Гидростатическое давление

Лабораторная  работа №1 

     Тема: Гидростатическое давление

     .

     Цель  работы. Приобретение навыков по измерению гидростатического давления жидкостными приборами.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Выполнил: Студент группы 5Б01

     Буклов  Артем.  
 

                                            Общие сведения

     Гидростатическим  давлением называют нормальное сжимающее  напряжение в неподвижной жидкости. В зависимости от базы и направления отсчета различают абсолютное, манометрическое и вакуумметрическое давления.

     Абсолютное (полное) давление Р отсчитывается от абсолютного вакуума и определяется в любой точке покоящейся жидкости по основному уравнению гидростатики

     Р = Р0+γН,

     где Р0 - абсолютное давление на свободной поверхности жидкости;

     γ - удельный вес жидкости;

     Н - глубина погружения точки под свободной поверхностью.

     За  нуль (начало) отсчета может быть принято и атмосферное давление, которое создается силой тяжести  воздуха атмосферы. В этом случае избыток абсолютного давления над  атмосферным называют манометрическим (избыточным) давлением

     Рм=Р0 - Ра,

     а если атмосферное давление превышает  абсолютное в интересующей нас точке, то разница между ними (недостаток до атмосферного) называется вакууметрическим давлением 

     Рв= Ра- Р0.

     Атмосферное, манометрическое и вакууметрическое давления измеряют приборами, называемыми соответственно барометрами, манометрами и вакуумметрами. Разность давлений в двух точках измеряют дифманометрами. По принципу действия и типу рабочего элемента приборы подразделяют на жидкостные, механические и электрические.

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

     Р = γ⋅h,

     где γ - удельный вес жидкости в приборе, Н/м3.

     Поэтому величина давления может быть выражена высотой столба жидкости h с заданным удельным весом γ (мм

     вод.ст., мм рт.ст.), а также в паскалях (Па = Н/м), технических (ат) и физических (атм) атмосферах 2

     1 ат = 1 кгс/см2 = 98,1 кПа = 10 м вод.ст. = 735 мм рт.ст.

     1 атм =1.033 кгс/см2 = 101 кПа = 760 мм рт.ст.

     Преимуществом жидкостных приборов являются простота конструкции и высокая точность, они удобны при измерении небольших  давлений.

     В механических приборах измеряемое давление вызывает деформацию чувствительного элемента (трубка, мембрана, сильфон), которая с помощью специальных механизмов преобразуется и передается на указатель. Такие приборы компактны и имеют большой диапазон измеряемых давлений.

     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.

Описание  устройства

     Устройство  выполнено прозрачным и включает резервуар 1, частично заполненный жидкостью, и полость 2, сообщаемую через клапан 3 с атмосферой (рис.1,а). Для измерения давления и уровня жидкости в резервуаре 1 служат жидкостные приборы 4, 5 и 6. Они представляют собой прозрачные вертикальные каналы со шкалами, размеченными в единицах длины.

     Пьезометр 4 сообщается верхним концом через  полость 2 и клапан 3 с атмосферой, а нижним - с резервуаром 1. Им определяется манометрическое давление Рм= γhn на дне резервуара.

     Уровнемер 5 соединен обоими концами с резервуаром  и служит для измерения уровня жидкости Н в нем.

     Мановакуумметр 6 представляет собой U - образный канал, частично заполненный жидкостью. Левым  коленом подключен к резервуару, а правым - к полости 2 и предназначен для определения манометрического Рм=γhм (рис.2.1,а) или вакуумметрического Рв=γhв (рис.2.1,в) давлений над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 1. Давление в резервуаре можно изменять путем наклона устройства.

     При повороте устройства в его плоскости  на 180°С (рис.1,г) канал 5 остается уровнемером, колено

     мановакуумметра 6 преобразуется в пьезометр 7, а  пьезометр 4 - в обратный пьезометр 8, служащий для определения вакуума  Рво=γ⋅hв над свободной поверхностью жидкости в резервуаре 1.

Порядок выполнения работы

     1. В резервуаре 1 над жидкостью создать  давление выше атмосферного (Р0>Ра), о чем свидетельствуют превышение уровня жидкости в пьезометре 4 над уровнем в резервуаре и прямой перепад уровней в мановакуумметре 6 (см. рис.1,а). Для этого устройство поставить на правую боковую поверхность, а затем поворотом его против часовой стрелки отлить часть жидкости из левого колена мановакуумметра 6 в резервуар 1.

     2. Кратковременно открыть клапан 3 и снять показания пьезометра, уровнемера и мановакуумметра.

     3. Вычислить абсолютное давление  на дне резервуара через показания  пьезометра, а затем - через величины, измеренные мановакуумметром и  уровнемером. Для оценки сопоставимости  результатов определения абсолютного  давления на дне резервуара двумя путями найти относительную погрешность δР.

     4. Над жидкостью в резервуаре 1 установить  атмосферное давление (Р0=Ра), для чего получить совпадение уровней жидкости в мановакуумметре переливом в него части жидкости из резервуара путем наклона устройства вправо (см. рис.1,б). Затем выполнить операции по п.п. 2 и 3.

     5. Над свободной поверхностью жидкости  в резервуаре 1 создать вакуум (Р0<Ра), когда уровень жидкости в пьезометре 4 становится ниже, чем в резервуаре, а на мановакуумметре 6 появляется обратный перепад (см. рис.1,в). Для этого поставить устройство на левую боковую поверхность, а затем наклоном вправо отлить часть жидкости из резервуара в мановакуумметр. Далее выполнить операции по п.п. 2 и 3.

     6. Повернуть устройство в его  плоскости по часовой стрелке на 180° или вакуумметрическое давление в заданной преподавателем точке С через показания пьезометра 7, а затем с целью проверки найти его через показания обратного пьезометра 8 и уровнемера 5.

 

     . 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Вычисления

     Все данные полученные в результате опытов и вычислений приведены  в таблице.

       
 
 
 

      

     Вывод:

     __________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________