2-bob. Suyuqlik o'lchagichlar

Insoniyat uchun suv ta'minoti masalalari har doim juda muhim bo'lib kelgan va ular shaharlarning rivojlanishi va ulardagi ko'rinishi bilan alohida ahamiyatga ega bo'lgan. turli xil ishlab chiqarishlar. Shu bilan birga, suv bosimini o'lchash muammosi, ya'ni nafaqat suv ta'minoti tizimi orqali suv ta'minotini ta'minlash, balki turli mexanizmlarni ishga tushirish uchun zarur bo'lgan bosim tobora dolzarb bo'lib qoldi. Kashfiyotchining sharafi eng yirik italiyalik rassom va olim Leonardo da Vinchiga (1452-1519) tegishli bo'lib, u quvurlardagi suv bosimini o'lchash uchun birinchi bo'lib piezometrik trubadan foydalangan. Afsuski, uning "Suvning harakati va o'lchovi to'g'risida" asari faqat 19-asrda nashr etilgan. Shu sababli, birinchi marta suyuqlik manometrini 1643 yilda Galileo Galileyning shogirdlari Torricelli va Viviai tomonidan 1643 yilda yaratilgan deb qabul qilinadi, ular simobning simob xususiyatlarini o'rganayotganda, uning mavjudligini aniqladilar. atmosfera bosimi. Simob barometri shunday tug'ilgan. Keyingi 10-15 yil ichida Frantsiyada (B. Paskal va R. Dekart) va Germaniyada (O. Guericke) har xil turdagi suyuqlik barometrlari, shu jumladan, suv bilan to'ldirilganlar yaratildi. 1652 yilda O. Guericke ikki otlar jamoasini (mashhur "Magdeburg yarim sharlari") ajrata olmaydigan pompalanadigan yarim sharlar bilan ajoyib tajriba orqali atmosferaning tortishish kuchini ko'rsatdi.

Fan va texnikaning yanada rivojlanishi paydo bo'lishiga olib keldi katta raqam suyuqlik manometrlari har xil turlari, ishlatilgan;: hozirgacha ko'plab sohalarda: meteorologiya, aviatsiya va elektrovakuum texnologiyasi, geodeziya va geologiya-qidiruv, fizika va metrologiya va boshqalar. Biroq, suyuqlik manometrlarining ishlash printsipining bir qator o'ziga xos xususiyatlari tufayli, ularning solishtirma og'irlik boshqa turdagi bosim o'lchagichlari bilan solishtirganda nisbatan kichik va kelajakda kamayishi mumkin. Shunga qaramay, ular atmosfera bosimiga yaqin bosim oralig'ida ayniqsa yuqori aniqlikdagi o'lchovlar uchun ajralmas hisoblanadi. Suyuqlik manometrlari boshqa qator sohalarda (mikromanometriya, barometriya, meteorologiya va fizik-texnikaviy tadqiqotlarda) o'z ahamiyatini yo'qotmagan.

2.1. Suyuqlik manometrlarining asosiy turlari va ularning ishlash tamoyillari

Suyuqlik manometrlarining ishlash printsipini U shaklidagi suyuqlik manometri misolida ko'rsatish mumkin (2-rasm). 4, a ), ikkita bir-biriga bog'langan vertikal quvurlar 1 va 2 dan iborat,

yarmi suyuqlik bilan to'ldirilgan. Gidrostatika qonunlariga muvofiq, teng bosim bilan R men va p 2 ikkala trubadagi bo'sh suyuqlik sirtlari (meniskuslar) joylashadi I-I daraja. Bosimlardan biri boshqasidan oshsa (R\ > p 2), keyin bosim farqi trubadagi suyuqlik darajasining pasayishiga olib keladi 1 va shunga mos ravishda, kolbadagi ko'tarilish 2, muvozanat holatiga erishilgunga qadar. Shu bilan birga, darajada

II-P muvozanat tenglamasi shaklini oladi

Ap \u003d pi -p 2 \u003d H R "g, (2.1)

ya'ni bosim farqi suyuqlik ustunining balandligi bosimi bilan aniqlanadi H r zichligi bilan.

