Измерительная аппаратура

Измерение давления. Давление Жидкостей и газов измеряют жидкостными или пружинными манометрами. В лабораторных условиях предпочтительнее пользоваться жидкостными манометрами, так как пружинные приходится периодически тарировать.

При измерении же больших давлений (более 0,1 МПа) целесообразнее применять пружинные манометры (рис. VI 1.1). Меньшее давление проще, нагляднее и точнее измерять жидкостными манометрами, представляющими собой сообщающиеся сосуды (трубки), залитые ртутью, водой или спиртом (рис. VII. 2).

Небольшое давление при аэродинамических испытаниях (менее 2 кПа) измеряют микроманометрами (рис. VII.3), в которых одно колено для получения более точных отсчетов делают наклонным, а другое заменяют достаточно емким резервуаром, изменением уровня в котором можно пренебрегать. Замеренные давления рекомендуется приводить к нормальным атмосферным условиям.

При измерении малых давлений отсчеты по шкале микроманометра  удобнее брать в миллиметрах, а не в метрах, т. е. с изменением масштаба в 1000 раз. Тогда, чтобы сохранить обычную размерность давления, следует и плотность залитой жидкости принимать с изменением объема в 1000 раз, т. е. не в кг/м3, а в т/м3.

Для аэродинамических измерений давления удобнее всего пользоваться жидкостными манометрами, залитыми ртутью или спиртом, а для гидравлических измерений — ртутью или другими жидкостями, не смешивающимися с водой.

Измерение расхода жидкостей. Расход можно измерить непосредственно объемным или весовым способом (с помощью мерных баков, газовых и водяных часов) или определять его умножением предварительно измеренной средней скорости на площадь проходного сечения. Среднюю скорость измеряют с помощью крыльчатых механизмов или по перепаду давлений.

Крыльчатый (2) или чашечный (1) прибор для измерения средней скорости газов называют анемометром (рис. VI 1.4), а скорости капельных жидкостей — вертушкой.

Крыльчатый анемометр при измерении устанавливают в потоке ему навстречу. После разгона крыльчатки включают на определенное время Z секундомер и одновременно счетчик оборотов, показания которого фиксируют до начала опыта n1 и после его окончания n2. Продолжительность опыта должна быть не менее 30 с. Рычажком включения или выключения счетчика можно управлять дистанционно — с помощью шнурков.

Число оборотов в секунду с учетом тарировочного коэффициента k (по таблице или графику паспорта прибора) определяет измеренную скорость воздушного потока υ = (n1 — n2)k/Z.

Широко распространен анемометр чашечный (рис. VII.5), который позволяет измерять скорость потока вне зависимости от его направления.

Использование электроанемометра (рис. VII.6) основано на измерении термопарой температуры нагреваемой проволоки, изменяющейся в зависимости от скорости обдувающего потока. По показанию присоединенного к термопаре гальванометра с помощью тарировочной кривой определяют искомую скорость.

Скорость воздуха можно определить также реактивными приборами (рис. VII.7), основанными, например, на измерении высоты подъема воздушной струей в вертикальной стеклянной трубке поплавка (ротаметр) или измерении угла отклонения воздушной струей флюгера (реаметр).

Скорость можно также определять по разности давлений, измеряемой диафрагмами, трубками Вентури, напорными  трубками.

Диафрагма представляет собой пластинку с отверстием, вставляемую поперек потока в трубопровод (рис. VII.8). Диафрагма поджимает поток, перед и за ней создается перепад статических давлений.

Диафрагму, создающую существенное сопротивление, можно заменить представляющими меньшее сопротивление трубками Вентури (рис. VII.9), в которых из-за разности проходных сечений образуется значительная разность статических давлений.

Трубками Вентури можно, не опасаясь засорения трубопровода, измерять расходы и загрязненной твердыми примесями жидкости.

Скорость жидкости можно также определять с помощью напорной трубки (трубки Пита, рис. VII.10), измеряя в потоке полное, статическое и, как разность их, динамическое давление.

