Сұйықтар мен газдар механикасы

A=V1 -V2

мұндағы                                                                            (4.5)

,

Көбінесе,зертханалық  құрылғыларды  Вентури  құбыршасымен немесе  диафрагмамен жабдықтайды  да, Q=f(h)  байланыстылығы  дәлдік тексерілген  графигімен  реттеледі(4.9-сурет).

 

 

Магнитті су өтімін  өлшеуіші  өндіріс орындарында және  зертханалық практикада кеңінен қолданылады.

 

Магнитті  өтім өлшегіштің  көмегімен  өлшеу тәсілі былай  жүргізіледі (4.10-сурет):магнитсіз жасалған құбыр.(2),магнитті жүйе  көмегімен  тұратын  электрмагнит(4) және орама (7) арқылы  магнитті өріс пайда болады.

  Қозғалыстағы сұйық, осы магнитті өрістің  күш сызықтарын  кесіп өткенде , электр тогын  өткізеді  де ,электр қозғалтқыш   күш (ЭҚК) пайда болады.Құбырға енгізілген  электродтар (3) және  оның  қабырғасынан  қашықтатылып бөлектенген  күшейткіш (5) ,электрлі сигнал  беріледі  де,ол көрсетуші немесе жазып  алушы аспапқа  беріледі.Барлық  құрылғыны (1) магнитті  өтім өлшегіш  датчик деп  атайды,ол –жекелегенблоктар (5және 6  блоктар), оқшауланған  және  күшейткіш және  тіркеуші  аспаптар. Аспаптың  дәлдік  класы -1-2,5.

Магнитті өтім өлшегіштердің негізгі  артықшылығы – сол арқылы  өтім өлшеу және  екі фазалық  сұйықтарды (сулы-ауалы,сулы –құмды,сулы-балшықты және  басқа гидроқоспаларды) өлшейді,ал басқа өлшеуші  аспаптардың пьезометр құбыршалары    жиі  ластанып ,былғанады  және осылардың  әсерінен  жұмыс  істеуі  тұрақсыз  болады.Одан басқа, құбырдағы жылдамдық  эпюрасы  дұрыс  көрсетілмейді де ,аспаптың  дәлдігіне  әсер етеді.

Өлшеуші суағызарды  зертханалық практика жағдайында қысымсыз су  ағынының   өтімін өлшеу үшін  қолданылады.Егер  ағын жолына  қандай да  белгілі  геометриялық өлшем пішініндегі  суағызарды қойып  және  суағызардағы тегеурінді  өлшесек, онда су өтімін  мына  формуламен  анықтайды:

Q=mb, м3/с                               (4.6)

   мұндағы     m-суағызар түріне  байланысты өтім  коэффиценті:b-суағызар тесігінің  толық ені,м :H-суағызар  жотасындағы  тегеурін :g-еркін қулау кезіндегі  үдеу.

   Ең  жоғарғы дәлдікпен  су өлшеуіш суағызарға  жататыны  суағызардың  90 .Есептеу формуласы:

Q=                                                   (4.7)

    Су өтімін  анықтаудағы  жалғыз шама   -тегеурін.Мұндай суағызардың су өтім  коэффиценті  белгілі .Кейде суағызардың коэффицентін   m дәлелдеп  анықтау үшін,су ағызардың көрсеткішін  көлемді  таразыға тарту  арқылы  дәлелдеп  көрсетеді  немесе басқа аспаптардың  көмегімен  өлшейді.Суағызардағы  су бетінің  деңгейін  өлшеуіш инемен  дәлдігін миллиметрдің    оннан  бір бөлігіне  дейінге дәлдікпен  өлшейді(4.12-сурет). 

 

4.2. Ағынның еркін  бетінің деңгейін және 

қысым өлшеуге арналған аспаптар

 

Құрылымдық ерекшеліктері бойынша қысымды өлшеіші құралдар сұйықтың, серіппелі, электрлі, поршеньді, аралас, т.б. болып бөлінеді. Аспаптар пайдалану мақсатына қарай мынадай топқа бөлінеді:

• атмосфералық қысымды өлшеуші аспаптар – барометрлер;
• артық қысыды өлшеуші – манометрлер, микрометрлер, вакуумметрлер, мановакуумметрлер;
• қысым айырмашылығын өлщеуші аспаптар – дифференциялды манометрлер.

Сұйықтың аспаптары мен қысымның өлшенуі сұйық бағанасының қысы мен теңестіріледі.

                        

                                                   4.12-сурет

 

Серіппелі монометрді ауыспалылығының сезгіштік элементі көп емес. Қысым күші серіппелі элементті дифференциялайды: серіппені, мембрананы, қуыс құбырлы сифонды, т.б. көлемдірек, қысым көбейген сайын элементтің қаттылығы азаяды. Қысым күші мен дифформацияның арасындағы тік пропорционалды байланыстылығы бар. Серіппелі элементтің дифформациясынан берілген күш аспап нұсқарына (стерлка) беріледі де, қысым шамасын көрсетеді.

Электрлі аспап – жұмыс істеу негізі, кейбір қорытпа кедергісінің өзгеру қабілеттілігінен қысымның өзгеруі. Осы аспаптармен жоғарғы статикалық қысымды өлшейді. Жіңішке сымтемірдің диаметрі d=0,03 мм, сезгіш элементке жеңілдейді, ол мембрана мен немесе басқада бір серіппе қысымды қабылдағанда датчиктің қызметін атқарады, датчик негізі металдан ажыратылған, ондағы сымтемірдің кедергісі 100-200 Ом.

Өлшеуіш көпірдің сұлбасынан қослған датчиктің кедергісі R. Датчик көпірі жүктемеге дейін тепе-теңдікті ұстауға, яғни шығар жерінің кереу айырмашылығы пайда болады. Кернеу өте аз, сондықтан күшейткіштің көмегімен кернеуін арттырады. Сонмен, электрлі аспаптан токтың шығар жерінде сигнал J қысым мәніне пропорционал алынады.

Тез өзгерген үдерісті өлшеу үшін пьезоэлектрлі нәтижеге негізделген аспаптар қолданылады, кейбір кристалдардың бетінен қысым әсерінен электр зарядтары пайда болады.

Деңгейөлшегіш. Бұл аспаптарға қалытқылы деңгей өлшегіш және су деңгейін өлшегіш (су өлшегіш) әйнекті құбыршалар жатады (4.12-сурет).

Деңгейөлшегіш әйнекті құбырша – оның төменгі ұшы (кейде екі басы да) резервуармен жалғасқан, сол арқылы су деңгейі өленеді. Құбыршаның жанында миллиметрлі немесе сантиметрлі бөліктеу межелігі бар. Ноль межелігі резервуардың табан деңгейімен бірдей. Су өлшеуші құбыршаның межелігі бойынша есептеуіш деңгейді өлшейді, неге десеніз, құбыршанң жоғанғы жағынан қысымы резервуардағы сұйықтың еркін бетіндегімен бірдей (4.13-сурет). Құбыршадағы капилярлығынан жіберілетін қатені кеміту үшін құбыршаның диаметрі 12-15 мм-ден кем болуға тиіс.

 

                             

4.13-сурет. Инелі деңгейөлшегіш: а) 1-2 – штанга,

3 – көрсеткіш, 4 – межелік; б) қос инелі деңгейөлшегіш

 

Су деңгейін анықтау үшін, штанганы (2) жылжыта отырып, ине (1) судың еркін бетіне түйісуге тиіс. Одан кейін межелік (4) бойынша көрсеткіш (3) көмегімен ізделінетін көрсеткішті табады. Бұдан басқа, жетілген инелі су деңгейін өлшегіш бар, онда тік штангада қос ине жабдықталған (4.13,ә-сурет).

 

4.3. Ағынның жылдамдығын өлшеуге арналған аспаптар.

 

Ағынның  жергілікті жылдамдығын  өлшеу үшін  гидродинамикалық  құбырша  немесе Пито құбыршасын және  термоэлектрлі  анемометрді (термоанемометр) қолданылады. Жергілікті жылдамдық  пен  гидроқоспанының қоюлану ерітіндісін (концентрация) өлшеу үшін  Орлов-Юдпин  құбыршасын.

Гидродинамикалық құбырша. Гидродинамикалық құбыршамен өлшенген жылдамдықты, тегеурін болғанда, мына  формуламен  анықтайды:

 

Құбырша (2) арнасы (4.14-сурет) арқылы дифференциалды  манометрге толық тегеурін  береді, ал  екіншісі – статикалық тегеурін.

Екі каналдың екеуі де (3) және (4) штуцермен  жекеклей жалғанған. Қабылдаушы тесік (5) арқылы штуцерге (3) қысым  беріледі, статикалық қысым тесік (6) арқылы штуцерге (4) беріледі. Штуцер (3 және 4) резеңкелі шлангы арқылы  дифференициалды манометрмен жалғасқан.  Қабылдаушы  тесіктер (5 пен 6)  бір-бірнен біраз алшақ орналасқан, сондықтан аздап қате кетуі мүмкін. Тесіктер 5 пен 6 бірдей диаметрде 0,1d  болуға тиіс. Кейбір өлшеуші ұшта 1, анық пішіні жіңішке конус түрінде болады.

