Курсовая работа: Средства измерения давления. Разности давлений

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Самарский государственныйуниверситет путей сообщения

(СамГУПС)

Кафедра «Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте»

Курсовая работа

по дисциплине:

«Информационно-измерительные системы и комплексы»

на тему:

«Средства измерения давления. Разности давлений»

Павленко А.В.

САМАРА 2019

РЕФЕРАТ

Курсовая работа 44 страниц, 14 рисунков,1 таблица, 8 источников.

ДАВЛЕНИЕ, СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ, ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ, ПРИБОРЫ, РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ, ЖИДКОСТНОЙ МАНОМЕТР, ДИФМАНОМЕТР, ДВУХТРУБНЫЕ И ОДНОТРУБНЫЕ МАНОМЕТРЫ, БАРОМЕТР, ПОПЛАВКОВЫЕ ДИФМАНОМЕТРЫ.

Целью курсовой работы является исследование метрологических характеристик средств измерения давления, ознакомление с приборами и техникой измерения давления.

Предмет исследования - теплотехнические измерения.

Область применения - метрология.

В курсовой работе описаны основные характеристики жидкостного, деформационного и поплавкового манометра, их применение.

Методом исследования в курсовой работе послужил теоретический анализ источников и литературы. В процессе были использованы: учебная, научно-производственная, справочная литература, ГОСТы и электронные издания.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. История изобретения и развития жидкостного манометра

2. Жидкостные манометры и дифманометры

2.1 Двухтрубные жидкостные манометры

2.2 Однотрубные жидкостные манометры

2.3 Микроманометры

2.4 Барометры

2.5 Компрессионные манометры

3. Деформационные манометры и дифманометры

3.1 Пружинный манометр

3.2 Сильфонный манометр

3.3 Мембранный манометр

3.4 Колокольный дифманометр

3.5 Кольцевой дифманометр

4. Поплавковые дифманометры

4.1 Дифманометры поплавковые

4.2 Дифманометр поплавковый типа ДП-710Р

4.3 Дифманометр поплавковый типа ДПЭМ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение

Давление характеризует состояние сплошной среды и является диагональной компонентой тензора напряжений. В простейшем случае изотропной равновесной неподвижной среды давление не зависит от ориентации. Давление можно считать также мерой запасённой в сплошной среде потенциальной энергии на единицу объёма и измерять в единицах энергии, отнесённых к единице объёма.

Измерение давления необходимо практически в любой области науки и техники как при изучении происходящих в природе физических процессов, так и для нормального функционирования технических устройств и технологических процессов, созданных человеком. Давление определяет состояние веществ в природе (твердое тело, жидкость, газ). Чрезвычайно многообразно применение давления в науке, технике и производстве. Давление характеризует напряженное состояние жидкостей и газов в условиях всестороннего сжатия и определяется частным от деления нормальной к поверхности силы на площадь этой поверхности

Для измерения давления используют манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, датчики давления, дифманометры.

1. История изобретения и развития жидкостного манометра

Вопросы водоснабжения для человечества всегда были очень важными, а особую актуальность приобрели с развитием городов и появлением в них различного вида производств. При этом все более актуальной становилась проблема измерения давления воды, т.е. напора, необходимого не только для обеспечения подачи воды через систему водоснабжения, но и для приведения в действие различных механизмов. Честь первооткрывателя принадлежит крупнейшему итальянскому художнику и ученому Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.), который впервые применил пьезометрическую трубку для измерения давления воды в трубопроводах. К сожалению, его труд «О движении и измерении воды» был опубликован лишь в XIX веке. Поэтому принято считать, что впервые жидкостный манометр был создан в 1643 г. итальянскими учеными Торричелли и Вивиани, учениками Галилео Галилея, которые при исследовании свойств ртути, помещенной в трубку обнаружили существование атмосферного давления. Так появился ртутный барометр. В течение последующих 10-15 лет во Франции (Б. Паскаль и Р. Декарт) и Германии (О. Герике) были созданы различные разновидности жидкостных барометров, в том числе и с водяным заполнением. В 1652 г. О. Герике продемонстрировал весомость атмосферы эффектным опытом с откачанными полушариями, которые не могли разъединить две упряжки лошадей (знаменитые «магдебургские полушария»).

Измерение давления отечественными приборами производится в кгс/см (килограмм-сила на сантиметр квадратный) и кгс/м² (килограмм-сила на метр квадратный). При использовании для измерения давления жидкостных приборов с видимым мениском применяют в качестве единицы давления миллиметр водяного или ртутного столба. Кроме перечисленных единиц измерения применяют физическую атмосферу, равную нормальному давлению атмосферного воздуха 760 мм. рт. ст. при 0 "С и нормальном ускорении свободного падения (760 мм. рт. ст. = 101, 325 кПа = 1, 0332 кгс/ см²). Соотношения между применяемыми единицами измерения давления приведены в табл. 1.

Таблица 1 -- Соотношения между различными единицами давления

При измерении давления различают абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давление. Под термином абсолютное давление подразумевается полное давление , под которым находится жидкость или газ. Оно равно сумме давлений избыточного и атмосферного :

, (1.1)

или

, (1.2)

т. е. избыточное давление равно разности между абсолютным давлением, большим атмосферного, и атмосферным давлением.

