Файл: Бошняк, Л. Л. Измерения при теплотехнических исследованиях.pdf

чительно большей величины. После балансировки моста эта цепь замыкается и возникает определенный разбаланс, который можно рассматривать как имитацию некоторой рабочей деформации. Изме­ нение сопротивления ДR, вызывающее разбаланс, определится как

тивление шунта. Требуемая величина ДR определяется по заданной I из формулы (IX.4)

ДR ^ n ^ R j .

Из последних двух выражений определяется Rm при заданных IJeR,

R 1 и Т

Другой метод заключается в использовании градуировочной балочки, на которой монтируется один или два тензоэлемента взаимо­ заменяемые с рабочими элементами R ± и R 2 (рис. 82, б). Прогиб балочки подсчитывается по известным формулам для изгиба консоль­ ных балок в зависимости от приложенного усилия. В процессе гра­ дуирования балочку нагружают различными силами и регистируют значения выходного сигнала всей измерительной цепи. При создании переменной во времени нагрузки можно снимать опытные амплитудночастотные характеристики цепи.

Кроме непосредственного определения деформации наклеивае­ мые тензопреобразователи широко используются для измерения нагрузок, усилий, крутящих моментов, давлений, температур и других физических величин, действие которых может быть преоб­ разовано в малые перемещения (прогибы). При этом в качестве пред­ варительных преобразователей применяются различные упругие элементы с укрепленными на них тензопреобразователями. Сведения о конструкциях подобных устройств и их технические характеристики

и газов имеет большое значение в экспериментальной технике. Давление обычно определяется как сила, действующая на единицу поверхности. С физической точки зрения давление идеального газа на твердую стенку есть результат столкновения молекул газа со стенкой. В таком газе величина давления определяется средней

туры, а число соударяющихся со стенкой молекул зависит от плот­ ности газа. Связь между давлением р, температурой Т и плотностью р

262

Давление и температура полностью определяют термодинамиче­ ское состояние газа; зная их, можно определить плотность, вязкость, теплопроводность и другие физические величины, прямое измерение которых сложно или невозможно. При измерении давления разли­ чают абсолютное давление ра, избыточное давление р и разрежение ph. Под абсолютным давлением понимается полное давление, при ко­ тором находится жидкость или газ. Избыточное давление равно раз­ ности между абсолютным давлением и давлением в среде, окружаю­ щей измерительный прибор рср (причем ра >> рср). В большинстве случаев рср равно атмосферному давлению, определяемому по пока­ заниям барометра рн , тогда

Р = Р а ~ Р н -

Разрежение (вакуум) равно разности между атмосферным давле­ нием и абсолютным давлением, в случаях, когда рн >■ ра. Приборами для измерения давления служат манометры, для измерения давления и разрежения — мановакуумметры, для измерения разрежения — вакуумметры, а для измерения разности двух давлений (ни одно из которых не является давлением окружающей среды) дифференциаль­ ные манометры.

Независимо от конструктивного выполнения большинства мано­ метров, в основу их действия заложен принцип уравновешивания силы давления, приложенной к чувствительному элементу, внешней (известной) силой. В зависимости от способа создания уравновеши­ вающей силы такие манометры делятся на две группы: с уравновеши­ ванием силой веса и с уравновешиванием силами упругих деформа­ ций. На поверхность, воспринимающую измеряемое давление р, действует сила F

F = Зэфр,

где 5эф — эффективная площадь поверхности чувствительного эле­ мента, играющая здесь роль коэффициента первичного преобразо­ вания ПpF. Наибольшая стабильность S3(t, достигается в жидкостных, жидкостно-механических и поршневых манометрах с уравновеши­ ванием силы давления известной силой веса.

