¿Cómo funciona un manómetro de líquido? Termómetro de líquido técnico. Dispositivos de magnetomodulación para medir la presión.
QUEMADOR PRECÁMARA
El quemador de precámara es un dispositivo compuesto por un colector de gas con orificios para la salida de gas, un monobloque con canales y una precámara de material refractario cerámico, colocada encima del colector, en la que se mezcla el gas con el aire y se quema la mezcla gas-aire. . El quemador de precámara está diseñado para quemar gas natural en hornos de calderas seccionales de hierro fundido, secadores y otras instalaciones térmicas que funcionan al vacío de 10 a 30 Pa. Los quemadores de la antecámara están ubicados en el piso de la cámara de combustión, creando así buenas condiciones Para distribución uniforme el calor fluye a lo largo de la cámara de combustión. Los quemadores de precámara pueden funcionar con presión de gas baja y media. El quemador de precámara consta de un colector de gas ( tubo de acero) con una fila de orificios para salida de gas. Dependiendo de la potencia calorífica, el quemador puede tener 1, 2 o 3 colectores. Se instala un monobloque cerámico sobre el colector de gas sobre un marco de acero, formando una serie de canales (mezcladores). Cada salida de gas dispone de su propio mezclador cerámico. Las corrientes de gas que fluyen desde los orificios del colector expulsan entre el 50 y el 70% del aire necesario para la combustión, el resto del aire llega debido a la rarefacción en la cámara de combustión. Como resultado de la expulsión se intensifica la formación de mezcla. La mezcla se calienta en los canales y al salir comienza a arder. Desde los canales, la mezcla en combustión ingresa a la precámara, en la que se quema entre el 90 y el 95% del gas. La antecámara está realizada con ladrillos de arcilla refractaria; parece una hendidura. La combustión del gas se produce en el horno. La altura de la antorcha es de 0,6 a 0,9 m, el coeficiente de exceso de aire es de 1,1...1,15.
Los compensadores están diseñados para mitigar (compensar) la expansión térmica de las tuberías de gas, evitar la rotura de las tuberías y facilitar la instalación y el desmontaje de los accesorios (bridas, válvulas).
Un gasoducto de 1 km de longitud y diámetro medio se alarga 12 mm cuando se calienta 1 °C.
Los compensadores son:
· Lente;
· En forma de U;
· En forma de lira.
Compensador de lentesTiene una superficie ondulada que cambia su longitud dependiendo de la temperatura del gasoducto. El compensador de lentes está fabricado a partir de medias lentes estampadas mediante soldadura.
Para reducir la resistencia hidráulica y evitar obstrucciones, se instala un tubo guía dentro del compensador, soldado a la superficie interior del compensador en el lado de entrada de gas.
La parte inferior de las medias lentes se rellena con betún para evitar la acumulación de agua.
Al instalar el compensador en horario de invierno, es necesario estirarlo un poco, y en Hora de verano– por el contrario, comprimirlo con tuercas de acoplamiento.
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En forma de U En forma de lira
compensador.compensador.
Los cambios en la temperatura del ambiente que rodea el gasoducto provocan cambios en la longitud del gasoducto. Para un tramo recto de un gasoducto de acero de 100 m de longitud, el alargamiento o acortamiento con un cambio de temperatura de 1° es de aproximadamente 1,2 mm. Por lo tanto, en todos los gasoductos después de las válvulas, contando a lo largo del flujo de gas, se deben instalar compensadores de lentes (Fig. 3). Además, durante el funcionamiento, la presencia de una lente compensadora facilita la instalación y desmontaje de las válvulas.
Al diseñar y construir gasoductos, se esfuerzan por reducir el número de compensadores instalados maximizando el uso de la autocompensación al cambiar la dirección de la ruta tanto en planta como en perfil.
Arroz. 3. Compensador de lente 1 - brida; 2 tubos; 3 - camisa; 4 - media lente; 5 - pata; 6 - costilla; 7 - tracción; 8 - nuez
Principio de funcionamiento de un manómetro de líquido.
En la posición inicial, el agua de los tubos estará al mismo nivel. Si se aplica presión a la película de goma, el nivel del líquido en un codo del manómetro disminuirá y, por lo tanto, en el otro aumentará.
Esto se muestra en la imagen de arriba. Presionamos la película con el dedo.
Cuando presionamos la película, la presión del aire en la caja aumenta. La presión se transmite a través del tubo y llega al líquido, desplazándolo. A medida que disminuye el nivel en este codo, aumentará el nivel de líquido en el otro codo del tubo.
