Особенности измерений давления

Свойства газов при низких давлениях изучают в физике вакума, являющейся разделом молекулярно-кинетической теории газов. Состояние газов, при котором его давление ниже атмосферного, называется вакумом. При давлениях, близких к атмосферному, пользуются количественным определением вакуума как разности атмосферного и абсолютного давлений. При абсолютном давлении, отличающемся от атмосферного более чем на два порядка, эта разность остается практически постоянной и не может служить количественной характеристикой разреженного газа. В этих условиях вакуум количественно определяется абсолютным давлением газа. При очень малых давлениях, которые непосредственно уже не могут быть измерены существующими приборами, состояние газа можно характерезовать количеством молекул в единице объема, тоесть в молекулярной концентрацией газа.[1]

Для измерения парциальных вакумных давлений используют манометры. Манометры всех типов позволяют измерить общие или сумарные давления всех компонентов газовой смеси, заключенной в вакумной системе. В то же время для определения кинетики реакции «метал-газ» и характера изменения показателей технологического процесса необходимо знание парциальных давлений отдельных компонентов газавых смесей, присутствующих в вакуумных камерах.

Измерители парциальных давлений, как и изерители общих давлений, характерезуются нижним и верхним пределами измеряемых парциальных давлений, чуствительностью, а также свойственными только им параметром- разрешающей способностью. Для измерения парциальных давлений при давлениях газовой смеси менее 10^-2 Па в основном используется масс-спектрометрический метод.

Давление имеет определенные параметры, которые влияют на способы его измерения:

• Обычно измеряется в единицах силы на единицу площади;

• Существует как в статических, так и движущихся жидкостях;

• Давление жидкости всегда измеряется по отношению к какому-либо другому давлению.

Два типа измерений давления можно разделить на три категории:

• Абсолютное давление измеряется по отношению к абсолютному вакууму, не принимая во внимание влияние атмосферного давления. Такое измерение в основном используется при проведении исследований или проектирования, но существуют некоторые приложения, когда знание абсолютного значения давления необходимо для поддержания технологического процесса. Поскольку непрактично создавать полный вакуум внутри корпуса сенсора, датчики обычно преобразуют значения измеренного давления, используя фиксированный поправочный коэффициент. В более сложных устройствах используется измеренное барометрическое давление.

• Дифференциальное давление – это давление в одной части сосуда по отношению к другой. Это показание является разностью между двумя значениями и не учитывает абсолютные давления.

• Давление, измеряемое датчиком, является аналогом дифференциального давления и измеряется по отношению к атмосферному давлению, что является наиболее распространенным методом.

 

Практическая часть.

Приборы и оборудование:

1.Вакумная установка.

2.Манометрический преобразователь ПМТ-2;

3.Термопарный вакуумметр ВИТ-2П;

4.Диффузионный насос Н-1С-2;

5.Форвакуумный насос СР-20;

 

Задание:

Получить практические навыки исследования зависимости теплопроводимости от давления.

 

Порядок выполнения работы:

1.Начальное состояние установки.

· От откачиваемого прибора отключены все электрические проводники

· Термопарный вакуумметр и манометрический преобразователь выключен

· Диффузионный насос выключен, охлаждающая вода не подается

· Форвакуумный насос выключен.

· Трехходовой кран находится в положении “3” – «Напуск воздуха в форвакуумный насос».

2.

1. Соеденяем форвакумный насос с откачивающим объемом.

2. Подключаем к установке измерительные приборы.

3. Включаем форвакумный насос подключенный к установке.

4. Фиксируем показания измерительных приборов в таблицу:

 

 

Экспериментальные значения таб 1 :

Механический монометр дав N (дел)
Термопарный монометр е (mV)	0.2	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.6
Время t (сек )

 

Механический монометр по достяжению значения 250 начинает показывать const, однако показание термопарный начинает возрастать и через 3 минуты достигает значения в 0,6 mV и продолжает равномерно увеличиваться.
2) Пересчитываем показания для термопарного монометра в давление. Для этого нужно воспользоваться градуировочной характеристикой ПМТ-2.

Р мм.рт.ст.=0,289/eмв-0,0247-0,000412 eмв.

Таб 2.

mV	0.2	0.3	0.3	0.3	0.3	0.3	0.6
Па	188.8	124.8	124.8	124.8	124.8	124.8	60.7

 

3) Для пересчета показаний механического монометра в давление в Па необходимо:

а) Откачать монометр до давления гораздо меньше 0.001 от атмосферного и записать при этом его показания. Затем узнать в прогнозе погоды атмосферное давление на момент измерения.

б) Вычислить цену деления монометра по формуле :

[C]=Па/дел

в) Вычислить давление индицируемые механическим монометром по формуле:

=739 (в нашем случае).

С=(739/250)*133=393,15 (Па/дел) ?????

таб 3

N
Па 10^4		8,5	6,2		2,5	1,2	0,01

 

4)Определяем проводимость трубопровода. Для этого воспользуемся формулой:

1/υ=1/S+1/U;

U=1/(1/υ-1/S);

υ- скорость откачки;

S-скорость откачки на насосе, S=1/3 л/сек;

U-проводимость.

Определяем скорость откачки. Скорость откачки определяется по формуле: υ= Δр*V0/ pcp*Δt,

где V0 – объем камеры (10л.).

pcp=p1-p2/2;

∆p=N*4*10^2;

Δt=t2-t1;

 

В результате получим таблицу:

 

Мен. Мон-ер 10^4Па		0.85	0.62	0.4	0.25	0.12	0.05
Тер. Ман-ер Па	188.8	124.8	124.8	124.8	124.8	124.8	60.7
Pатм 10^4 Па		2,8		1,2	0,8	0,4
10^4 Па
Pср Па	49905.6	4187.6		1937.6	1187.6	537.6	219.65
c
V л/мин.		06.06.15		4,6	3,06	2,5	1,2
U	-0,3	-0,35	-353	-0,36	-0,37	-0,38	-0,46

 

График завасимости теплопроводимости от давлений ( U/Pср):

 

4.2.Расчет по формуле Пуазейля

При низком вакууме имеет место вязкостный режим течения разреженного газа. В бесконечно длинном прямом трубопроводе круглого поперечного сечения поток газа Q, , определяется законом Пуазейля

Где dтр и Lтр- диаметр и длина вакуумного трубопровода, м; p1 и p2- давления газа на концах трубопровода, Па; η- коэффициент динамической вязкости, Па*с.

Формула для расчета проводимости U, , круглого трубопровода при вязкостном режиме течения будет выглядеть так

где η- коэффициент динамической вязкости газа.

Подставляя в (1.7) значение этого коэффициента для воздуха при Т=293 К, получим

Подставим полученные значения давления из таб(????) в формулу (?????)
dтр=0,05 (м)

Lтр=1 (м)

Полученные значения занесем в таблицу :

Pср Па	49905.6	4187.6		1937.6	1187.6	537.6	219.65
U м^3/c	41,7	36,6	26,8	17,5	11,15	5,6	2,4

 

График завасимости теплопроводимости от давлений ( U/Pср):

 

Заключение.

Входе исследования процесса влияния длины и диаметра трубопровода откачки на производительность вакуумной системы мы доказали следующее:

С целью обеспечения наибольшей проводимости вакуумный трубопровод должен иметь минимальную длину и максимальный диаметр.

 

Список литературы.

1. Кожитов Л.В., Чиченев Н.А., Демин В.А. и др. «Технологическое вакуумное оборудование». – М.:МГИУ,2010.

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Вакуумметр