Зертханалық жұмыс №1 Тақырыбы: Гидростатикалық қысымды өлшеу тәсілін оқу. Жұмыс мақсаты: 1

2. Манометр мен пьезометр көмегімен тәжірибе жүзінде өлшеуді жүргізу:

а) артық қысымды (манометрмен);

б) вакуумдық қысымды (атмосфера қысымына жетпейтін қысым).

Кез келген нүктедегі тыныштық қүй сүйықтық қысымын алсақ та, оны гидростатиканың негізгі теқдеуімен анықтаймыз:

р=р₀+үһ, (1)

мүнда: р-абсолюттік (толық) гидростатикалық қысым;

р_о-еркін жатқан сүйықтық үстіндегі қысым; ү-сүйықтықтың меншікті салмағы;

һ-қаралатын нүктедегі сұйықтық баганының биіктігі.

Ауа атмосфера қысымынан, келісілген нольден бастап қысымды санаймыз ( 1 сурет).

Артық қысым деп - абсолютті қысымның, атмосфераның қысымнан артық болғанда айтамыз:

р_и=р – ра (2)

Атмосфера қысымына, қысым жетпесе оны - вакуумды қысым дейміз. Қысымды өлшеуші құралдар:

1. 
   Атмосфералық қысымды өлшеуші құрал-барометрлер.
   
2. 
   Артық р мен вакуумды р өлшеуші құралдар.
   

3. Қысымдардың айырмашылығын өлшейтін құралды- салыстырмалыманометр дейміз.

4. Аз өлшемдегі артық р мен вакуумды р өлшейтін қүрамды-микроманометр дейміз. Сурет 2 - Манометр

Сүйықтық қүралдарына жатады, әрі өлшенетін қысым теңестірілген қысымды өлшей отырып қысым шамасы ретінде сүйық салмақ бағанын қолдануға болады. Манометрлер- артық р өлшеу үшін (сурет 2). ІТ-үлгідегі манометрдің 17-үлгісі шыны түтік белгіленген деңгейге дейін жүмыс сүйықтығы (спирт, сынап) толтырылған. Бір үшы осы манометрдің өлшенетін орнына бекітілсе, екінші үшы ашық ауаға қалдырады. Екі тармақтағы биіктік деңгейі, тармақтағы жұмыс сұйықтығының айырмашылығы - қүрал көрсеткіші болып саналады.

Сол жақ тармақтағы жүмыс сұйықтығының қысымын сирету.

р = ρ _р g h (3)

ρ - жұмыс сүиықтығының тығыздығы.

Сүйықтықтың А нүктесіндегі артық қысымы р мен келесі формуламен анықталады:

р_Ư = ρ _р g һ + ρ g h (4)
Мұнда ρ _р - аспаптың оң және сол жақ тармақтарын толтыратын сұйықтык тығыздығы.

Пьезометр артык кысымды және сиретуді өлшеуге арналған. Оның ішкі саңылауының диаметрі 10-15 мм, бұл сұйықтықтың капиллярлық көтерілуінен болатын қателікті болдырмауга мүмкіндік береді. Пьезометрдің төменгі ұшы артық қысымды өлшеу орнымен қосылады. 3-ші суретте ішкі қысымды өлшеуге арналған пьезометр салынған. Артық қысымның әсерінен ыдыстағы сұйықтық сызықтық шкаламен өлшенетін биіктікке һ көтеріледі. Сұйықтықтың А нүктесіндегі артық қысым мынаған тең:

р = ρ _р g Һ, (Па) (5)

Пьезометрлік биіктік деп сұйықтық бағанының биіктік қысымын айтамыз.

Сурет 4 - Кері пьезометр

Вакуумды өлшеу үшін, кері пьеаометр немесе вакуумметр қолданылады (сурет 4). Иіліп келген түтік 2, вакууммен 1 жалғасқан. Түтіктін төменгі ұшы ашық түтікке - 3 батырылады, онда сұйықтық толтырылады.

ССурет 5 - Кеселік манометр

Кеселік манометр (сурет 5) Іі-үлгідегі манометр модификациясына үқсайды, бір тармағы кесемен ауыстырылған. Қысымның әсерінен жүмыс сүйықтығы шыны түтіктегі һ - биіктікке көтеріледі. Қүралдың ноль шкаласы, кесе бетіндегі жүмыс сүйықтығы атмосфералық қысым кезінде, түтіктегі жүмыс сүйықтығы орналасқан мениске деңгейіне орналастырады. Мүндай нольдік тәсілді қондыру кезінде, капиллярдағы түзетуді есепке алған жөн.

