Какое давление показывает пьезометр

Измерение давления различных жидкостей необходимо для многих областей, включая офтальмологию. Для измерений могут быть использованы различные виды манометров, пьезометров и вакуумметров.

Пьезометры получили наибольшее распространение благодаря точности и практичности. Принцип действия пьезометра основан на физических законах гидростатики и гидродинамики.

Что такое пьезометр?

Пьезометр чаще всего применяется в геоинженерии

Пьезометр – это устройство небольшого размера, используемое для исследования давления различных видов жидкостей. Чаще всего прибор используется в геоинженерии.

В офтальмологии пьезометр используется для диагностики экзофтальма. Приборы такого типа предназначены для работы только с ньютоновскими жидкостями.

Ньютоновские жидкости также называют истинными. Такие жидкости подчинены определенным параметрам вязкости. Самой широко представленной ньютоновской жидкостью на земле является вода.

С принципом действия пьезометра Вайнгольдавас онакомит видеоматериал:

Устройство прибора

Хотя конструкция прибора может изменяться, стандартный пьезометр всегда имеет короткую металлическую трубку с острым наконечником. Трубка имеет отверстия на боковых сторонах, пропускающие жидкость или воздух внутрь устройства.

Отверстия трубки покрыты специальными фильтрами. Внутренняя часть трубки полая, что позволяет делать забор образцов жидкости и транспортировать их на поверхность.

В зависимости от цели применения пьезометр может быть прикреплен к поверхности земли с помощью специальных кабелей или труб.

Существует несколько различных типов пьезометров, удовлетворяющих потребности различных технологических проектов. Стандартные пьезометры являются самыми простыми и доступными по цене. Кроме того, стандартное устройство не требует калибровки.

Такой прибор будет состоять из собственно пьезометра и обычной металлической трубки. Верхняя часть трубки расположена над поверхностью земли, а сам пьезометр можно поднимать и опускать с помощью кабелей специальной катушки.

Когда устройство попадает в толщу поверхностных вод, оно посылает специальный сигнал, информирующий об уровне и давлении воды.

Пьезометр также является простейшей формой манометра. Простой манометр – это стеклянная трубка, один конец которой соединен с областью измерения давления, а другой конец открывается во внешнюю среду.

Пьезометрия в офтальмологии

Прибор пьезометр

Принцип работы пьезометра находит свое применение в офтальмологической диагностике. С помощью специализированного оборудования, состоящего из пьезометра и динамометра, специалисты проверяют степень смещения тканей, расположенных позади глазного яблока.

Метод называется орбитотонометрией. Такое исследование необходимо для диагностики экзофтальма. Для проведения исследования пациент должен находиться в лежачем положении.

Непосредственно перед диагностикой применяют специальные капли для снижения чувствительности глаза, поскольку орбитотонометрия является инвазивным методом.

Во время исследования грузики различной массы оказывают давление на глазное яблоко. Специалист регистрирует степень смещения глазного яблока относительно соседних тканей.

Для дополнительной защиты глазного яблока перед диагностикой роговица пациента покрывается специальной линзой.

Что такое экзофтальм?

Экзофтальм диагностируется с помощью пьезометра

Экзофтальм – это заболевание в офтальмологии, характеризующееся смещением глазного яблока. При этом состоянии глаза пациента становятся чрезмерно выпуклыми и выступающими.

Патологическое состояние связано со смещением тканей в глазнице. Экзофтальм может быть связан с патологиями щитовидной железы и другими заболеваниями органа зрения.

Симптомы болезни, как правило, со временем пропадают, хотя этот процесс может заняться несколько лет. Без коррекционной операции не всегда удается достичь внешнего улучшения.

У многих пациентов с экзофтальмом возникают вторичные осложнения, связанные со зрительными недугами. Пациенты нередко жалуются на раздвоение фокуса и ухудшение остроты зрения. Постепенное ухудшение зрительных функций встречается сравнительно редко.

