Измерение давления и вакуума в покоящейся жидкости

Выполнил:

Проверил:

Казань – 2005

Цель работы:

1. ознакомление с методикой измерения давлений и вакуума приборами;

2. измерение нескольких значений избыточного давления и вакуума на свободной поверхности и в точке Д, погруженной в жидкость на глубину Н;

3. перевод измеренных значений давления в единицы СИ;

4. определение расчетных значений избыточного давления в точке Д по основному уравнению гидростатики и сравнение их с измеренными значениями;

5. определение расчетных значений абсолютного давления в точке Д.

Сущность работы:

Важнейшей характеристикой покоящейся жидкости является гидростатическое давление. Оно определяется выражением:

Величина гидростатического давления, возникающего внутри жидкости, находится из основного уравнения гидростатики:

Давление может быть измерено и выражено в различных шкалах. Давление, равное абсолютному нулю, является началом отсчета абсолютной шкалы. Выраженное по этой шкале давление называется абсолютным. В том случае, когда абсолютное давление выше атмосферного, вводится понятие избыточного давления:

При абсолютном давлении, ниже атмосферного вводится понятие вакуума. По шкале вакуума отсчет ведется от давления, равного атмосферному давлению, но в сторону уменьшения давления. Связь между вакуумом и абсолютным давлением выражается формулой:

Единицами измерения давления в международной технической и физической системах единиц является Паскаль. Иногда в качестве меры давления принимают высоту столба жидкости, уравновешивающего данное давление.

Для измерения давления используются различные приборы. В нашей работе используются пьезометры, манометры, вакуумметры и пр.

Пьезометр – стеклянная вертикальная трубка, подключается непосредственно в месте, где необходимо измерить давление. Используется для измерения давлений небольших величин. Избыточное давление в точке присоединения пьезометра можно определить так:

Принцип действия манометров и вакуумметров одинаков. В данной установке использованы жидкостные и пружинные манометры, вакуумметры. Давление в точке присоединения жидкостного манометра определяется по формуле:

Разность давления в двух точках внутри жидкости измеряется с помощью дифференциальных манометров (дифманометров).

В зависимости от места установки манометров, необходимо учитывать поправки:

В показания пружинных приборов также должны быть внесены поправки.

Описание установки:

Установка для измерения давления состоит из резервуара 1, в котором измеряется давление; жидкостных манометров М1 и М2, заполненных рабочей жидкостью – ртутью; мановакуумметра МВ, пьезометра П, пружинного манометра М3 и барометра В. Резервуар частично заполнен глицерином и снабжен уровнемерным стеклом 4. Давление и вакуум над свободной поверхностью жидкости создаются с помощью пылесосов, установленных в нижней части стенда. Пылесосы соединяются с резервуаром трубопроводами, на которых установлены вентили 2 и 3. Приборы для измерения давления присоединены к резервуару с помощью пластмассовых трубок.

Порядок проведения опыта:

Сначала измерили атмосферное давление в помещении по барометру. Далее глубину погружения точки Д. Глубину погружения измеряли по шкале пьезометра при выключенных пылесосах.

После чего, закрыли вентили 2 и 3. Включили один из пылесосов. Медленно открывая вентиль 3, создали постоянное значение избыточного давления. Измерили избыточное давление над свободной поверхностью жидкости. Выключили пылесос и закрыли вентиль 3.

Включили пылесос, создающий разрежение в резервуаре. Плавно открыли вентиль 2, создавая таким образом какое-то постоянное значение вакуума, так же измерили давление над свободной поверхностью жидкости. После проведения всех опытов, отключили пылесос и оставили чуть приоткрытыми вентили.

Таблица измеренных и рассчитанных величин:

Измеренные и рассчитанные величины	Обозначения величин	Обозначения приборов	Единица измерения	Номер опытов
1. Глубина погружения точки Д	Н	П	мм
2. Показания барометра		В	мм рт. ст.
3. Показания приборов, измеряющих давление над свободной поверх- Ностью		МВ М1	кгс/см² мм рт. ст.	0.05	0.04 -19
4. Показания приборов, измеряющих давление в точке Д		М2 П М3	мм рт. ст. мм гл. ст. кгс/см²	0.09	-3 0.02
5. Поправки на положение приборов		М2 М3	мм гл. ст. мм гл. ст.
6. Избыточное давление на свободной поверхности жидкости (в СИ). По экспериментальным данным		МВ М1	Па Па		-2532
7. Избыточное давление в точке Д (в СИ). По экспериментальным данным		М2 П М3	Па Па Па
8. Расчетное избыточное давление в точке Д (в СИ)			Па Па
9. Расчетное абсолютное давление в точке Д (в СИ)			Па Па

Расчёты:

Переводим значения, полученные по шкалам приборов в единицы системы СИ для первого опыта:

1)

2)

3)

4)

5)

Аналогично для второго опыта:

1)

2)

3)

4)

5)

Рассчитаем избыточное давление в точке Д (в СИ) для первого опыта:

Для второго опыта:

Расчетное абсолютное давление в точке Д (в СИ) для первого опыта будет равно:

Для второго опыта:

Вывод: в результате проделанной работы, мы ознакомились с методикой измерения вакуума и давлений приборами; измерили по 1-му значению для давления и вакуума; зная зависимости величин, перевили показания приборов в систему СИ и определили расчетные значения абсолютного давления.