Простейшим прибором для измерения давления, разрежения или разности двух давлений является U-образный жидкостный манометр, схема которого приведена на рис. 83. Здесь разность давлений Др = = рх — р 2 уравновешивается весом столба манометрической жидко­ сти Ар = gpH, где р — плотность жидкости; Я — разница высот уровней в правом и левом колене манометра. Для уменьшения отсчи­ тываемого размера Я необходимо применять жидкости с большим удельным весом (воду, ртуть); однако, даже при использовании ртути верхний предел измерения обычно не превышает (2ч-3) 105 Па. В не­ которых случаях действительная величина Я не может быть измерена непосредственно и вместо нее используют высоту подъема жидкости в одном колене hv При этом действительная высота Я равна

"='•■(> + х ) -

263

где Si и S 2 — площади сечения колен. Следует иметь в виду, что при измерении высоты подъема жидкости в одном колене возникают специфические погрешности, вызванные ошибками изготовления внутренних каналов колен. В этом случае

(см. рис. 83). Если внутренние каналы выполнены с конусностью,

где второй сомножитель в квадратных скобках представляет собой практически неучитываемую составляющую ошибки, вызванную конусностью внутренних каналов колен. Для уменьшения влияния

т. е. при измерениях высоты подъема жидкости по одному колену U-образного манометра, внутренние диаметры каналов колен должны

двухтрубных и чашечных для измерения малых давлений (разреже-

264

ний) используются чашечные манометры с наклонной трубкой. Давле­ ние, определяемое по наклонному микроманометру, равно

микроманометры изготовляются для измерения давлений с верх­ ними пределами шкалы до 240 мм вод. ст. с переменным или постоян­ ным углом наклона трубки 20—50°; погрешность измерения — от ±0,5 до 2% от верхнего предела измерения. При точных измерениях

угол, а кольцевая трубка поворачивается на угол ср, так как ее пра­ вая сторона оказывается тяжелее левой. Состояние равновесия опре­

деляется равенством моментов Мдв = 2Л4сопр, где Мдв — момент относительно оси вращения от силы веса жидкости, переданной на поперечную перегородку через среду, заполняющую полости, а

^Мсопр — сумма моментов сопротивления вращению (от силы веса системы без жидкости, от силы сопротивления изгибу подводящих трубок, от силы трения в опоре и т. д.). Пренебрегая всеми состав­

ляющими ЦЛ4сопр, кроме силы веса системы, можно записать ста­ тическую характеристику кольцевых весов в виде

Ф = arcsin-R^S- Лр,

где R — средний радиус кольца; S — площадь сечения кольца; G — вес системы без жидкости; а — расстояние от оси вращения до центра тяжести системы без жидкости. Как видно из последнего выражения, кольцевые весы обладают существенно нелинейной ста­ тической характеристикой; для получения равномерной шкалы

265

движение от кольца к стрелке передается с помощью рычажно-ле­ кального механизма. Выходными преобразователями могут служить любые датчики перемещения (контактные, индуктивные, реостат­ ные) или пневматические датчики типа сопло—заслонка. Промыш­ ленностью выпускаются кольцевые весы с водяным и ртутным запол­ нением на пределы измерения до ±150—2500 мм вод. ст. с приведен­ ной погрешностью ± 1 —2%.

К группе манометров с уравновешиванием силы измеряемого давления силой тяжести также относятся колокольные [72] и грузо-

Рис. 85. Схема образцового грузо-поршневого манометра:

поршневые манометры. Последние, обеспечивая весьма высокую точность измерения, широко применяются для поверки и градуиро­ вания всех остальных типов манометров. Поверяемый манометр (рис. 85) присоединяется к одному из штуцеров, и открывается соот­ ветствующий кран. На грузоприемную тарелку кладется необходи­ мый груз. Давление под поршнем будет равно

где Gr — вес грузов; Gn — вес поршня с грузовой тарелкой; FB — вертикальная составляющая сил трения, приложенная к поршню; Sn — площадь поперечного сечения поршня. Поршень и канал цилиндра выполнены весьма правильной цилиндрической формы и подогнаны друг к другу с зазором в несколько микрон. Такой неу-

266