Помимо орбитотонометрии, для диагностики экзофтальма используются следующие методы:

• Компьютерная и магнитно-резонансная томография.
• Анализ крови на гормоны щитовидной железы (для оценки работы органа).
• Нужно учитывать, что экзофтальм может также возникать из-за аутоиммунных болезней и травмы глаза.

Лечение болезни проводится следующими методами:

1. Медикаментозная терапия для коррекции уровня гормонов щитовидной железы. Этот метод не избавляет от последствий экзофтальма, но предотвращает ухудшение состояния.
2. Кортикостероидные препараты для снятия воспаления.
3. Коррекционная хирургия для улучшения внешнего вида глаз.
4. Современные методы лечения позволяют полностью устранить последствия этого заболевания.

Зачем еще используют пьезометры?

Пьезометры используются во многих технологических сферах, но чаще всего их применяют в геотехнической инженерии с целью разработки скважин. Помимо высокотехнологичных областей, пьезометры могут быть использованы в любом хозяйстве для строительства колодцев.

Также пьезометры могут быть использованы для различных лабораторных измерений в области гидростатического и гидродинамического давления.

Таким образом, принцип действия пьезометра связан с особенностями гидростатического и гидродинамического давления жидкости. В частности, пьезометры находят свое применение в диагностике заболеваний.

Что такое пьезометр и микроманометр

Пьезометры и микроманометры одни из самых простых приборов для измерения давления, представляющие из себя трубки, заполняемые рабочей жидкостью.

Устройство пьезометра

Пьезометр представляет собой вертикальную стеклянную трубку, заполненную той же жидкостью, что и пространство, давление в котором измеряется. Пьезометр присоединен одним концом к точке замера давления. Другой конец открыт в атмосферу. Избыточное давление в точке присоединения прибора можно вычислить используя основное уравнение гидростатики:

Пьезометры используют для измерения небольших давлений в не агрессивных, нетоксичных жидкостях в лабораторных и научно-исследовательских установках.

С помощью пьезометров можно иллюстрировать перепад давления вызванный потерями по длине.

Микроманометр

Микроманометр — представляет собой наклонную трубку (или сосуд с жидкостью и наклонной трубкой), которая предназначена для измерения малых давлений. Принципиальная схема микроманометра с регулируемым углом наклона трубки показан на рисунке.

Давление в точке присоединения можно вычислить по формуле:

p = ρ×g×h

• где ρ — плотность жидкости
• g — ускорение свободного падения
• h — высота столба жидкости над выбранной точкой

Сравнение показаний пьезометра и микроманометра

Схема измерения давления с помощью пьезометра и микроманометра показана на рисунке.

Сравним величину уровня жидкости l в вертикальном и наклонном пьезометре при избыточном давления.

Для вертикального пьезометра:

Для наклонного пьезометра:

То есть при равном изменении давлении величина, на которую переместится жидкость вдоль трубки будет выше.

Наклонное расположение пьезометра позволяет сделать измерения более точными. Изменяя угол наклона трубки можно регулировать точность и предел измерения прибора.

Измеряемое давление подводится к выходу сосуда. Для того, чтобы знать угол наклона трубки на приборе расположена шкала.

Микроманометры применяют для точных измерений небольших величин давления, они могут использоваться для тарировки манометров и других приборов измерения давления.

Источник

Пьезометрическая высота. Вакуум. Измерение давления

Пьезометрическая высота, равная p/g, представляет собой высоту столба данной жидкости, соответствующую данному давлению р (абсолютному или избыточному). Пьезометрическую высоту, соответствующую избыточному давлению, можно наблюдать в так называемом пьезометре, простейшем устройстве для измерения давления. Пьезометр представляет собой вертикальную стеклянную трубку, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний — присоединен к тому объему жидкости, где измеряется давление (рис. 8).

С учетом приведенных выше соотношений, получим

где рабc— абсолютное давление в жидкости на уровне присоединения пьезометра; рА — атмосферное давление. Отсюда высота подъема жидкости в пьезометре равна

где ризб— избыточное давление на том же уровне.