Bosimni o'lchash nuqtai nazaridan tenglama (1.6) asosiy hisoblanadi, chunki bosim oxir-oqibatda asosiy bosim bilan belgilanadi. jismoniy miqdorlar- massa, uzunlik va vaqt. Bu tenglama istisnosiz barcha turdagi suyuqlik manometrlari uchun amal qiladi. Bu suyuqlik bosim o'lchagichi bosim o'lchagichi degan ta'rifni nazarda tutadi, unda o'lchangan bosim ushbu bosim ta'sirida hosil bo'lgan suyuqlik ustunining bosimi bilan muvozanatlanadi. Suyuqlik manometrlaridagi bosim o'lchovi ekanligini ta'kidlash muhimdir

suyuqlik stolining balandligi, bu holat mm suv bosimi birliklarining paydo bo'lishiga olib keldi. Art., mm Hg Art. suyuq manometrlarning ishlash printsipidan tabiiy ravishda kelib chiqadigan va boshqalar.

Stakan suyuqlik manometri (4-rasm, b) bir-biriga bog'langan stakanlardan iborat 1 va vertikal quvur 2, bundan tashqari, kubokning tasavvurlar maydoni trubkadan sezilarli darajada kattaroqdir. Shuning uchun, bosim farqi ta'siri ostida Ar Kosadagi suyuqlik darajasining o'zgarishi naychadagi suyuqlik darajasining ko'tarilishidan ancha past: H\ = H r f/F, qayerda H ! - stakandagi suyuqlik darajasining o'zgarishi; H 2 - naychadagi suyuqlik darajasining o'zgarishi; / - trubaning tasavvurlar maydoni; F - kubokning kesma maydoni.

Demak, o'lchangan bosimni muvozanatlashtiruvchi suyuqlik ustunining balandligi H - H x + H 2 = # 2 (1 + f/F), va o'lchangan bosim farqi

Pi - Rg = H 2 p ?-(1 +f/F ). (2.2)

Shuning uchun, ma'lum koeffitsient bilan k= 1 + f/F bosim farqi bir kolbadagi suyuqlik darajasining o'zgarishi bilan aniqlanishi mumkin, bu o'lchash jarayonini soddalashtiradi.

Ikki stakanli manometr (4-rasm, ichida) moslashuvchan shlang bilan bog'langan ikkita stakandan iborat 1 va 2 ulardan biri qattiq mahkamlangan, ikkinchisi esa vertikal yo'nalishda harakatlanishi mumkin. Bir xil bosim bilan R\ va p 2 krujkalar va shuning uchun suyuqlikning erkin yuzalari bir xil darajada I-I. Agar a R\ > R 2 keyin stakan 2 (2.1) tenglamaga muvofiq muvozanatga erishilgunga qadar ko'tariladi.

Barcha turdagi suyuqlik manometrlarining ishlash printsipining birligi ularning har qanday turdagi bosimni - mutlaq va o'lchagichni va bosim farqini o'lchash imkoniyati nuqtai nazaridan ularning ko'p qirraliligini belgilaydi.

Mutlaq bosim o'lchanadi, agar p 2 = 0, ya'ni kolbadagi suyuqlik sathidan yuqori bo'shliq bo'lganda 2 pompalanadi. Keyin manometrdagi suyuqlik ustuni naychadagi mutlaq bosimni muvozanatlashtiradi

i,T.e.p a6c =tf p g.

Haddan tashqari bosimni o'lchashda quvurlardan biri atmosfera bosimi bilan aloqa qiladi, masalan, p 2 \u003d p tsh. Agar kolbadagi mutlaq bosim bo'lsa 1 atmosfera bosimidan ko'proq (R i >p aT m)> keyin (1.6) ga muvofiq naydagi suyuqlik ustuni 2 kolbadagi ortiqcha bosimni muvozanatlash 1 } ya'ni p va = H R g: Agar, aksincha, p x < р атм, то столб жидкости в трубке 1 salbiyning o'lchovi bo'ladi ortiqcha bosim p va = -H R g.

Har biri atmosfera bosimiga teng bo'lmagan ikkita bosim o'rtasidagi farqni o'lchashda o'lchov tenglamasi: Ap \u003d p \ - p 2 - \u003d H - R "g. Oldingi holatda bo'lgani kabi, farq ham ijobiy, ham salbiy qiymatlarni olishi mumkin.

Bosim o'lchash asboblarining muhim metrologik xarakteristikasi o'lchov tizimining sezgirligi bo'lib, o'lchovlar va inertiya vaqtida o'qish aniqligini aniqlaydi. Manometrik asboblar uchun sezuvchanlik asboblar ko'rsatkichlari o'zgarishining uni keltirib chiqargan bosim o'zgarishiga nisbati sifatida tushuniladi (u = AN/Ar) . Umuman olganda, sezgirlik o'lchov oralig'ida doimiy bo'lmaganda

n = lim at Ar -*¦ 0, (2.3)

qayerda AN - suyuqlik manometrining ko'rsatkichlarini o'zgartirish; Ar bosimning mos keladigan o'zgarishidir.