Según la diferencia en los niveles de líquido, será posible juzgar la diferencia presión atmosférica y la presión que se ejerce sobre la película.
La siguiente figura muestra cómo utilizar un manómetro de líquido para medir la presión en un líquido a varias profundidades.
Manómetro de diafragma
En un manómetro de membrana, el elemento elástico es una membrana, que es una placa de metal corrugado. La desviación de la placa bajo presión del líquido se transmite a través de un mecanismo de transmisión al puntero del instrumento que se desliza a lo largo de la escala. Los instrumentos de membrana se utilizan para medir presiones de hasta 2,5 MPa, así como para medir el vacío. En ocasiones se utilizan dispositivos con salida eléctrica, en los que se envía una señal eléctrica a la salida, proporcional a la presión en la entrada del manómetro.
Capítulo 2. MANÓMETROS DE LÍQUIDOS
Las cuestiones del suministro de agua para la humanidad siempre han sido muy importantes y adquirieron especial relevancia con el desarrollo de las ciudades y el surgimiento de varios tipos producción Al mismo tiempo, se volvió cada vez más urgente el problema de medir la presión del agua, es decir, la presión necesaria no solo para garantizar el suministro de agua a través del sistema de suministro de agua, sino también para operar varios mecanismos. El honor del descubridor pertenece al mayor artista y científico italiano Leonardo da Vinci (1452-1519), quien fue el primero en utilizar un tubo piezométrico para medir la presión del agua en las tuberías. Desafortunadamente, su obra "Sobre el movimiento y la medición del agua" no se publicó hasta el siglo XIX. Por tanto, se acepta generalmente que el primer manómetro de líquido fue creado en 1643 por los científicos italianos Torricelli y Viviai, alumnos de Galileo Galilei, quienes, mientras estudiaban las propiedades del mercurio colocado en un tubo, descubrieron la existencia de presión atmosférica. Así nació el barómetro de mercurio. Durante los siguientes 10 a 15 años, se crearon varios tipos de barómetros líquidos, incluidos los de llenado de agua, en Francia (B. Pascal y R. Descartes) y Alemania (O. Guericke). En 1652, O. Guericke demostró el peso de la atmósfera con un espectacular experimento con hemisferios evacuados, que no podían separar dos tiros de caballos (los famosos “hemisferios de Magdeburgo”).
Un mayor desarrollo de la ciencia y la tecnología ha llevado a la aparición de una gran cantidad de manómetros de líquidos de varios tipos, que se utilizan hasta el día de hoy en muchas industrias: meteorología, aviación y tecnología de vacío eléctrico, geodesia y exploración geológica, física y metrología. etc. Sin embargo, debido a una serie de características específicas del funcionamiento principal de los manómetros de líquidos, su peso específico en comparación con los manómetros de otros tipos es relativamente pequeño y probablemente seguirá disminuyendo en el futuro. Sin embargo, siguen siendo indispensables para mediciones de alta precisión en el rango de presión cercano a la presión atmosférica. Los manómetros de líquidos no han perdido su importancia en otras áreas (micromanometría, barometría, meteorología e investigación física y técnica).
2.1. Principales tipos de manómetros de líquidos y principios de su funcionamiento.
El principio de funcionamiento de los manómetros de líquidos se puede ilustrar con el ejemplo de un manómetro de líquidos en forma de U (Fig. 4, un ), que consta de dos tubos verticales interconectados 1 y 2,
Lleno hasta la mitad de líquido. De acuerdo con las leyes de la hidrostática, con presiones iguales. R yo y página 2 las superficies libres del líquido (meniscos) en ambos tubos se ajustarán a nivel I-I. Si una de las presiones excede a la otra (R\ > pág. 2), entonces la diferencia de presión hará que el nivel del líquido en el tubo baje 1 y, en consecuencia, subir en el tubo. 2, hasta alcanzar un estado de equilibrio. Al mismo tiempo, a nivel
La ecuación de equilibrio II-P toma la forma
Ap=pi -р 2 =Н Р " g, (2.1)
es decir, la diferencia de presión está determinada por la presión de una columna de líquido con una altura norte con densidad p.