Определение средней скорости жидкости с помощью напорной трубки. Место измерений выбирают в наибольшем удалении от колен, тройников и других фасонных частей трубопроводов, способствующих искажению равномерности потока. В трубопроводах круглого поперечного сечения измерения можно производить по одной оси (диаметру), а при недостаточно выровненном потоке — по двум взаимно перпендикулярным диаметрам, осредняя результат (рис. VII.11).

По каждой оси динамическое давление измеряют напорной трубкой через 15. . .25 мм, но не менее чем в пяти точках.

При прямоугольном поперечном сечении трубопроводов скорости измеряют в серединах разбиваемых квадратов площадью не более 0,05 м2 каждый (но не менее чем в четырех точках), а затем вычисляют среднеарифметическое значение.

Измерение скорости по коллектору. Тарировку указанных выше измерительных приборов более просто и точно можно провести «по коллектору». Для этой цели в начале всасывания устанавливают плавный коллектор, коэффициент местного сопротивления которого весьма незначителен и известен (для коллектора, профилированного по лемнискате).

Далее в цилиндрическом трубопроводе, на расстоянии одного калибра за коллектором (калибр — длина, равная диаметру), делают отверстие для измерения статического давления.

Потерю давления в цилиндрическом трубопроводе длиной в один калибр можно также оценить приведенным коэффициентом местного сопротивления.

Тарировочный коэффициент прибора определяют в результате сопоставления скоростей (или расходов), полученных при измерении в одном и том же потоке «по коллектору» и по устанавливаемому за ним прибору.

Измерение частоты вращения. Частоту вращения (число оборотов) измеряют счетчиками с одновременной фиксацией времени или тахометрами, позволяющими делать отсчет непосредственно. Действие тахометра основано на использовании центробежной силы, отклоняющей стрелку по протарированной шкале (рис. IVI.14). На шкале обычно указывают числа оборотов в 1 мин.

Измерение мощности. Мощность нагнетателей в тех случаях, когда они имеют привод от электродвигателей трехфазного переменного тока, можно определить по формуле.

В самом грубом приближении потребляемую электродвигателем мощность определяют по табличным значениям.

Мощность нагнетателей с вращающимся рабочим органом можно определить динамометрическим путем. Для этой цели удобна конструкция динамометра (рис. VII. 16), представляющего собой электродвигатель, смонтированный так, что статор вместе с прикрепленными к нему коромыслами весов может свободно качаться (мотор-весы).

При вращении нагнетателя, испытываемого таким динамометром, статор вместе с коромыслом воспринимает момент вращения и отклоняется в силу закона Ньютона «действие равно противодействию».

Величина этого момента определяется произведением длины плеча коромысла на вес груза, возвращающего статор в исходное.

Для измерения мощности могут использоваться и пружинные динамометры.

Мощность поршневых нагнетателей определяют снятием индикаторной диаграммы. Простейший индикатор (рис. VII. 17) состоит из двух основных частей: цилиндра 1 с поршнем 2 и барабана 3 с бумагой для вычерчивания диаграммы. Цилиндр индикатора 1 с помощью трехходового крана 4 сообщается с полостью цилиндра нагнетателя. При изменении давления в полости цилиндра нагнетателя поршень 2 индикатора будет подниматься или опускаться, воздействуя на пружину 5 и соответственно перемещая карандаш. Пружина прокалибрована таким образом, что каждой единице давления соответствует определенное перемещение карандаша. Барабан индикатора, соединенный с поршневым штоком, перемещается одновременно с ним.

В результате такого двойного движения карандаш вычерчивает на бумаге барабана замкнутую кривую — индикаторную диаграмму. Последняя позволяет контролировать работу нагнетателя и определять его индикаторную мощность.

Для определения индикаторной мощности среднее индикаторное давление, получаемое делением площади диаграммы на ее длину, умножают на объем, описываемый поршнем за один ход.