сжимающее напряжение в неподвижной жидкости, т. е. силу, действующую на единицу площади поверхности. За единицу измерения давления в международной системе принят паскаль (Па = Н/м²).

Различают абсолютное, атмосферное, манометрическое вакуумметрическое давления.

Абсолютное (полное) давление p отсчитывается от абсолютного вакуума. Атмосферное давление p_a создается силой тяжести воздуха атмосферы и принимается в обычных условиях равным 101 325 Па или 760 мм рт. ст. Избыток давления над атмосферным называют манометрическим (избыточным) давлением.

p_м = p_a — p.

Приборы для измерения атмосферного давления назвали барометрами, манометрического — манометрами, вакуума — вакуумметрами.

По принципу действия и типу рабочего элемента приборы бывают жидкостными, механическими и электрическими.

Жидкостные приборы исторически стали применяться первыми. Их действие основано на принципе уравновешивания измеряемого давления p силой тяжести столба жидкости высотой h в приборе:

p = сgh,.

где с — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения.

Поэтому величина давления может быть выражена высотой столба жидкости h (мм рт. ст., м вод. ст.). Преимуществами жидкостных приборов являются простота конструкции и высокая точность, однако они удобны только при измерении небольших давлений.

В механических приборах измеряемое давление вызывает деформацию чувствительного элемента (трубка, мембрана, сильфон), которая с помощью специальных механизмов передается на указатель. Недостатком таких приборов является инерционность, что не позволяет использовать их для измерения мгновенного значения давления в быстропротекающих процессах.

В электрических приборах воспринимаемое чувствительным элементом давление преобразуется в электрический сигнал. Сигнал регистрируется показывающим (вольтметр, амперметр) или пишущим (самописец, осциллограф) приборами. В последнем случае можно фиксировать давление при быстропротекающих процессах.

Абсолютное давление в любой точке покоящейся жидкости определяется по основному уравнению гидростатики:

p = p₀ + сgH,.

где p₀ — абсолютное давление на свободной поверхности жидкости; с — плотность жидкости; Н — глубина погружения точки под свободной поверхностью.

В работе вычисляется давление в заданной точке (например, на дне резервуара) через показания различных приборов и затем сравниваются результаты, полученные двумя путями.

Порядок выполнения работы.

Опыт № 1 (p₀> p_a).

Экспериментальные данные:

Н=9· 10^-2 м.

h_п=22,2· 10^-2 м.

h_м=13,1· 10^-2 м Решение:

p0 = pа + сghм р*= p0 + сgH.

p = pа + сghм др = 100(р-р*)/р

p₀ = 101 325 + 9,81· 1000·0,13 =102 600,3 Па р^*= 102 600,3 + 1000· 9,81·0,09 = 102 600,3 + 882,9 = 103 483,2 Па р^*= 102 600,3 + 1000· 9,81·0,09 = 102 600,3 + 882,9 = 103 483,2 Па д_р = 100(103 502,3 — 103 483,2)/103 502,3 ?0,02%.

Опыт № 2 (p₀< p_a).

Экспериментальные данные:

Н=12· 10^-2 м.

h_п=5,2· 10^-2 м.

h_в=6,8· 10^-2 м Решение:

p₀ = p_а — сgh_в

р*= p0 + сgH.

p = pа + сghп др = 100(р-р*)/р

p₀ = 101 325 — 1000· 9,81·0,068 = 101 325 — 667,08 = 100 657,92 Па р^*= 100 657,92 + 1000· 9,81·0,12 = 1177,2 + 100 657,92 = 101 835,12 Па.

p = 101 325 + 1000· 9,81·0,052 = 101 325 + 510,12 = 101 835,12 Па д_р = 0%.

Опыт № 3.

Экспериментальные данные:

h = 0,014 м р_а = 101 325 Па рм = ра + сgh.

р_м = 101 325 + 1000· 9,81·0,014 = 101 325 + 137,34 = 101 462,34 Па В результате лабораторной работы я изучил устройство и принцип действия жидкостных приборов для измерения давления. Приобрел навыки по измерению гидростатического давления жидкостными приборами. Ошибка в работе равна 0,02 и 0 процентов, значит, работа выполнена правильно.

Контрольные вопросы.

• 1. Какое давление называют абсолютным (вакуумметрическим, манометрическим)?
• 2. Какие единицы измерения вы знаете?
• 3. Как произвести пересчет значений давления, измеренных в барах (бар), кг/см², метрах водяного столба, миллиметрах ртутного столба — в единицы давления, используемые в системе СИ?
• 4. Как называют прибор для измерения атмосферного давления (избыточного давления, разряжения)?
• 5. Какой вид имеет формула для расчета давления по показаниям жидкостного манометра?
• 6. Какой недостаток у механических приборов для измерения давления?
• 7. Какими достоинствами обладают жидкостные манометры?