1 Методи вимірювань і вимірювальні прилади

1. Вимірювання тиску

Стандартною одиницею тиску є Паскаль: 1 Па = 1 Н/м², який складає приблизно одну стотисячну частку атмосферного тиску. Ця одиниця досить зручна для вимірювань вакууму, але мало практична для більшості інших випадків. Для вимірювань атмосферного тиску використовують барометри, котрі можуть бути проградуйовані або в міліметрах ртутного стовпчика (1 мм.рт.ст. = 133,332 Па), або в кілопаскалях (1 кПа = 1000 Па). Барометричний тиск, як правило, позначається буквою В.

Для вимірювання надлишкового тиску, в експериментальних установках використовують різні типи манометрів. В залежності від меж вимірювання тиску і точності вимірювань вибирають відповідний тип приладу.

Надлишковий або манометричний тиск вимірюють в барах (1 бар = 10⁵ Па) або в мегапаскалях (1 МПа = 10⁶ Па). Ясно, що 1 бар = 100 кПа, а 1 МПа = 1000 кПа. На практиці ще зустрічаються манометри проградуйовані в технічних атмосферах (1 ат = 1 кГ/см² = 0,9806 бар). Невеликі манометричні тиски можна вимірювати в метрах водяного стовпа (1 м.вод.ст. = 9806,6 Па = 0,09806 бар = 0,1 ат).

В практиці теплотехнічних і гідродинамічних розрахунків використовується тільки абсолютний тиск, який складає:

Р = Р_м + В, (1.1)

де Р_м – манометричний (надлишковий тиск).

Для вимірювання невеликих надлишкових тисків еталонним приладом є рідинний U-подібний манометр, який можна застосовувати і для вимірювання різниці тисків. Надлишковий тиск в U – подібній трубці манометра врівноважується стовпом рідини висотою h. Тоді за основним рівнянням гідростатики надлишковий тиск дорівнюватиме:

Р_м = hg

де  - густина рідини в манометрі, g – прискорення вільного падіння. Як рідину в таких манометрах найчастіше використовують ртуть або воду.

Для прецизійних вимірювань такими манометрами необхідно враховувати залежність густини рідини від температури, залежність g від географічної широти і коефіцієнта термічного розширення матеріалу трубок, з якого виготовлене U – подібне коліно. Такі похибки рідко становлять в сумі більше 0,5% від величини тиску і розрахункові формули для визначення поправок до формули (1.1) наводяться в спеціальній літературі.

В практиці вимірювання надлишкових тисків широкого використання набули трубчасті, мембранні та пружинні манометри, які відрізняються простотою конструкції. Точність вимірювань характеризується класом точності манометра (допустимим відсотком похибки). Найкращі, так звані зразкові манометри, мають клас точності 0,2 або 0,35. Точність трубчастих манометрів обмежена наявністю залишкових деформацій трубки, які зявляються під дією надлишкового тиску в процесі експлуатації манометра. В паспорті манометра наведені величини поправок, які необхідно вводити під час експлуатації приладу. Зазначимо, що покази трубчастих манометрів нестабільні і їх потрібно тарувати не рідше одного разу в рік. Крім трубчастих манометрів промисловість випускає також трубчасті мановакуумметри і вакуумметри, які використовуються для вимірювання тисків, менших за атмосферний.

Для вимірювання різниці або перепаду тиску застосовують прилади, які називають диференційними манометрами. Найпростіший з них – це U – подібний манометр, про який вже йшлося вище. В лабораторних умовах використовують дифманометри типу ДТ з товстостінними каліброваними трубками, робочими рідинами в яких можуть бути вода, чотирихлористий вуглець, ртуть тощо.