La ecuación (1.6) desde el punto de vista de la medición de la presión es fundamental, ya que la presión está determinada en última instancia por las cantidades físicas básicas: masa, longitud y tiempo. Esta ecuación es válida para todo tipo de manómetros de líquidos sin excepción. Esto implica la definición de que un manómetro de líquido es un manómetro en el que la presión medida se equilibra con la presión de la columna de líquido formada bajo la influencia de esta presión. Es importante recalcar que la medida de presión en manómetros de líquidos es
la altura de la mesa de líquido, fue esta circunstancia la que llevó a la aparición de unidades de medida de presión de mm de agua. Arte., mm Hg. Arte. y otros que se derivan naturalmente del principio de funcionamiento de los manómetros de líquidos.
Manómetro de líquido de copa (Fig. 4, b) consta de tazas conectadas entre sí 1 y tubo vertical 2, Además, el área de la sección transversal de la copa es significativamente mayor que la del tubo. Por lo tanto, bajo la influencia de la diferencia de presión. Arkansas El cambio en el nivel de líquido en la taza es mucho menor que el aumento en el nivel de líquido en el tubo: N\ = N g f/F, Dónde norte ! - cambio en el nivel de líquido en la taza; H2 - cambio del nivel del líquido en el tubo; / - área de la sección transversal del tubo; F - área de la sección transversal de la copa.
De ahí la altura de la columna de líquido que equilibra la presión medida. norte - norte x + H2 = # 2 (1 + f/f), y la diferencia de presión medida
Pi-Pr = H2 p?-(1 + f/F ). (2.2)
Por tanto, con un coeficiente conocido k= 1 + f/f la diferencia de presión se puede determinar mediante el cambio en el nivel del líquido en un tubo, lo que simplifica el proceso de medición.
Manómetro de doble copa (Fig. 4, V) consta de dos tazas conectadas a través de una manguera flexible 1 y 2, uno de los cuales está rígidamente fijado y el segundo puede moverse en dirección vertical. A presiones iguales R\ Y página 2 tazas, y por tanto las superficies libres del líquido están al mismo nivel I-I. Si R\ > R 2 luego taza 2 aumenta hasta que se alcanza el equilibrio de acuerdo con la ecuación (2.1).
La unidad del principio de funcionamiento de los manómetros de líquidos de todo tipo determina su versatilidad en términos de la capacidad de medir presión de cualquier tipo: absoluta, manométrica y diferencial.
La presión absoluta se medirá si página 2 = 0, es decir, cuando el espacio por encima del nivel del líquido en el tubo 2 bombeado. Entonces la columna de líquido en el manómetro equilibrará la presión absoluta en el tubo.
i,T.e.p a6c =tf ð gramo.
Al medir el exceso de presión, uno de los tubos se comunica con la presión atmosférica, por ejemplo, p 2 = p tsh. Si la presión absoluta en el tubo 1 más que la presión atmosférica (R i >р аТ m)> entonces, de acuerdo con (1.6), la columna de líquido en el tubo 2 equilibrará el exceso de presión en el tubo 1 } es decir p y = norte R gramo: Si por el contrario, px < р атм, то столб жидкости в трубке 1 será una medida de exceso de presión negativa p y = -NORTE R gramo.
Al medir la diferencia entre dos presiones, cada una de las cuales no es igual a la presión atmosférica, la ecuación de medición tiene la forma Ar=p\ - p 2 - = N -R "g. Al igual que en el caso anterior, la diferencia puede tomar valores tanto positivos como negativos.
Una característica metrológica importante de los instrumentos de medición de presión es la sensibilidad del sistema de medición, que determina en gran medida la precisión y la inercia de la medición. Para los instrumentos manómetros, se entiende por sensibilidad la relación entre el cambio en las lecturas del instrumento y el cambio de presión que lo provocó (u = AN/Ar) . En el caso general, cuando la sensibilidad no es constante en el rango de medición
norte = Lim en Ar-*¦ 0, (2.3)
Dónde UN - cambio en las lecturas del manómetro de líquido; Arkansas - cambio de presión correspondiente.
Teniendo en cuenta las ecuaciones de medición, obtenemos: la sensibilidad de un manómetro en forma de U o de dos tazas (ver Fig.4, a y 4, c)
norte =(2A’a~>
sensibilidad del manómetro de la taza (ver Fig. 4, b)
r-gy \llF) ¦ (2 " 4 ’ 6)
Como regla general, para manómetros de taza. F "/, por lo que la disminución de su sensibilidad en comparación con los manómetros en forma de U es insignificante.
