Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Гидропневматические машины и приводы»


НазваниеМетодические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «Гидропневматические машины и приводы»
страница1/10
Дата публикации24.09.2013
Размер1.06 Mb.
ТипМетодические указания
referatdb.ru > Математика > Методические указания
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Методические указания





Форма

Ф СО ПГУ 7.18.2/05


Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Кафедра механики


Методические указания
к лабораторным занятиям
по дисциплине «Гидропневматические машины и приводы»
для студентов специальности
050724 – Технологические машины и оборудование

Павлодар

Лист утверждения к

методическим указаниям





Форма

Ф СО ПГУ 7.18.1/05



УТВЕРЖДАЮ

Декан ФММиТ

____________ Т. Т. Токтаганов

«___» _______ 20 г.


Составитель: канд. техн. наук, профессор__________ В. В. Рындин

Кафедра механики


^ Методические указания
к лабораторным занятиям по дисциплине

«Гидропневматические машины и приводы»
для студентов специальности
050724 – Технологические машины и оборудование

Рекомендовано на заседании кафедры «____»_______20 __г.

Протокол № __
Заведующий кафедрой _____________А.Х. Мустафин
Одобрено учебно-методическим советом факультета металлургии, машиностроения и транспорта
«____»_________ 20 __ г. Протокол №___
Председатель УМС ___________ Ж.Е. Ахметов


^ Лабораторная работа № 1
Изучение способов измерения гидростатического давления
Цель работы

1 Ознакомление с приборами для измерения давления (пьезометром, манометром, вакуумметром, дифференциальным манометром).

2 Практическое использование манометров и пьезометров для измерения избыточного (манометрического) давления и разрежения (недостатка давления до атмосферного).
^ Вводная часть
Величину, равную отношению массы однородного вещества к его объёму, называют плотностью:

, [] = 1 кг/м3.

Плотность численно равна массе вещества, заключённого в единице объёма. Килограмм на кубический метр равен плотности однородного вещества, масса которого при объёме 1 м3 равна 1 кг.

Плотность пресной воды при температуре 4 оС: = 1000 кг/м3; при нуле градусов плотность воды меньше (999,87 кг/м3). Из-за такой аномальной зависимости плотности воды от температуры более холодные слои находятся у поверхности водоёма, а на глубине сохраняется постоянная температура 4 оС, в результате чего глубокие водоёмы не промерзают до дна.

Плотность спирта 900 кг/м3; плотность ртути 13 590 кг/м3 при 0 оС.

Давлениевеличина, равная отношению элементарной силы, действующей на элемент поверхности нормально к ней, к элементарной площади этого элемента1: .


При равномерном распределении силы ^ F по поверхности площадью A давление выражается формулой:

.

Единица давления СИ: [p] = [F] / [S] = 1 H/1 м2 = 1 Па.

Единице давления СИ присвоено специальное наименование паскаль (Па) в честь французского математика Блеза Луи Паскаля (1623 – 1662).

Паскаль равен давлению, вызываемому силой 1 Н, равномерно распределённой по поверхности площадью 1 м^ 2, расположенной перпендикулярно силе.

Давление 1 Па по сравнению с атмосферным давлением очень маленькая величина и для практического пользования используется внесистемная единица бар

1 бар = 105 Па = 0,1 МПа 750 мм рт. ст.

В технической литературе прошлых лет издания, а также при проведении измерений использовались (и до сих пор используются, хотя не рекомендуются) в качестве единицы давления техническая атмосфера (единица системы МКГСС) и внесистемные единицы: бар, физическая атмосфера (атмосфера физическая), мм рт. ст и мм вод. ст (с помощью последних измеренное давление сравнивают с давлением столба жидкости – воды, ртути, спирта).

Связь между различными единицами давления следующая:

^ 1 атмосфера техническая = 1 ат = 1 кгс/см2 = 0,981105 Па = 735,6 мм рт. ст =

= 10 м вод. ст; 1 ат ≈ 0,1 МПа;

1 атмосфера физическая = 1 атм = 760 мм рт. ст = 101325 Па = 1,033 ат =
= 10,33 м вод.ст;

1 мм вод. ст = 9,81 Па; 1 мм рт. ст = 133,322 Па.

Различают абсолютное давление p (в дальнейшем – просто давление), барометрическое или атмосферное давление pб = pа , измеряемое барометром, избыточное давление pи, измеряемое манометром, и разрежение рр (не следует применять термин “вакуум вместо разрежения, т. к. вакуум не является физической величиной – это состояние материи), измеряемое вакуумметром.

На рисунке 1 представлена графическая связь между рассмотренными видами давления, а на рисунке 2 показаны способы их измерения.

^ Избыточным давлением называется разность между давлением газа в сосуде и атмосферным давлением

pи = p – pа.

Если давление в сосуде меньше атмосферного, то разность между атмосферным давлением и давлением в сосуде называется разрежением:

pр = pа p.

