Материал: А27516 Сабуров АГ Гуляева ЮН Основы гидравлики гидравлич-х машин и гидропривода Конспект лекций

2.5. Приборы для измерения давления и вакуума

Все приборы для измерения давления и вакуума можно разделить на три группы: пьезометры, манометры, вакуумметры.

Пьезометры – это стеклянные трубки диаметром не менее 5 мм (при меньшем диаметре образуется заметный мениск, увеличивающий погрешность измерения). Нижний конец пьезометра соединяется с той областью, в которой необходимо измерить давление, а верхний конец трубки должен сообщаться с атмосферой. Трубка имеет измерительную шкалу, по которой производят отсчет деления. При подключении пьезометра к области измерения давления, жидкость в нем поднимается на определенную высоту h_p, которая называется пьезометрической высотой (рис. 2.6). Измерив величину h_p можно оп-

значительную высоту, и измерения становятся трудоемкими. Поэтому пьезометры используют для измерения небольших давлений (до 0,3…0,4 aт).

Манометры бывают двух систем – жидкостные и механические. Примером жидкостных манометров является ртутно-чашечный манометр (рис. 2.7). Он состоит из металлической чашечки, наполненной ртутью и соединенной с открытой стеклянной трубкой на шкале измерений. За нуль обычно принимается уровень ртути в чашке. Абсолютное давление в точке А равно , где – постоянная величина поправки для данного прибора. Таким образом, для нахождения необходимо измерить только величи-ну .

Для измерения разности давлений используют дифференциальные манометры. Наиболее часто применяют ртутные дифманометры, состоящие из двух U-образных трубок (рис. 2.8). Ртуть помещается в среднем колене. Если прибор не включен, ртуть помещается в обоих коленах на одинаковом уровне; после включения прибора ртуть займет новое положение, при котором величина характеризует перепад давлений , где – плотность исследуемой жидкости в сосудах А и В.

3

2

1

0

Рис. 2.8

Для измерения очень малых давлений применяются микроманометры (наклонные пьезометры) (рис. 2. 9). В них вместо малой высоты h можно отсчитывать значительно большую величину , уменьшая тем самым погрешность измерений. Микроманометры обычно заполняются спиртом или водой. Угол α можно регулировать.

Механические манометры подразделяются на пружинные и мембранные. Они служат для измерения больших избыточных давлений (более 3...4 ат.). На рис. 2.10 показана схема пружинного трубчатого манометра. Основной элемент – полая латунная трубка 1, согнутая по кругу. Сечение трубки имеет форму овала или эллипса. Верхний конец трубки запаян и соединен со стрелкой, а нижний присоединяется к той области, в которой измеряется давление. Под действи-

Вакуумметрами называются приборы, служащие для измерения величины вакуума. Принцип действия механических и жидкостных вакуумметров и описанных выше манометров одинаков; конструкции их полностью повторяют конструкцию манометров. Кроме указанных, существуют приборы, называемые мановакуумметрами, позволяющие измерять как избыточное давление, так и вакуум. Покажем пример подключения ртутно-чашечного вакуумметра (рис. 2.11). Приняв за нуль шкалы уровень ртути в чашке, определим величину вакуума из условий равновесия .

Рис. 2.11

2.6. Сила гидростатического давления на плоскую фигуру

Как рассчитать силу гидростатического давления на плоскую фигуру? Где располагается центр давления (координаты точки приложения равнодействующей силы давления)? Вначале определим силу давления. Для получения расчетной формулы воспользуемся основным уравнением гидростатики. Выберем плоскую фигуру АВ, как показано на рис. 2.12.

A

N

N_c

c

dy

S

Рис. 2.12

Слева на нее действует гидростатическое давление. Фигура АВ расположена перпендикулярно плоскости чертежа и наклонена к горизонту под углом . Выберем систему координат, как на рис. 2.12. Мысленно вращая вокруг оси 0у фигуру АВ, совместим ее с плоскостью чертежа. Выделим бесконечно малую полоску площадью dS и высотой , погруженную на глубину h и отстоящую от оси 0х на расстоянии у. Для нее абсолютное давление равно , а элементарная сила давления составит

. (2.7)

Из следует, что Произведя эту замену в (2.7), имеем . Интегрируя данное выражение по всей площади фигуры S, получаем

.

Интеграл – есть статический момент площади фигуры АВ относительно оси 0х: где – расстояние от оси 0х до центра тяжести площади фигуры АВ. Из устанавливаем, что Тогда Окончательно сила абсолютного давления равна