O'lchov tenglamalarini hisobga olgan holda biz quyidagilarni olamiz: U shaklidagi yoki ikki stakanli manometrning sezgirligi (4-rasmga qarang, a va 4, c)

n =(2A ' a ~>

chashka bosim o'lchagichning sezgirligi (4-rasmga qarang, b)

R-gy \llF) ¦ (2 " 4 ’ 6)

Qoida tariqasida, tez-tez bosim o'lchagichlari uchun F »/, shuning uchun U shaklidagi manometrlarga nisbatan ularning sezgirligining pasayishi ahamiyatsiz.

Tenglamalardan (2.4, a ) va (2.4, b) shundan kelib chiqadiki, sezuvchanlik butunlay suyuqlikning zichligi bilan belgilanadi. R, qurilmaning o'lchash tizimini to'ldirish. Ammo, boshqa tomondan, (1.6) ga muvofiq suyuqlikning zichligi qiymati manometrning o'lchov diapazonini aniqlaydi: u qanchalik katta bo'lsa, o'lchovlarning yuqori chegarasi shunchalik katta bo'ladi. Shunday qilib, o'qish xatosining nisbiy qiymati zichlik qiymatiga bog'liq emas. Shuning uchun sezgirlikni va shuning uchun aniqlikni oshirish uchun suyuqlik sathining holatini bosim o'lchagich shkalasiga nisbatan ko'z bilan aniqlashdan tortib, turli xil ishlash printsiplari asosida ko'plab o'qish moslamalari ishlab chiqilgan (o'qish xatosi taxminan 1). mm) va eng aniq shovqin usullarini qo'llash bilan yakunlanadi (o'qish xatosi 0,1-0,2 mkm). Ushbu usullarning ba'zilarini quyida topishingiz mumkin.

(1.6) ga muvofiq suyuqlik manometrlarining o'lchov diapazonlari suyuqlik ustunining balandligi, ya'ni manometrning o'lchamlari va suyuqlikning zichligi bilan belgilanadi. Hozirgi vaqtda eng og'ir suyuqlik simob bo'lib, uning zichligi p = 1,35951 10 4 kg / m 3 ga teng. 1 m balandlikdagi simob ustuni taxminan 136 kPa bosimni rivojlantiradi, ya'ni atmosfera bosimidan ancha yuqori bo'lmagan bosim. Shuning uchun, 1 MPa tartibli bosimlarni o'lchashda bosim o'lchagichning o'lchamlari balandligi bo'yicha uch qavatli binoning balandligi bilan taqqoslanadi, bu strukturaning haddan tashqari kattaligi haqida gapirmasa ham, muhim operatsion noqulayliklarni keltirib chiqaradi. Shunga qaramay, o'ta yuqori simobli manometrlarni yaratishga urinishlar qilingan. Jahon rekordi Parijda o'rnatildi, u erda mashhur dizaynlar asosida eyfel minorasi simob ustunining balandligi taxminan 250 m bo'lgan bosim o'lchagich o'rnatildi, bu 34 MPa ga to'g'ri keladi. Hozirgi vaqtda ushbu bosim o'lchagich foydasizligi sababli demontaj qilingan. Biroq, Germaniyaning Fizika-texnika institutining o'zining metrologik xususiyatlari bo'yicha noyob simob manometri xizmat qilishda davom etmoqda. IO-qavatli minoraga o'rnatilgan ushbu bosim o'lchagich 0,005% dan kam aniqlik bilan 10 MPa yuqori o'lchov chegarasiga ega. Simob manometrlarining aksariyati 120 kPa va faqat ba'zan 350 kPa gacha bo'lgan yuqori chegaralarga ega. Nisbatan kichik bosimlarni (10-20 kPa gacha) o'lchashda suyuq manometrlarning o'lchash tizimi suv, spirt va boshqa engil suyuqliklar bilan to'ldiriladi. Bunday holda, o'lchov diapazonlari odatda 1-2,5 kPa (mikromanometr) ga etadi. Bundan ham pastroq bosimlar uchun murakkab o'qish moslamalaridan foydalanmasdan sezgirlikni oshirish usullari ishlab chiqilgan.