Из этой формулы видно, что минимальное разрежение равно нулю (давление в сосуде равно атмосферному), а максимальное – атмосферному (давление в сосуде равно нулю). Поскольку атмосферное давление не постоянно, то и максимальное разрежение не является постоянной величиной. Возникает вопрос: может ли вакуумметр показать разрежение больше 760 мм рт.ст? Ответ: может, если атмосферное давление в момент измерения превышает
760 мм рт.ст.




Рисунок 2

Давление (абсолютное) в любой точке жидкости на глубине определяется по основному уравнению гидростатики

,

где – давление на свободной поверхности жидкости (если сосуд открыт, то оно равно атмосферному);

– объёмный вес жидкости.
^ Приборы для измерения давления
Для измерения атмосферного давления используются барометры.

Для измерения избыточного давления используют манометры, а для разрежения – вакуумметры.

Для измерения как избыточного давления, так и разрежения используются мановакуумметры.

Для измерения разности давлений служат дифференциальные манометры.

Для измерения малого избыточного давления и разрежения используются микроманометры.

К жидкостным относятся приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым весом столба жидкости, высота которого служит мерой давления.

U-образный манометр представляет собой U-образную стеклянную трубку, заполненную до некоторого уровня мерной жидкостью (спирт, ртуть, вода). Конец одной ветви манометра открыт в атмосферу. Разность высот уровней рабочей жидкости в ветвях является показанием прибора.



Рисунок 3 Рисунок 4

Абсолютное давление в точке А (рис. 3) определится выражением

,

где – избыточное давление в точке ^ А.

Абсолютное давление в точке А (рис. 4) определится выражением

,

где разрежение (недостаток давления до атмосферного).

Поправкой на капиллярность для U-образного манометра обычно пренебрегают.

Пьезометр применяется для измерения избыточного давления и разрежения, и представляет собой стеклянную трубку с открытым в атмосферу верхним концом, внутренний диаметр которого 10–15 мм, что позволяет исключить возможную ошибку от капиллярного поднятия жидкости. Нижний конец пьезометра соединяется с местом измерения избыточного давления. На рисунке 5 изображен пьезометр для измерения внутреннего давления. Под действием избыточного давления в сосуде жидкость поднимется на высоту h, измеряемую по линейной шкале, установленной строго вертикально. Избыточное давление в точке А жидкости , а абсолютное давление в этой точке А .



Рисунок 5 Рисунок 6
Высота столба жидкости (м) носит название пьезометрической высоты

.

Для измерения вакуума применяется так называемый обратный пьезометр или вакуумметр, представляющий собой изогнутую трубку ^ 2, один конец которой соединён с областью вакуума 1, а другой нижний конец трубки опускается в открытый сосуд 3, заполненный жидкостью (рисунок 6).

Так как давление в сосуде 1 меньше атмосферного, жидкость в трубке поднимается на некоторую высоту называемую вакуумметрической высотой.



Рисунок 7
Чашечный манометр (рис.7) представляет собой модификацию
U-образного манометра. Одна из ветвей которого поднимается на высоту h. Нуль шкалы прибора помещен на уровне мениска мерной жидкости в трубке при атмосферном давлении, на поверхности мерной жидкости в чашке; такой способ установки нуля дает возможность учесть поправку на капиллярность.

Избыточное давление на уровне рабочей жидкости в чашке прибора:

где h - показания прибора,

- поправка на положение уровня рабочей жидкости в чашке,

d - диаметр трубки прибора, D - диаметр чашки.

Обычно , а поправкой на положение уровня в чашке, можно пренебречь.

Преимущество чашечного манометра перед U-образным в том, что первый имеет постоянно «0» и не требует измерения нескольких высот для определения давления.

Барометрическое (атмосферное) давление измеряют барометрами различных конструкций. Барометры могут быть жидкостными и металлическими. Жидкостные барометры чаще всего бывают ртутными.

На рисунке 8 показаны схемы чашечного (а) и сифонного (б) ртутных (жидкостных) барометров. Принцип действия этих приборов очень прост.

Меняющееся с течением времени атмосферное (барометрическое) давление, действуя на открытую поверхность ртути, поднимает или опускает столбик ртути в трубке, из другого конца которой полностью удален воздух. Трубка обычно снабжена шкалой для отсчета давления.

Широкое распространение получили также металлические барометры Внешний вид такого барометра и его внутреннее устройство показаны на рисунке 9.

^ А – гофрированная металлическая коробка (мембрана), из которой выкачан воздух; В – стрелка, которая связана с мембранной системой рычагов При расширении или сжатии коробки под действием изменяющегося атмосферного давления стрелка перемещается по шкале С прибора. Отсчет по шкале дает значение давления (в паскалях или миллиметрах ртутного столба).