Кеседегі жүмысхүйықтығының деңгейінде, артық қысым

р_Ư = ρ _р g (һ + Δh₂) (7)

мүнда һ - қүрал көрсеткіші;

Δh₂=һd²/D² - түтікте сүйықтық

Δһ - биіктікке көтерілгенде кеседегі жүмыс сүйықтығының түзетілген мәліметі;

d - қүралдағы түтік саңылауы;

D- кесе саңылауы.

Мүнда D»d және Δһ₂ түзетілген деңгейлерді.

Кеселік манометр U-үлгідегіден артықшылығы, біріншісі «О» түраушы және қысымды өлшеу үшін бірнеше биіктіктерді өлшеуді талап өтпейді. Серпелі манометрлерде деформация бүл элементтердің тығыздығында (толық түтік, мембрана және т. б.). Сурет 6 қара.

Шақырылған қысым, бүл Гук зандылығы бойынша - қысымға тікелей пропорциональ және оның өлшемі ретінде қолданылады. Бір орамды серіппелі түтікті манометрде (Бурдон манометрі) негізгі тетік ретінде, майыстырылған жартылай түтікті доға, оның бір үшы сопақталау түрде келеді. Үлкен сопақша осі, осы түтіктің жазықты осіне перпендикулярлы келеді. Ал екінші үшы балқытылып бекітілген. Өлшенетін қысым, түтіктің ашық үшы арқылы беріледі.

Сурет 6 - Серіппелі манометр

Қысымның әсерінен түтіктің сопақша кесіндісі деформацияланады: үлкен білік осі кітірейіп, кішісі үлкейеді. Осындай деформация кезінде, түтік кесіндісінің әрбірінде (м), осы түтіктерді ажыратушы күй болып түрады. Прибордың көрсеткіші, түтіктін бос үшымен байланысқан, ол өлшенген қысымға, аз бүрышқа ығысады.

Серіппелі приборлардың суйыктық приборлардан айырмашылығы, ол ықшамдылығында, жекелігінде, өлшейтін қысымды кең диапозонда жүргізе алатындығында.

Ал кемшілігі, бұл түрақты көрсеткішті көрсете алмауы. Ол әртүрлі себебтермен түсіндіріледі: элементтердің деформациялық тығыздығының өзгергіштігінде, берілетін механизмдердің төзімсіздігі. Осылардың арқасында, әрдайым түзетілулер жасалады.

Халықаралық бірлік жүйесінде (СИ) қысымды Паскальмен өлшейді.

1 Па= 1 Н/м²= 10 ^-3кПа= 10 ^-6МПа 1КГ/см²=1ат=9,81*10⁴Па

1мм су. бағ.= 9,8Па

1мм сын.бағ.=133,ЗПа

γ_судын=9700Н/м³

γ_{сынаптын}=13600Н/м³

γ_{спирттын}=8000Н/м³

t =20 ⁰С болғанда

ρ -тығыздық, біртекті сүйықтықтардың көлемдегі бірлік салмағы.

g = 9,81м/c² ρ_судын=1000 кг/м³, ρ_{спирттын} =900, ρ_{сынаптын} = 13546 кг/м³

Зертханалық қондырғының сипаттамасы

Қондыргы екі ІІ-үлгідегі монометрден 6 мен 7, онда су мен спиртті сүйық толтырылған, бір үшы шыны түтік арқылы атмосферамен, ал екінші ұшы цилиндрлі ыдыспен байланысқан 2, онда сүйықта бар. Мүнда түтіктегі қысым өлшенеді ("К" нүктеде). Артық қысымды тудыру үшін, түтікті 2 атмосферамен байланысушы жерін бүрандамен бұрап жабамыз және бүранданы 1 ашамыз резенкелі груша көмегімен артық қысым түзіледі. 3 бұранда пьеаометр сүйықтық биіктігінің бағаның анықтау үшін. 5 бүранда суды жылдам ағысу насосы арқылы түтіктегі 8 қысымды сирету үшін.

Кері пьезометр 9, 8 түтік арқылы байланысқан, онда осы түтікте болатын қысымды көрсетеді.
Жүмысты орындаудың тәртібі

І.жүмысты бастамас бүрын, барлық бүрандалардың жабық екіндігіне көз жеткіз.