Под термином вакуумметрическое давление (разрежение или вакуум) понимается разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением, меньшим атмосферного:

, (1.3)

Устройства для измерения давления и разности (перепада) давлений получили общее название манометры. Их классифицируют следующим образом:

Барометры -- для измерения атмосферного (или барометрического) давления;

манометры абсолютного давления -- для измерения абсолютного давления;

манометры избыточного давления -- для измерения избыточного давления (в практике называют манометрами);

вакуумметры -- для измерения вакуумметрического давления, т. е. давления ниже атмосферного (в практике применяют термин «разрежение»);

напорометры и тягометры -- для измерения малых (до 40 кПа) избыточного давления и вакуумметрического давления (разрежения) газовых сред;

мановакуумметры -- для измерения избыточного и вакуумметрического давлений одновременно;

тягонапорометры -- для измерения малых (до 40 кПа) давлений и разрежений газовых сред одновременно;

дифференциальные манометры (дифманометры) -- для измерения разности (перепада) давлений;

микроманометры -- для измерения очень малых давлений (ниже и выше барометрического) и незначительной разности давлений.

2. Жидкостные манометры и дифманометры

В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости. В приборах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давлений над ними, а при неравенстве занимают такое положение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом. Большинство жидкостных манометров имеют видимый уровень рабочей жидкости, по положению которого определяется значение измеряемого давления. Эти приборы используются в лабораторной практике и в некоторых отраслях промышленности.

Существует группа жидкостных дифманометров, в которых уровень рабочей жидкости непосредственно не наблюдается. Изменение последнего вызывает перемещение поплавка или изменение характеристик другого устройства, обеспечивающих либо непосредственное показание измеряемой величины с помощью отсчетного устройства, либо преобразование и передачу ее значения на расстояние.

2.1 Двухтрубные жидкостные манометры

Двухтрубные жидкостные манометры. Для измерения давления и разности давлений используют двухтрубные манометры и дифманометры с видимым уровнем, часто называемыми U ? образными. Принципиальная схема такого манометра представлена на рис. 1, а. Две вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки 1, 2 закреплены на металлическом или деревянном основании 3, к которому прикреплена шкальная пластинка 4. Трубки заполняются рабочей жидкостью до нулевой отметки. В трубку 1 подается измеряемое давление, трубка 2 сообщается с атмосферой. При измерении разности давлений к обеим трубкам подводятся измеряемые давления.

Рисунок 1 -- Схемы двухтрубного (а) и однотрубного (б) манометра: 1, 2 -- вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки; 3 -- основание; 4 -- шкальная пластина

В качестве рабочей жидкости используются вода, ртуть, спирт, трансформаторное масло. Таким образом, в жидкостных манометрах функции чувствительного элемента, воспринимающего изменения измеряемой величины, выполняет рабочая жидкость, выходной величиной является разность уровней, входной -- давление или разность давлений.

Для исключения влияния капиллярных сил в манометрах используются стеклянные трубки с внутренним диаметром 8... 10 мм. Если рабочей жидкостью служит спирт, то внутренний диаметр трубок может быть снижен.

Двухтрубные манометры с водяным заполнением применяются для измерения давления, разрежения, разности давлений воздуха и неагрессивных газов в диапазоне до ±10 кПа. Заполнение манометра ртутью измерения расширяет пределы до 0,1 МПа, при этом измеряемой средой может быть вода, неагрессивные жидкости и газы.

При использовании жидкостных манометров для измерения разности давлений сред, находящихся под статическим давлением до 5 МПа, в конструкцию приборов вводятся дополнительные элементы, предназначенные для защиты прибора от одностороннего статического давления и проверки начального положения уровня рабочей жидкости.

Источниками погрешностей двухтрубных манометров являются отклонения от расчетных значений местного ускорения свободного падения, плотностей рабочей жидкости и среды над ней, ошибки в считывании высот. жидкостный манометр давление дифманометр

Обычно с помощью U -- образного прибора давление, разрежение или разность давлений измеряют в миллиметрах водяного или ртутного столба. Результат измерения может быть выражен не в миллиметрах столба рабочей жидкости, а в паскалях по формуле:

, (2.1)

где g -- местное ускорение свободного падения; h -- разность уровней рабочей жидкости, м; -- плотность рабочей жидкости,; -- плотность среды над рабочей жидкостью,.

Если , уравнение (2.1) принимает вид:

. (2.2)

Для перевода значения давления, выраженного в Па, в значение, выраженное в , необходимо полученный результат умножить на 0,102.

2.2 Однотрубные жидкостные манометры

Чашечный (однотрубный) манометр (рис. 1, б) состоит из цилиндрического сосуда и сообщающейся с ним измерительной стеклянной трубки. При этом диаметр сосуда D значительно больше диаметра трубки d (обычно отношение d²/D² ? 1/400). При измерении давления в объекте его соединяют с атмосферой. При изменении разрежения с объектом соединяют измерительную трубку, а с атмосферой -- сосуд. При измерении разности (перепада) давлений большее давление подается в сосуд, а меньшее -- в измерительную трубку.