Mikromanometr (5-rasm), chashkadan iborat I trubka 2 ga ulangan, burchak ostida o'rnatilgan a gorizontal darajaga

Men. Agar, teng bosim bilan pi va p 2 chashka va trubadagi suyuqlikning sirtlari I-I darajasida edi, keyin kubokdagi bosimning oshishi (R 1 > Pr) idishdagi suyuqlik darajasining pasayishiga va trubkada ko'tarilishiga olib keladi. Bunday holda, suyuqlik ustunining balandligi H 2 va uning uzunligi trubaning o'qi bo'ylab L2 munosabat bilan bog‘liq bo‘ladi H 2 \u003d L 2 gunoh a.

Suyuqlikning uzluksizligi tenglamasi berilgan H, F \u003d b 2 /, mikromanometr uchun o'lchov tenglamasini olish qiyin emas

p t -p 2 \u003d N p "g \u003d L 2 r h (sina + -), (2,5)

qayerda b 2 - naychadagi suyuqlik darajasini o'z o'qi bo'ylab harakatlantirish; a - trubaning gorizontalga egilish burchagi; qolgan belgilar bir xil.

(2.5) tenglama gunoh uchun ekanligini bildiradi a « 1 va f/F « Naychadagi suyuqlik darajasining 1 marta siljishi o'lchangan bosimni muvozanatlash uchun zarur bo'lgan suyuqlik ustunining balandligidan ko'p marta oshadi.

(2.5) ga muvofiq e?imli trubka bilan mikromanometrning sezgirligi.

(2.6) dan ko'rinib turibdiki, gorizontal trubkali mikromanometrning maksimal sezgirligi (a = O)

ya'ni chashka va naychaning joylariga nisbatan, ko'proq da U shaklidagi manometr.

Sezuvchanlikni oshirishning ikkinchi usuli - bosimni ikkita aralashmaydigan suyuqlik ustuni bilan muvozanatlash. Ikki stakanli manometr (6-rasm) suyuqliklar bilan to'ldirilgan bo'lib, ularning chegarasi

Guruch. 6. Ikkita suyuqlikli ikki stakanli mikromanometr (p, > p 2)

bo'lim kubogi 2. Qachon qo'shni quvur vertikal bo'limi ichida edi pi = p 2 I-I darajadagi bosim

Salom Pi -H 2 R 2 (Pi>R2)

Keyin kubokdagi bosim kuchayishi bilan 1 muvozanat tenglamasi shunday ko'rinishga ega bo'ladi

Ap=pt -p 2 =D#[(P1 -p 2) +f/F(Pi + Pr)] g, (2.7)

bu yerda px - kosa 7dagi suyuqlikning zichligi; p 2 - stakan 2 dagi suyuqlikning zichligi.

Ikki suyuqlik ustunining ko'rinadigan zichligi

Pk \u003d (Pi - P2) + f/F (Pi + Pr) (2,8)

Agar Pi va p 2 zichliklari bir-biriga yaqin qiymatlarga ega bo'lsa, a f/F". 1, keyin ko'rinadigan yoki samarali zichlik p min = ga kamayishi mumkin f/F (R i + p 2) = 2p x f/F.

rr p k * %

Bu erda p k - (2.8) ga muvofiq ko'rinadigan zichlik.

Avvalgidek, sezuvchanlikni bu yo'llar bilan oshirish suyuqlik manometrining o'lchash diapazonlarini avtomatik ravishda qisqartiradi, bu esa ularni mikromanometr ™ maydoniga cheklaydi. Shuningdek, ko'rib chiqilayotgan usullarning aniq o'lchovlar paytida harorat ta'siriga katta sezgirligini hisobga olgan holda, qoida tariqasida, suyuqlik ustunining balandligini aniq o'lchashga asoslangan usullar qo'llaniladi, garchi bu suyuqlik manometrlarini loyihalashni qiyinlashtiradi.

2.2. Suyuqlik manometrlarining ko'rsatkichlari va xatolariga tuzatishlar

Ularning aniqligiga qarab, ish sharoitida kalibrlash sharoitidan og'ishlarni, o'lchanadigan bosim turini va o'ziga xos bosim o'lchagichlarning elektron sxemasining xususiyatlarini hisobga olgan holda, suyuqlik bosimi o'lchagichlarini o'lchash tenglamalariga tuzatishlar kiritish kerak.

Ishlash shartlari o'lchov joyidagi harorat va erkin tushish tezlashishi bilan belgilanadi. Harorat ta'sirida bosimni muvozanatlashda ishlatiladigan suyuqlikning zichligi ham, o'lchov uzunligi ham o'zgaradi. O'lchov joyidagi tortishish tezlashishi, qoida tariqasida, unga mos kelmaydi normal qiymat kalibrlashda olinadi. Shuning uchun bosim

P=Rp }