Рисунок 9 – Металлический барометр-анероид

а – внешний вид барометра, б – схема внутреннего устройства

Избыточное давление, называемое также манометрическим, измеряется манометрами, которые бывают жидкостными или пружинными.

Самым простым жидкостным манометром является пьезометр (рис. 2), принцип действия которого был рассмотрен ранее. Он служит для измерения небольших давлений жидкости в сосудах.

Для измерения давления газов, которые находятся также под небольшим избыточным давлением, применяются жидкостные манометры в виде U образной трубки, заполняемой рабочей жидкостью (спирт, вода, ртуть) до некоторого уровня (см. рис. 2, 3 и 10). Один конец трубки сообщается с сосудом, в котором необходимо измерить давление, другой конец сообщается с атмосферой.

По значению перепада h уровней рабочей жидкости в U-образной трубке судят о величине избыточного давления. На рисунке 10 давление в сосуде больше атмосферного, так как h > 0. Избыточное давление в сосуде , где – плотность мерной (рабочей) жидкости в манометре.

Для измерения значительных величин избыточных давлений жидкостей или газов применяются пружинные манометры, в которых давление воспринимается упругим рабочим элементом (мембраной или трубчатой пружиной).

Рабочим элементом мембранного манометра (рис. 11, а) является гофрированная металлическая мембрана W, воспринимающая избыточное давление. Системой рычагов она связана со стрелкой, передвигающейся по шкале.



Рисунок 11 – Схемы манометров

а – мембранного; б – трубчатого
Рабочим элементом трубчатого манометра (рис. 11, б) является изогнутая трубка R (пружина). Ее свободный конец через систему рычагов связан со стрелкой. Под действием изменяющегося избыточного давления труба распрямляется или сворачивается, передвигая стрелку по шкале.

В пружинных манометрах деформация упругого элемента (полая трубка, мембрана и т. п.) (рис.11), вызванная давлением, по закону Гука, пропорциональна давлению и служит его мерой. В манометре с одновитковой трубчатой пружиной (манометр Бурдона), основной деталью является согнутая по дуге окружности полая трубка, имеющая на конце овальную форму. Большая ось овала перпендикулярна плоскости оси трубки. Один из концов трубки запаян. Измеренное давление передается внутрь трубке через второй открытый конец. Под действием давления овальное сечение трубки деформируется: большая ось вала уменьшается, малая увеличивается.

При такой деформации каждого сечения трубки появляется момент М разгибающий эту трубку. Стрелка прибора, связанная со свободным концом трубки, через передаточный механизм, поворачивается на некоторый угол пропорциональный измеренному давлению.

Важными преимуществами пружинных приборов по сравнению с жидкостными, является портативность, универсальность, огромный диапазон измеряемых давлений. Недостатком является нестабильность их показаний, вызываемая рядом причин: изменением упругости деформируемого элемента, износ передаточного механизма. В связи с чем возникает необходимость периодически определять поправку, компенсирующую систематическую погрешность прибора.

В технике часто возникает необходимость определения перепада (разности) давлений, например, в двух сосудах, двух трубопроводах или в двух точках одного трубопровода, расположенных на некотором расстоянии друг от друга.

Для этой цели применяются дифференциальные манометры (дифманометры). На рисунке 12 видно, что давление в трубопроводе ^ 1 больше, чем в трубопроводе 2.

Разность давлений определяется по величине перепада уровней рабочей жидкости h в коленах дифманометра и вычисляется по формуле

(1-25)

где — разность (перепад) давлений;

плотность рабочей жидкости;— плотность жидкости (или газа) в сосудах (трубопроводах); h — перепад уровней в коленах дифманометра.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Похожие рефераты:

Рабочая программа дисциплины «Гидропневматические машины и приводы»

Сведения об укомплектовании педагогическими и преподавательскими кадрами
Сапр технологических машин, гидропневматические машины и приводы, технические средства автоматики
Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине

Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине

Методические рекомендации и указания к лабораторным занятиям по дисциплине...
«Ремонт технологических машин» для студентов специальности 050724 «Технологические машины и оборудование»
Методические рекомендации по изучению дисциплины Гидропневматические...
Титульный лист методических рекомендаций и указаний, методических рекомендаций, методических указаний
Методические указания к лабораторным занятиям и кср при изучении специального курса
Альгология: метод указания к лабораторным занятиям и кср при изучении спецкурса / авт сост. А. К. Храмцов. – Минск : бгу, 2010. –...
Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Основы научных исследований»
Методические указания предназначены для студентов специальности 050724 «Технологические машины и оборудование»
Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине Судебная...
Эксперт своим заключением помогает следователю и суду выяснить обстоятельства дела, не вдаваясь при этом в их юридическую оценку
Методические указания к лабораторным занятиям по дисциплине «методы анализа пищевых продуктов»
Разработано преподавателями кафедры «Стандартизация и биотехнология» к т н. Сатиевой Б. Г., Бепеевой А. Е

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза