Особенности техники безопасности при работе в гидравлической лаборатории

1. Перед выполнением лабораторных работ студенты должны получить инструктаж по технике безопасности у руководителя занятий или заведующего лабораторией и поставить свою роспись в журнале.

2. Запрещается без разрешения руководителя:

- включать любые рубильники и выключатели;

- открывать и закрывать задвижки;

- включать измерительные приборы и установки.

3. Оборудование лабораторного зала гидравлики в отношении электротока относится к опасному из-за высокой влажности в помещении. Должны строго соблюдаться правила защиты: заземление установок, работа на электрических ковриках вблизи источников электротока. Студенты должны уметь оказывать первую помощь при поражении током.

4. Начало и окончание работ на установках должны четко обозначаться исполнителями работ. Установки и класс должны быть приведены в порядок после завершения занятий.

Список РекомендуемОй литературЫ

1. Башта, Т.М. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т.М. Башта и др. – М.: Машиностроение, 1982. – 423 с. (Специальности МВ, МТ, ДСМ).

2. Преображенский, В.П. Теплотехнические измерения и приборы / В.П. Преображенский. – М.: Энергия, 1978. – 704 с. (Все специальности).

3. Железняков, Г.В. Гидравлика и гидрология / Г.В. Железняков. – М.: Транспорт, 1989. – 376 с. (Специальность С).

4. Чугаев, Р.Р. Гидравлика / Р.Р. Чугаев – Л.: Энегоиздат, 1982. – 672 с. (Специальность С).

5. Идельчик, И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / И.Е. Идельчик. – М.: Машиностроение, 1981. (Все специальности).

Лабораторная Работа № 1 приборы для измерения гидростатического давления и их поверка

Цель работы:

Ознакомление с приборами для измерения гидростатического давления и разрежения, приобретение навыков по измерению и проведению поверок приборов.

В работе необходимо:

- ознакомиться с устройством манометра и вакуумметра на макете;

- испытать манометр на контрольной установке, оценить погрешность показании прибора и сделать заключение о его годности;

- сравнить показания испытуемого и контрольного вакуумметров и

сделать заключение о годности прибора.

Основные теоретические положения

Гидростатическим давлением р называют нормальное напряжение сжатия, возникающее в жидкости под действием приложенных к ней поверхностных и массовых сил. Гидростатическое давление в данной точке отличается двумя свойствами:

- оно действует по внутренней нормали к рассматриваемой площадке ∆F (т.е. вызывает сжатие, а не растяжение жидкости);

- величина его зависит от ориентации площадки, т.е в данной точке гидростатическое давление одинаково по всем направлениям.

Исходя из определения

. (1.1)

Единица давления в международной системе измерений (СИ) – численно равна силе (Р) в один ньютон (1 Н), действующей на единицу площади (F) т.е. на 1 м², эта единица давления называется паскалем и обозначается 1 Па = 1 Н/м². Так как давление в 1 Па очень мало (оно соответствует давлению столба воды высотой 0,1 мм), то на практике применяют более крупные единицы:

1 МПа = 10⁶ Па; 1 кПа = 10³ Па; 1 бар = 10⁵ Па.

Согласно закону Б. Паскаля, гидростатическое давление может быть измерено высотой h столба жидкости. Между давлением р в данной точке В жидкости и наружным давлением над этой точкой, выраженным в паскалях, и высотой h столба жидкости в метрах в пьезометре (рис. 1.1) существует связь:

(1.2)

где – удельный вес жидкости, Н/м³;

h – высота столба жидкости, м;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

– плотность жидкости, кг/м³;

р_А – атмосферное давление, Па

Рис. 1.1

На этом основано измерение давления в жидкости пьезометрами – стеклянными прозрачными трубками с открытым концом.

Соотношение между единицами измерения давления таково:

10⁵ Па = 0,1 МПа = 100 кПа = 1 бар = 750,06 мм рт.ст. = 10,2 м.вод.ст.

В применяемой до сих пор старой (технической) системе единиц (метр, кГс) давление измерялось в кГс/см², т.е. в атмосферах:

1 кГс/см²  1 атм  10 м.вод.ст.  735,6 мм.рт.ст.  0,981·10⁵ Па  0,981 бар

1 кГс/см² = 9,81 Н

Приборы для измерения гидростатического давления, как правило, определяют его избыточную величину р_изб над атмосферным давлением на данной высоте р_А. Поэтому полное давление – абсолютное р_абс (которым и необходимо оперировать при расчетах) – слагается из суммы:

. (1.3)

.

Это относится как к пересчету показаний манометров, так и пьезометров, отражающих величину избыточного давления высотой столба жидкости (см. выражение 1.2). Вакуумметр измеряет недостающую до атмосферного величину давления р_вак, поэтому при вычислении абсолютного давления по показаниям того же пьезометра (рис. 1.1в) или вакуумметра следует изменить знак перед р_изб в формуле (1.3):

. (1.3 а)

Наиболее распространенными приборами для измерения избыточного давления или вакуума являются пьезометры, пружинные манометры, а также мановакуумметры. Схема устройства пружинных манометров приведена на рис. 1.2.

