Измерение давления

    Содержание

                                                                                                                    Стр.

    Содержание.                                                                                             2 

     

    Введение.                                                                                                  3  

                        

    Методы  и средства измерения давления.                                              5 

    Глава 1.Методы прямых измерений давления. 

    1.1.Жидкостные манометры.                                                                  8

    1.1.1.Основные  типы, принципы их действия.                                    8

    1.1.2.Жидкостно-поршневые  манометры.                                           10

    1.2.Поршневые манометры.                                                                  12

    1.2.1.Принцип  действия, основы теории.                                            13

    1.3.Деформационные  манометры.                                                        16

    1.3.1.Принципы  преобразования давления деформационным  

манометром.                                                                                                   17

    1.3.2.Упругие  чувствительные элементы деформационных        манометров.                                                                                                    19

    1.3.3.Индуктивные  и трансформаторные электромагнитные  преобразователи.                                                                                            20

    1.3.4.Резистивные деформационные манометры.                               21

    1.3.5.Перспективы  развития деформационных манометров.            27 

    Глава 2.Методы косвенных измерений давления. 

    2.1.Косвенные  методы, основанные на уравнении  состояния

идеального газа.                                                                                             28

    2.2.Косвенные  методы, основанные на фазовых  переходах.            30

    2.3.Косвенные  методы, основанные на изменении  физических      

свойств измеряемой среды.                                                                          32

       Глава 3. Датчик для измерения избыточного давления                           Метран-43-ДИ (Модель 3163).                                                                     34

 

      Заключение.                                                                                              37 

      Литература.                                                                                               38 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

   Вопросами теории измерений, средствами обеспечения  их единства и способов достижения необходимой точности занимается специальная  наука – метрология. В задачу метрологии входит установление единиц измерения, определение способов передачи размера единицы от эталонов до измеряемого объекта через ряд промежуточных звеньев.

    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. Энергетические возможности тепло- и гидроэлектростанций и атомных электростанций определяются давлением пара или воды на лопасти турбин, под действием давления по каналам и трубопроводам на тысячи километров транспортируется вода, нефть и газ. Давление приводит в движение автомобили и самолеты, геодезические ракеты и космические корабли, открывает и закрывает двери лифта, вагонов метропоездов, троллейбусов и автобусов, подает воду и газ в квартиры наших домов.

    Посредством давления осуществляется работа разнообразных  станков, механизмов и установок в различных отраслях производства.

    По  давлению контролируют состояние рабочих  сред в различных технологических процессах нефтехимической промышленности, при производстве искусственных волокон и пр. Во многих отраслях науки при проведении физических, термодинамических и метрологических исследований (определение концентрации газов в твердых веществах, констант уравнений состояния различных веществ, эталонные температурные и линейные измерения) также требуется измерять давление [1].

    Давление  характеризует напряженное состояние жидкостей и газов в условиях всестороннего сжатия и определяется частным от деления нормальной к поверхности силы на площадь этой поверхности 

      ,       (1) 

где р — давление; N — нормальная сила, действующая на поверхность; F — площадь поверхности.

    При этом принимается, что нормальная сила равномерно распределена по поверхности, а в жидкости или газе отсутствуют касательные напряжения. Так как действующая сила всегда перпендикулярна к поверхности вне зависимости от ее расположения, то давление является скалярной величиной [2].

    Понятие давления как физической величины во всех его проявлениях едино. Вместе с тем, во многих естественных природных явлениях и в различных технических устройствах и процессах определяющим является не само давление, а его значение относительно другого. Например, под действием разности двух давлений по магистральным трубопроводам транспортируются нефть и газ из Сибири.

    При сравнении значений двух давлений одно из них принимается за начало отсчета их разности. По этому признаку различают следующие виды давлений.

    Абсолютное  давление — давление, значение которого при измерении отсчитывается от давления, равного нулю. Абсолютное давление воздушной оболочки Земли на ее поверхность называется атмосферным давлением. 

    С учетом специфики каждого из видов  давления при измерениях применяются  специальные средства измерений - манометры  и измерительные преобразователи давления.

    Манометр  — измерительный прибор или измерительная установка для измерения давления или разности давлений с непосредственным отсчетом их значения.

    Измерительный преобразователь  давления (датчик) — первичный преобразователь, выходной сигнал которого функционально связан с измеряемым давлением или разностью давлений. Выходной сигнал датчика вторичными приборами преобразуется в показания значения давления или поступает в различные системы управления и регулирования [2].