2.Резенкелі груша көмегі арқылы, 1 бүрандамен байланысқан резервуардағы 2 артық қысымды жасаймыз. Резервуарда артық қысымды жасаймыз. Резервуарда артық қысым 2 болады.

3. Екі манометрдегі 6 мен 7 сүйықтық баған деңгейлерін анықтаймыз жәнетікелей пьезометрмен байланысқан бүранданы ашамыз.

Менискідегі сүйықтық арқылы, шыны түтіктегі жүмыс сүйықтығы есептелінеді.

4. 
   Тәжірбиеден алынған мәліметтерді (һ_ь һ₂, һ₃, һ₄, һ₅) 1.1 кестеге толтырамыз. Жүйедегі қысымдарды теңестірілу 4 бүранда арқылы жүргізіледі, яғни бағандағы сүйықтың биіктігі бірдей болу керек .
   
5. 
   Тәжірибеіі қайтала, алынған мәліметті 1.1 кестеге толтыр.
   

6. 
   Тәжірбие нәтижелерін (һ_ь һ₂, һ₃, һ₄, һ₅) 1.1 кестеге толтырып болған соң, манометрдегі қысымдар 4 бүранда көмегімен теңестіріледі.
   

6. 
   Тәжірбиені қайтала. Мәліметтерді 1.1 кестеге толтыр.
   
7. 
   Жүйені бастапқы күйге келтір, барлық бүрандаларды жаб.
   

p_изб =ρg (һ₁ - һ₂); p_изб = ρg (һ₃-һ₄);

p_aбс = p_a + p_изб

2. Кері және тікелей пьеаометрбегі қысым келесі формула арқылы жабамыз:

p_изб =ρg (һ₆- R); p_изб = ρg (һ₅-R);
мұнда: R - цилиндрлі түтік радиусы 2;8.

3. Сіретілген қысымды келесі формуламен табамыз:

p_вак =ρg (һ₂ – һ₁); р_и = ρg (һ₄-һ₃);

Кесте 1.2. Есептеулердің нәтижелері

Түтіктегі сүйықтықта тік осінде бұрыштық жылдамдықпен тұрақты айналдырғанда салыстырмалы тепе-тендік пайда болады. Бұл кезде сұйықтық бөлшектері түтік ішінде де, бір-біріне ығыспайды, яғни түтік пен сүйықтық бір бағытта бірдей қозғалады. Сұйықтықтын салыстырмалы тепе-тендігін зерттегенде, қысымға тен заңдық бойынша, қысымның барлық жазықтықтағындағы және нүктедегі тендігі бірдей қысымды сезеді.

Жазык бетіндегі қысымның салыстырмалы теңдігі келесідей болады:

Ф_хах + Ф_у 0"у + Ф₂ о"2=0

(1)

өсьтегі х, у, 2 - проекциясы; сіх, ёу, &і - айналған кездегі нүктелердің координаталары. Цилиндірлі түтіктегі сұйықтықтың салыстырмалы тепе-тендігі, тік осьпен тұрақты-бүрыштық жылдамдықпен ш, айналдырамыз. Әрбір сұйықтық бөлшегіне екі күш салмағы әсер етеді: ауырлык күш пен инерция күші.

Сұйықтықтың еркін беті шыңы арқылы ыдыспен бірге айналатын координаталар жүйесін өткіземіз (сурет 1).

Сурет 1 - Координаталар жүйесіСүйықтықтың кез-келген беткей қысымының теңдігінің сапалыгын қараймыз, өйткені кез-келген нүктедегі қысым атмосфераға қысымына тең.

Жүйе координаталарын жүргіземіз, ол арқылы түтікпен бірге бос сүықтық бетінің үшы айналады.

Осылай орңаласқан күш салмағының күшейтілген проекция өсьтері, әсер етүшілері, мысалы сүйықтық М бөлшектері тең:

_£.

һ

Һ1

20 П

7-

0

_ғ^

-\

^,

~\

Сурет 2 - Тәжірибелік қондырғынын ықшамсызбасы

Тәжірбиелік кондырғы (2 сурет) цилиндірлі шыны түтік 1, г - радиус өтен тұрады, онда сүйыктық қүйылады. Мысалы: боялған су, тік өсте айналатын тұрақты бүрыштық жылдамдықта айналатын түтік. Түтік үстінде арнайы қондырғыда 2 инелі дөңгелектер 3 орналасқан.