Очевидно, что если на свободную поверхность покоящейся жидкости действует атмосферное давление, то пьезометрическая высота для любой точки рассматриваемого объема жидкости равна глубине расположения этой точки.

Часто давление в жидкостях или газах численно выражают в виде соответствующей этому давлению пьезометрической высоты по формуле (2.11).

Например, одной технической атмосфере соответствуют:

Если абсолютное давление в жидкости или газе меньше атмосферного, то имеет место разрежение или вакуум. За величину разрежения или вакуума принимается разность давлений, т.е.

Возьмем, например, трубу с плотно пригнанным к ней поршнем, опустим нижний ее конец в сосуд с жидкостью и будем постепенно поднимать поршень (рис. 2.3). Жидкость будет следовать за поршнем и вместе с ним поднимется на некоторую высоту h от свободной поверхности с атмосферным давлением. Так как для точек, расположенных под поршнем, глубина их погружения относительно свободной поверхности отрицательна, то абсолютное давление жидкости под поршнем будет равно

а величина вакуума

Рис. 2.3. Схема подключения пьезометра к баку

По мере подъема поршня абсолютное давление жидкости под поршнем будет уменьшаться. Нижним пределом для абсолютного давления в жидкости является нуль, а максимальное значение вакуума численно равно атмосферному давлению, поэтому максимальная высота подъема жидкости в указанном примере, т.е. максимальная высота «всасывания» жидкости, определится из уравнения (2.13), если в нем положить р=0 (точнее p=pt).

Таким образом, без учета упругости паров ptимеем

При нормальном атмосферном давлении (1,033 кГ/см 2 ) высота hmах равна: для воды 10,33 м, для бензина (g=750 кГ/м 3 ) 13,8 м, для ртути 0,760 м и т.д.

Простейшим устройством для измерения вакуума может служить стеклянная трубка, показанная на рис. 2.4 в двух вариантах. Вакуум в объеме жидкости А может измеряться либо с помощью U-образной трубки (на рисунке справа), либо путем использования перевернутой U-образной трубки, один конец которой опущен в сосуд с жидкостью.

Рис. 2.4. Схемы простейших вакуумметров

Для измерения давления жидкостей и газов в лабораторных условиях, помимо пьезометров, пользуются различными манометрами, которые делятся на жидкостные и механические.

На рис. 2.5 показаны схемы жидкостных манометров. Так называемый U-образный манометр (рис. 2.5,а) представляет собой изогнутую стеклянную трубку с ртутью. При измерении небольших давлений газа вместо ртути применяют спирт, воду и иногда тетрабромэтан. Если измеряется давление жидкости в точке М и соединительная трубка заполнена этой же жидкостью, то нужно учитывать высоту расположения манометра над точкой М. Так, для избыточного давления в точке М имеем

Если измеряемое давление рм достаточно велико и соответствующая ему высота h не уменьшается в пределах одной U-образной трубки, то применяют последовательное соединение нескольких U-образных трубок, содержащих, например, ртуть (gрт) и жидкость с меньшим удельным весом g2. Для двух таких трубок, показанных на рис. 11,б (К — краник или зажим для выпуска воздуха), имеем

или в общем случае для нескольких трубок

Чашечный манометр (рис. 2.5,в) удобнее предыдущего тем, что при пользовании им нужно фиксировать положение лишь одного уровня жидкости. При достаточно большом диаметре чашки по сравнению с диаметром трубки уровень жидкости в чашке можно считать неизменным. Для измерения малых давлений газа в целях большей точности пользуются чашечным микроманометром с наклонной трубкой. Длина измеряемого столбика жидкости при этом увеличивается обратно пропорционально синусу угла наклона трубки и точность измерения соответственно возрастает.

