Приложения Инструменты и приборы, используемые при выполнении лабораторного практикума

Дифманометр, дифференциальный манометр – прибор для измерения разности (перепада) давлений.

Название прибора происходит от слов: лат. differentia – разность, гр. μάνος– неплотный и μετρεω – измеряю.

Для измерения небольших разностей давления применяются жидкостные дифференциальные манометры.

П ростейший жидкостный дифференциальный манометр пред­ставляет собой стеклянную трубку U-образной формы (см. рис. 1). Трубка заполняется примерно до половины её объёма (точнее - до нулевой отметки шкалы) так называемой манометрической жидкостью. Манометрическая жидкость должна не смешиваться с рабочей жидкостью и иметь плотность (ρ_м) больше, чем плотность рабочей среды (ρ_L), в которой измеряется давление. В качестве ма­нометрической жидкости используется, как правило, вода (при из­мерении разности давлений а газовой среде) или ртуть.

О

Рис.1 U-образный дифманометр

ткрытые концы трубки подсое­диняются к обследуемому объекту. В том случае когда в одной точке рабочей среды давление равно р₁, а в другой точке – р₂, причём р_{1 ≠} р₂, гра­ницы раздела манометрической и ра­бочей жидкостей в приборе устанав­ливаются на различной высоте. Раз­ность уровней манометрической жид­кости (∆_hм) в двух коленах прибора пропорциональна разности давлений и, в соответствии с уравнением гидроста­тики, искомая разность давлений равна:

Полезно иметь в виду, что понижение уровня манометрической жидкости в одном колене прибора относительно исходного поло­жения равновелико повышению уровня в другом. Следовательно, величина ∆_hм может быть определена как удвоенное значение из­менения уровня в одном из колен дифманометра.

Большей точностью измерения небольшой разности давлений обладает чашечный дифманометр (см. рис. 2).

Чашечный дифманометр представляет собой два сообщающих­ся сосуда - чашку 1 и трубку 2 , установленную наклонно, причём диаметр чашки намного больше диаметра трубки.

На манометрическую жидкость, находящуюся в чашке подаётся большее давление, на жидкость в трубке — меньшее. Под действи­ем указанной разности давлений манометрическая жидкость пере­мещается из чашки в трубку. При этом понижение уровня в чашке

п ренебрежимо мало, а повышение уровня в трубке на величину ∆h_м пропорционально длине

l = ∆h_м / sin α

Таким образом, с умень­шением угла α наклона трубки повышается точность измерения.

Рис. 2. Чашечный

дифманометр: 1 - чашка;

2 – трубка.

Манометр - прибор для измерения давления жидкостей и га­зов.

Н азвание прибора происходит от гр. μάνος– неплотный и μετρεω – измеряю.

Д

Рнс. 3. Металлический манометр:

1- корпус; 2 - шкала; 3 - трубка; 4-стрелка; 5 - зубчатый сектор;6 -поводок; 7-стойка;8-патрубок

ля измерения давления, значительно превышающего атмо­сферное, применяется металлический манометр, устройство кото­рого показано на рисунке 3. (На рисунке манометр показан как бы с прозрачным циферблатом.) Главной частью та­кого манометра явля­ется находящаяся внутри корпуса 1 по­лая металлическая трубка 3, изогнутая в виде дуги. Трубка из­готовлена из достаточ­но упругого материала и имеет поперечное сечение овальной фор­мы. Открытым концом I трубка прикреплена к стойке 7 и через патру­бок 8 подсоединяется к контролируемой среде. Другой конец II трубки запаян. Чем больше давление жидкости (или газа), заполняющей трубку 3, тем больше эта трубка распрямляется. Происходит это потому, что площадь выпуклой поверхности трубки больше пло­щади вогнутой, а давление внутри трубки одинаково. Следова­тельно, сила давления внутри трубки на выпуклую поверхность больше, чем на вогнутую. Это и вызывает разгибание трубки 3.

Через поводок 6 и зубчатый сектор 5 перемещение конца II трубки передаётся сидящей на оси стрелке 4 прибора. Угол пово­рота стрелки пропорционален величине распрямления трубки.

Положение стрелки, соответствующее атмосферному давлению, отмечается «нулём» на шкале 2 прибора. Манометр показывает, насколько измеряемое давление превышает атмосферное, то есть показывает так называемое «избыточное давление».

Ротаметр - прибор для измерения расхода жидкости.

Название прибора происходит от лат. гоtаге - вращать и гр. μετρεω– измеряю.

На рис. 4 показано обычное устройство ротаметра.

В верхнем 1 и нижнем 12 корпусах, соединенных друг с другом шпильками 5, с помощью втулок 4 и 9, а также сальниковых уп­лотнений 3 и 10 укреплена стеклянная коническая трубка 6. Труб­ка укрепляется расширяющимся концом вверх. Конусность трубки невелика и составляет 0,001...0,01, так что визуально она воспри­нимается как цилиндрическая. Внутри трубки вертикально пере­мещается поплавок 8. В прежних конструкциях на боковой по­верхности поплавка делали косые канавки, вызывавшие его вра­щение при движении жидкости (отсюда и название устройства), что способствовало центрированию поплавка относительно оси трубки; в дальнейшем выяснилось, что поплавок занимает соосные с трубкой положения и без вращательного движения. Для ограни­чения хода поплавка служат верхний 2 и нижний 11 упоры.

Коническая трубка и поплавок образуют проточную часть ро­таметра.

Непосредственно на стеклянную трубку нанесена шкала 7, имеющая 100 условных делений. Расход жидкости определяют по калибровочным графикам или расчётным уравнениям соответст­венно отметке шкалы, обозначенной верхним краем поплавка.

Поплавок ротаметра будет находиться в квазистатиче­ском взвешенном состоянии при условии равенства всех сил, действующих на него в потоке жидкости, а именно: силы тяжести (Fg), архимедо­вой силы (FA) и силы сопро­тивления со стороны обте­кающего его потока (FC), то есть когда Fg=FA+FC

Сила тяжести и архимедо­ва сила для данного поплавка постоянны. Сила сопротивле­ния пропорциональна скоро­сти обтекающего потока:

г де ζ - коэффициент пропор­циональности, ρ- плотность жидкости, _SП - площадь по­перечного сечения поплавка.

Таким образом, баланс сил обеспечивается определенной скоростью потока υ.

Согласно уравнению рас­хода жидкости в канале круг­лого поперечного сечения

постоянство скорости

п

Рис. 4. Ротаметр стеклянный:

1 и 12 - корпусы; 2 - верхний упор; 3 и 10 - сальниковые уплотнения; 4 и 9 -втулки; 5 - шпилька; 6 - стеклянная трубка; 7 - шкала; 8 — поплавок; 11 -нижний упор

ри изменении расхода может быть достигнуто изменением диаметра канала (d), Именно с этой целью трубка ротаметра имеет коническую форму.

Таблица 1