Бүлар тік және көлденең бағытта жылжы алады. Абсцисстің 4 нольдік шкаласы, қондырғы 2 үстінде орналаскан кезде, инелі денгейліктерде де осы жазықтықтарға байланысты өзгертеміз. Инелі денгейліктер аркылы бос сұыктықтар беткейінің меридиандык кескіндегі айналымын анықтайды. Иненің бос ұшы сұйықтық беткейіне жанасқанда неонолы лампа 5 арқылы тіркеледі, бірінен кейін бірі біртіндеп электротізбекке қосылады - инелі тендік - сүйықтық. Қарап тұрғанда түтіктің айналу жиілігін, жоғарғы сақинада 6, байланыстырушы 7 бар, ол арқылы электротізбек қосылады. Мүнда, инелі дөңгейлек тірпіктегі қабырғаға түтіктің бір айналымында 1 рет қана бұрылады. Айналушы түтік жиілігін - тахометрмен өлшеуге болады.

Бос сұйықтық нүктесінің координатасын немесе сұйықтық деңгейін анықтау үшін, практикада лабараториялық өлшемдер үшін инелі деңгейлер кең қолданылады.

СуретЗ - Инелі деңгейді өлшегіш

Инелі деңгейді өлшегіш (сурет 3) келесіден тұрады: 1- инеден, 3- штангі ұшына байланысқан, тұла бойы миллиметрлік шкалаға бөлінген 4. Осы штангіге тісшелі рейка 10 байланыстырылған, көтермелі бүранда 6 штанга көмегімен тісшелі доңғалақ 2 жылжы алады. Онда тікб\рышты тесік жасалынған, тік қырында нониус 5 бар, нониус арқылы шкала бойынша дәл есептеулер 0,1 м-ге ығысу болмас үшін стопорлы бүранда бар. Көлемдік 2, баканға 8 қондырылады, ол бағыттаушы рамка қысымы ығыстырылады. Рамканың арнаулы қондырғысы немесе кырына түтік орналастырылған.

Түтіктегі сүйықтық деңгейін аныктау үшін инелі денгелік келесі үлгіде келіп түрады. Көтермелі бүрандалы айналдырып ақырын штанганы өткір ине үшын түтік түбіне дейін түсіреміз. Нониус көмегімен шкала бойынша есептеу 0,1 мм-ге дейін дәл есептелінеді. Сосын штанганы жоғары, ине сүйыктыктан шыққанша көтереміз, және де сосын кайта иненің үшын түсіреміз (жоғарғыдай кайталан). Штанганы түракты кайтканнан кейін шкала бойынша есептеу жүргізіледі. Есептеулер айырмашылығы бірінші және екінші күйдегі инелер бойынша, түтік ішіндегі сүйықтық терендігін береді. Мүнда инені тиянықты жеткізгеннен кейін, бос сүйықтық тыныштық күйінде өлшемдерден кате 0,1 мм-ден нониус есебі бойынша керек.

І.Электртізбегінін тізбекке қос, сүйықтығы бар түтікті айналымға келтіру керек. Сосын түтіктегі сүйықтық салыстырмалы тепе-тендік күйге келгенше аз уақыт күте түру керек. Бүл сүйықтық беткейінің түрақтылығын білдіреді.

2. Тахометр немесе неонолы лампа жарықтарының санын бақылау.
Белгіленген уақыт аралығында түтікті айналдыру жиілігін анықтау.

3. Меридиональді кесіндіде еркін сүйықтық беткейінің бірнеше

4. Инелік деңгейлікпен түтіктегі еркін сүйықтық беткейінің қисығы

Алынған мәлеметтерді 1 кестеге жазып алу керек.

І.Табылған айналым жиілігі бойынша түтіктегі бүрыштық жылдамдыктың айналымы:

со = тт/30

2.Теория жүзінде координатаны, түтіктегі бос сүйықтык бетіндегі кисықты есептеу:

2_Р= со²г/2§ мүнда:

г - нүкте айналымының радиусы.

3. Белгіленген нүкте сүйықтык бетіндегі мен параболоид үшының айырмашылығы жүйенің нольдік нүктедегі координатасы, түтіктегі бос сүйықтық кеткейінің тәжірбиелік мәнін анықтайды.

4.%-к тәжірибие ординатасынын мәні ауытқуы бос беткейлік теория жүзінен басқа келесі тендік бойынша анықтайды.