Рис. 2.5. Схемы жидкостных манометров

Для измерения разности давлений в двух точках служат дифференциальные манометры, простейшим из которых является U-образный манометр (рис. 2.5,г). Если с помощью такого манометра, содержащего ртуть, производится измерение разности давлений р1 и р2 в жидкости с удельным весом g, которая полностью заполняет соединительные трубки, то нетрудно видеть, что

Для измерения малых перепадов давления воды применяется двухжидкостный микроманометр, представляющий собой перевернутую U-образную трубку с маслом или керосином в верхней части (рис. 2.5,д). Для этого случая имеем

Двухжидкостный чашечный манометр (рис. 2.5,е) предназначен для измерения давлений или разрежений воздуха в интервале приблизительно от 0,1 до 0,5 ат., т.е. для такого случая, когда спиртовой или водяной манометр дает чрезмерно высокий столб спирта, и потому неудобен для пользования, а ртутный манометр не дает должной точности ввиду недостаточной высоты столба ртути. Таким манометром, например, пользуются при опытах в скоростных аэродинамических трубах.

В чашку заливается ртуть, а в трубку — спирт, керосин или другая жидкость. Очень удобным благодаря своей малой испаряемости оказался керосин.

Соответствующим подбором диаметров верхнего и нижнего участков трубки (d1 и d2) можно получить любой эффективный удельный вес (gэф), входящий в формулу

где р — измеряемое давление (или разрежение); H — показание манометра.

Найдем выражение для gэф из следующих уравнений (рис. 2.5,е): уравнение равновесия столбов ртути и керосина при p=pA

уравнение равновесия при р>рA

уравнение объемов (объем керосина, переместившегося из верхней трубки d1 в нижнюю трубку d2, равен объему вытесненной ртути)

Произведя подстановки и преобразования, получим

Для измерения давлений более 2 — 3 ат применяются механические манометры — пружинные или мембранные. Принцип их действия основан на деформации полой пружины или мембраны под воздействием измеряемого давления. Через механизм эта деформация передается стрелке, которая показывает измеряемое давление на циферблате.

На самолетах манометры применяются для контроля давления топлива, поступающего к форсункам газотурбинного двигателя или в карбюратор поршневого двигателя, а также давления масла в магистрали и пр.

Наиболее распространенным типом авиационного манометра в настоящее время является электрический манометр, реже применяются механические манометры. В качестве чувствительного элемента (датчика) в электроманометре используется мембрана. Под воздействием измеряемого давления мембрана деформируется и через передаточный механизм заставляет перемещаться движок потенциометра, который вместе с указателем включен в электрическую схему.

Источник

Приборы для измерения давления. 1) Пьезометр – простейшее устройство для измерения давления (рис

1) Пьезометр – простейшее устройство для измерения давления (рис. 2.9). Представляет собой вертикальную стеклянную трубку, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний присоединён к ёмкости, в которой измеряется давление. По пьезометру можно определить пьезометрическую высоту, равную

, представляющую собой высоту столба жидкости, соответствующую данному давлению Р (абсолютному или избыточному).

, где

Рабс. – абсолютное давление в жидкости на уровне присоединения пьезометра; Ра – атмосферное давление.

Отсюда, высота подъёма жидкости в пьезометре:

, где

Ризб. – избыточное давление на уровне присоединения пьезометра.

Если на свободную поверхность покоящейся жидкости действует атмосферное давление, то пьезометрическая высота для любой точки рассматриваемого объёма жидкости равна глубине расположения этой точки.

Простейшим устройством для измерения вакуума может служить стеклянная трубка, показанная на рис.2.6 в двух вариантах. Вакуум в жидкости А можно измерять при помощи U-образной трубки или перевёрнутой U-образной трубки, один конец которой опущен в сосуд с жидкостью.

Для измерения давления жидкостей и газов в лабораторных условиях помимо пьезометра пользуются жидкостными и механическими манометрами (рис.2.11).

Так называемый U-образный манометр (рис.2.11.а) представляет собой изогнутую стеклянную трубку, содержащую ртуть. При измерении наибольших давлений газа вместо ртути применяют спирт, воду и иногда тетрабромэтан (ρ=2,95).

Рис.2.9. Пьезометр, присоединённый к баку

Рис.2.10. Простейшие вакууметры

Рис. 2.11. Схемы жидкостных манометров

Если измеряется давление жидкости в точке М, и соединительная трубка заполнена этой же жидкостью, то следует учитывать высоту расположения манометра над точкой М. Так, избыточное давление в точке М:

Чашечный манометр (рис.2.11,б) удобнее описанного выше тем, что при пользовании им необходимо фиксировать положение лишь одного уровня жидкости (при достаточно большом диаметре чашки по сравнению с диаметром трубки уровень жидкости в чашке можно считать неизменным).

Для измерения разности давлений в двух точках служат дифференциальные манометры, простейший из которых — U-образный манометр показан на рис.2.11,в. Если при помощи такого манометра, обычно заполняемого ртутью, измерена разность давлений Р1 и Р2 в жидкости плотностью ρ,которая полностью заполняет соединительные трубки, то:

Для измерения малых перепадов давления воды применяют двухжидкостный микроманометр, представляющий собой перевёрнутую U-образную трубку с маслом или керосином в верхней части (рис.2.11,г). Для этого случая:

Двухжидкостный чашечный манометр (рис.2.11,д) предназначен для измерения давлений или разрежений воздуха в интервале от 0,01 до 0,05 МПа, когда спиртовой или водяной манометр даёт чрезмерно высокий столб спирта или воды, а потому неудобен для пользования, а ртутный манометр не даёт необходимой точности из-за недостаточной высоты столба ртути. Таким манометром, например, пользуются при опытах в скоростных аэродинамических трубах. В чашке – ртуть, в трубке – спирт, керосин или иная жидкость. Соответствующим подбором диаметров верхнего d1 и нижнего d2 участков трубки можно получить любую условную плотность ρусл. ,входящую в формулу Р = Hρусл.g , где Р– измеряемое давление (или разряжение); Н – показание манометра.

Наряду с механическими манометрами применяют электрические манометры. В качестве чувствительного элемента (датчика) в электроманометре используют мембрану. Под действием измеряемого давления мембрана деформируется и через передаточный механизм перемещает движок потенциометра.

Иллюстрации к Лекции 3: ОСНОВЫ ГИДРОДИНАМИКИ

Гидродинамика — раздел гидравлики, в котором изучаются законы движения жидкости и её взаимодействие с неподвижными и подвижными поверхностями.

Живым сечением ω (м²) называют площадь поперечного сечения потока, перпендикулярную к направлению течения.

Рис. 3.1. Живые сечения: а — трубы, б — клапана

Смоченный периметр χ(«хи») — часть периметра живого сечения, ограниченное твердыми стенками (рис.3.2, выделен утолщенной линией)

Рис. 3.2. Смоченный периметр

Средняя скорость потока υ — скорость движения жидкости, определяющаяся отношением расхода жидкости Q к площади живого сечения ω:

Линия тока (применяется при неустановившемся движении) это кривая, в каждой точке которой вектор скорости в данный момент времени направлены по касательной. Трубка тока — трубчатая поверхность, образуемая линиями тока с бесконечно малым поперечным сечением. Часть потока, заключенная внутри трубки тока, называется элементарной струйкой.

Рис. 3.3. Линия тока и струйка

Рис.3.4. Труба с переменным диаметром при постоянном расходе

Рис.3.5. Схема к выводу уравнения Бернулли для идеальной жидкости

Рис.3.6. Схема к выводу уравнения Бернулли для реальной жидкости

Рис. 3.7. Трубка Пито и

Иллюстрации к Лекции 4: ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Рис. 4.1. Схема установки Рейнольдса

где ν — кинематическая вязкость; — скорость потока жидкости; d— внутренний диаметр трубы.

Рис. 4.2. Схема трубки для демонстрации кавитации

Рис. 4.3. Схема для рассмотрения ламинарного потока

—

где λ — коэффициент гидравлического трения, который для ламинарного потока вычисляется по выражению:

При ламинарном режиме для определения коэффициента гидравлического трения λ Т.М. Башта рекомендует при Re

Дата добавления: 2015-04-18 ; просмотров: 10 ; Нарушение авторских прав

Источник