  Гидродинамикалық құбырша ағын жылдамдығы болған жағдайда жақсы істейді. Аз жылдамдықтағы дифманометрдегі құлауы аз және есепті көрсеткіші алу үшін  құбыршаны бұрап отырып, қабылдаушы тесікке жылдамдық бағыты перпендикуляр болуға тиіс. Бұл жағдайда ең жоғарғы көрсеткіште болады. 4.15-суретте гидродинамикалық құбыршаның дөңгелек құбыршадағы жағдайы көрсетілген.

 

                                        

                       4.14-сурет                                           4.15-сурет

 

Термикалық электрлі анемометрдің негізгі ток жүргізгіш сымтемірдің электрлі кедергіге байланыстылығы сұйық ағынының  датчикке жұғыса ағу кезіндегі температурасынан  өзгереді. Термоанемометрдің сезгітік элементіне платиналы немесе вольфрамды сымтемі, оның бір диаметрі 0,01 мм және ұзындығы 1-ден 10 мм-ге дейінгі екі ұстағыштың арасына (2) тартылған (4.16-сурет), ол электр тогымен  қызады.  Сымтемірді өлшеу кезінде ағын жылдамдығыга перпендикуляр орналастыруға тиіс. Сымтемірдің  темепературасы және оның электрлі кедергісі сұйықтың ағып өтер жылдамдығына байланысты,  оны салқындату қажет.

Жылдамдық өлшеуді екі тәсілмен жүргізуге болады:  сымтемірмен бір өткендегі токтың тұрақты күші кезінде және осы сымтемірдің тұрақты -кедергісінде. Бірінші тәсілмен өлшеу сұлбасы 4.17-суретте көрсетілген. Ондағы бірінен соң бірі жалғанған элементтер, ток беруші батарея, реостаттың кедергісі R, амперметр және термоанемометр.

 Тізбектегі ток күшін  тұрақты  J=const ұстаған кезде ағын жылдпмдығы артқан сайын, платиналы сымтемірдің кедергісі кемиді, ал ол нүкте (1 мен 2) кернеудің  келуіне әкеліп соғады. Кернеуді тіркей  отыра, ағын  жылдамдығы  туралы білуге болады. Алдын ала аспаптың тәрелкесін жасап, одан кейін U=f(u) графигін тұрғызу  керек (4.18-сурет).

 

      

                                4.16-сурет                 4.17-сурет                  4.18-сурет

 

Екінші тәсіл бойынша өлшеу сұлбасы 4.19-суретте  келтірілген. Кейбір аз жылдамдықта өлшеуші көпірше тепе-теңдікте болады да, платиналы сымтемірдің  кедергісі мәнінде сақталады. Ағын жылдамдығы артқан жағдайда, сымтемір суи бастайды да, оның кедергісі кемиді, ал көпірше тепе-теңдікте болмайды. Көпіршені тепе-теңдік жағдайына келтіру үшін сымтемірді ысыту арқылы кедергісін арттыру керек, яғни амперметрдегі ток тізбегін арттыру керек, жылдамдықтың артуына ток J ұлғаяды.

Алдын ала аспаптың тарировкасын жасап және қисық сызықты байланыстығын J=f(u) тұрғызып (4.20-сурет), термоанемометр мен сұйықтың жылдамдығын қай нүкте болатынын анықтайды. Себебі, датчиктің кішкентай және аз жылу инерциясында болады, онда термоанемометрмен құбыр қабырғасының жақын жеріндегі пульсация құрайшысы жылдамдығын өлшеуге болады.

 

                 

                                         4.19-сурет                                          4.20-сурет

 

 

Жоғарыда айтылған екі өлшеуші тәсіл тек су температурасы тұрақты болған жағдайда таририовкасы жасалған, ал басқа жағдайда өлшеуіш сұлбасына температураның әсерін тең келтіру үшін элемент немесе есепке алынатын коэффициент енгізу керек.

 

 

 

 

Бақылау сұрақтары

 

2. Тегеурінді және тегеурінсіз ағынды судың өтімін өлшеу үшін қандай аспаптарды білесіз?
3. Қандай аспаптармен толық, артық қысымдарды және вакуумды өлшейді?

Ағынның жергілікті жылдамдығын қандай аспаптармен өлшейді?