Рис. 1.2

р_изб

Основной элемент – трубчатая пружина 1 (трубка Бурдона), которая имеет эллиптическое или плоскоовальное сечение. Свободный конец трубки запаян и шарнирно соединен поводком 3 с сектором 4, который через зубчатое соединение связан со стрелкой 2. Второй конец трубки впаян в держатель 5, скрепленный с корпусом. Через штуцер, соединенный с держателем трубке подводится измеряемое избыточное давление р_изб.

Снаружи на трубку действует атмосферное давление р_А. Под действием разности внутреннего и наружного давлений трубка стремится принять круглую в сечении форму. Это заставляет передвигаться частички трубки на близких к оси волокнах к меньшему радиусу, а на наружных (удаленных от оси) волокнах – к большему радиусу. При этом первые волокна оказываются сжатыми, а вторые – растянутыми. Это заставляет трубку распрямляться – ее свободный конец тянет за поводок 3 и перемещает его направо вверх, а стрелку – от нулевого деления вверх. В вакуумметре наоборот – движение конца трубки происходит вниз и влево, что требует другого передаточного механизма для стрелки, но принцип работы тот же. Если трубка будет иметь круглое сечение, то прибор работать не будет.

Технические манометры и вакуумметры выпускают следующих классов точности: 1; 1,6; 2,5; 4. Образцовые (показания, которых должны пересчитываться по паспорту прибора, если только они не применяются в учебных целях) – классов 0,16; 0,25; 0,4; 0,6.

Класс точности прибора К_л обозначается числом, равным максимальной допускаемой прибором абсолютной погрешности измерений , отнесенным к максимальному значению шкалы прибора (диапазону измерений) и выраженным в процентах. Согласно равенству:

. (1.4)

Допускаемая погрешность прибора , с которой сравниваются при поверке приборов действительные погрешности ∆, гарантируется на рабочей части шкалы. Для манометров и вакуумметров – это последние две трети диапазона измерений. Работа на первой трети шкалы не рекомендуется.

Описание экспериментальных установок

1 Поверка манометра осуществляется на механическом прессе. Конструкция прессов (например, марок МОП-60, МП-2500 и др.) в принципе не отличается.

На рис. 1.3 показана принципиальная схема такого пресса, использующего груз весом G_г для создания усилия через поршень 1 с тарелкой для грузов весом G_п. Если площадь торца поршня 2 (оказывающего давление на жидкость) известна – F_п, то создаваемое в масляной полости избыточное давление легко подсчитать:

, кг/см². (1.5)

Сравнив эту расчетную р_i величину с показаниями манометра 3, можно определить абсолютную погрешность прибора:

, атм. (1.6)

Сопоставив , с допустимой погрешностью , подсчитанной по формуле

, (1.7)

можно сделать заключение о годности манометра.

Рис. 1.3

Для того чтобы оценить работоспособность прибора во всем диапазоне, подсчитывается также относительная погрешность измерений, которая имеет смысл фактического класса точности. Особенность этого подсчета при тарировке прибора – отношение погрешности к максимальному значению шкалы прибора (а не к измеряемой величине):

. (1.8)

Превышение погрешностью _i величины К_л в первой трети шкалы еще не свидетельствует о негодности прибора.

Следует иметь в виду, что на ряде разновидностей маслопрессов применяют также штурвально - поршневой способ нагружения маслосистемы и образцовый (контрольный) манометр, показания которого принимаются за абсолютно точные показаний р_i.

2 Мановакуумметр проверяют на воздушном поршневом насосе (рис. 1.4), создавая в его рабочей полости разрежение с помощью поршня 1, вытягиваемого из цилиндра 2. При этом одновременно снимаются показания как проверяемого 3, так и контрольного 4 вакуумметров р_вак и р_i. Обработка результатов испытаний и определение годности мановакуумметров и манометров одни и те же. Следует лишь обращать внимание на правильность перевода единиц давления, так как мановакуумметры градуируются как в мм.рт.ст, так и в атм, в Па и м.вод.ст. Кроме того, показания контрольного (образцового) прибора принимаются за абсолютно точные.

Рис. 1.4

Порядок выполнения работы

1 На специальном бланке или на отдельном листе записать исходные данные и вычертить схемы установок для проверки манометров и мановакуумметров.

2 Проверить манометр на маслопрессе при пяти – шести нагружениях: снять показания манометра и определить давление по формуле 1.5.

3 Показания манометров перевести в паскали, вычислить ошибки по формулам (1.6) – (1.8). Абсолютную ошибку сравнить с допустимой, рассчитанной по формуле 1.7, и сделать заключение о годности испытанного манометра.

4 В соответствии с пп. 2, 3 провести испытание вакуумметра. Обработать его данные и дать заключение о приборе.

Контрольные вопросы

1. Понятие о давлении, его основных свойствах, единицах измерения. Связь между единицами.

2. Абсолютное и избыточное давление. Давление столба жидкости. Связь показаний пьезометра с давлением.

3. Приборы для измерения давления. Принцип действия манометра и мановакуумметра.

4. Понятие о классе точности прибора, определении абсолютной и относительной погрешностей.

5. Принцип проверки манометра и мановакуумметра.

Рекомендуемая литература

[1, с. 6-8, 16, 18-19]. [2, с. 347, 361, 365-366]. [3, с. 18, 22-24].