    В соответствии с видами измеряемого  давления применяют следующие виды средств измерения давления: манометр абсолютного давления — манометр для измерения абсолютного давления; барометр — манометр для измерения атмосферного давления; манометр избыточного давления — манометр для измерения положительного избыточного давления; вакуумметр¹⁾ - манометр для измерения отрицательного избыточного давления: мановакуумметр — манометр, для измерения как положительного, так и отрицательного избыточного давления; дифференциальный манометр (дифманометр) — манометр для измерения разности двух давлений, каждое из которых отличается от атмосферного давления; микроманометр — дифференциальный манометр для измерения малых разностей двух давлений, каждое из которых существенно больше их разности.

    Единицы измерения давления

    Когерентной единицей Международной системы  единиц (СИ) является паскаль (Па). По определению единица давления паскаль представляет собой отношение единицы силы Ньютона к единице площади квадратному метру:  

    1 Па= 1 Н/м² = 1 кг/(м•с²) 

    Наиболее  близка к СИ единица давления бар (бар), размер, которой очень удобен для практики (1 бар = 1•10⁵ Па).

    В применяемых до настоящего времени  жидкостных манометрах мерой измеряемого  давления является высота столба жидкости. Поэтому естественно применение единиц давления, определяемых высотой  столба жидкости, т. е. основанных на единицах длины. В странах с метрическими системами мер получили распространение единицы давления миллиметр и метр водяного столба (мм вод. ст. и м вод. ст.) и миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.).

    Размеры этих единиц давления пересчитываются  в единицы СИ на основании формулы

    

(2)

    где Н - высота столба жидкости, м, р - плотность жидкости, кг/м³, g -ускорение свободного падения, м/с². 

    ¹⁾ Вакуумметрами часто называют манометры, предназначенные для измерения низких абсолютных давлений, существенно меньших, чем атмосферное давление (в вакуумной технике).

    Методы  и средства измерения  давления

 

    Методы  измерения давления во многом предопределяют как принципы действия, так и конструктивные особенности средств измерений. В этой связи в первую очередь следует остановиться на наиболее общих методологических вопросах техники измерения давления.

    Давление, исходя из самых общих позиций, может  быть определено как путем его  непосредственного измерения, так  и посредством измерения другой физической величины, функционально связанной с измеряемым давлением.

    В первом случае измеряемое давление воздействует непосредственно на чувствительный элемент прибора, который передает информацию о значении давления последующим звеньям измерительной цепи, преобразующим ее в требуемую форму. Этот метод определения давления является методом прямых измерений, и получил наибольшее распространение в технике измерения давления. На нем основаны принципы действия большинства манометров и измерительных преобразователей давления.

    Во  втором случае непосредственно измеряются другие физические величины или параметры, характеризующие физические свойства измеряемой среды, значения которых закономерно связаны с давлением (температура кипения жидкости, скорость распространения ультразвука, теплопроводность газа и т. д.). Этот метод является методом косвенных измерений давления и применяется, как правило, в тех случаях, когда прямой метод по тем или иным причинам неприменим, например, при измерении сверхнизкого давления (вакуумная техника) или при измерении высоких и сверхвысоких давлений [1].

    Давление  является производной физической величиной, определяемой тремя основными физическими величинами — массой, длиной и временем. Конкретная реализация значения давления зависит от способа воспроизведения единицы давления. При измерении по формуле (1) давление определяется силой и площадью, а по формуле (2) — длиной, плотностью и ускорением. Методы определения давления, основанные на измерении указанных величин, являются абсолютными (фундаментальными) методами и применяются при воспроизведении единицы давления эталонами грузопоршневого и жидкостного типа, а также позволяют, при необходимости, производить аттестацию образцовых средств измерений.

    Относительный метод измерений, в отличие от абсолютного, основан на предварительном исследовании зависимости от давления физических свойств и параметров чувствительных элементов средств измерения давления при методах прямых, измерений или других физических величин и свойств измеряемой среды — при методах косвенных измерений. Например, деформационные манометры перед их применением для измерения давления должны быть сначала отградуированы по образцовым средствам измерений соответствующей точности.

    Помимо  классификации по основным методам  измерений и видам давления, средства измерений давления классифицируют по принципу действия, функциональному назначению, диапазону и точности измерений.