De las ecuaciones (2.4, A ) y (2.4, b) se deduce que la sensibilidad está enteramente determinada por la densidad del líquido R, llenando el sistema de medición del dispositivo. Pero, por otro lado, el valor de la densidad del líquido según (1.6) determina el rango de medición del manómetro: cuanto mayor es, mayor es el límite superior de medición. Por tanto, el valor relativo del error de lectura no depende del valor de densidad. Por ello, para aumentar la sensibilidad y, por tanto, la precisión, se han desarrollado un gran número de dispositivos de lectura, basados en diversos principios de funcionamiento, que van desde fijar visualmente la posición del nivel del líquido con respecto a la escala del manómetro (error de lectura de aproximadamente 1 mm ) y terminando con el uso de métodos de interferencia precisos (error de lectura 0,1-0,2 micrones). Algunos de estos métodos se pueden encontrar a continuación.
Los rangos de medición de los manómetros de líquido según (1.6) están determinados por la altura de la columna de líquido, es decir, las dimensiones del manómetro y la densidad del líquido. El líquido más pesado en la actualidad es el mercurio, cuya densidad es p = 1,35951 10 4 kg/m 3. Una columna de mercurio de 1 m de altura desarrolla una presión de aproximadamente 136 kPa, es decir, una presión no mucho mayor que la presión atmosférica. Por tanto, al medir presiones del orden de 1 MPa, las dimensiones del manómetro en altura son comparables a la altura de un edificio de tres pisos, lo que representa importantes inconvenientes operativos, sin mencionar el excesivo volumen de la estructura. Sin embargo, se ha intentado crear manómetros con niveles de mercurio ultra altos. El récord mundial se estableció en París, donde se montó sobre la base de las estructuras de la famosa Torre Eiffel un manómetro con una altura de columna de mercurio de unos 250 m, lo que corresponde a 34 MPa. Actualmente este manómetro se encuentra desmantelado por su inutilidad. Sin embargo, sigue en funcionamiento el manómetro de mercurio del Instituto Fisicotécnico de la República Federal de Alemania, único por sus características metrológicas. Este manómetro, instalado en una torre iO-story, tiene un límite de medición superior de 10 MPa con un error inferior al 0,005%. La gran mayoría de los manómetros de mercurio tienen límites superiores del orden de 120 kPa y sólo ocasionalmente hasta 350 kPa. Al medir presiones relativamente pequeñas (hasta 10-20 kPa), el sistema de medición de los manómetros de líquidos se llena con agua, alcohol y otros líquidos ligeros. En este caso, los rangos de medición suelen ser de hasta 1-2,5 kPa (micromanómetros). Para presiones aún más bajas, se han desarrollado métodos para aumentar la sensibilidad sin el uso de dispositivos sensores complejos.
Micromanómetro (Fig. 5), consta de una copa I, que está conectado al tubo 2, instalado en ángulo A al nivel horizontal
Yo-yo. Si con presiones iguales Pi Y página 2 las superficies del líquido en la copa y el tubo estaban en el nivel I-I, luego el aumento de presión en la copa (R 1 > Pr) hará que el nivel del líquido en el vaso baje y suba en el tubo. En este caso, la altura de la columna de líquido. H2 y su longitud a lo largo del eje del tubo L 2 estará relacionado por la relación H2 =L2 pecado a.
Teniendo en cuenta la ecuación de continuidad del fluido. H, F = segundo 2 /, no es difícil obtener la ecuación de medición del micromanómetro
p t -р 2 =Н p "g \u003d l 2 Rh (sina + -), (2.5)
Dónde segundo 2 - mover el nivel del líquido en el tubo a lo largo de su eje; A - ángulo de inclinación del tubo con respecto a la horizontal; otras designaciones son las mismas.
De la ecuación (2.5) se deduce que para el pecado A « 1 y f/f “1 movimiento del nivel del líquido en el tubo será muchas veces mayor que la altura de la columna de líquido necesaria para equilibrar la presión medida.
Sensibilidad de un micromanómetro con tubo inclinado según (2.5)
Como se puede ver en (2.6), la sensibilidad máxima del micromanómetro con una disposición de tubo horizontal (a = O)
es decir, en relación con las áreas de la copa y el tubo, es mayor que en Manómetro en forma de U.
La segunda forma de aumentar la sensibilidad es equilibrar la presión con una columna de dos líquidos inmiscibles. Un manómetro de dos tazas (Fig. 6) se llena con líquidos de modo que su límite
Arroz. 6. Micromanómetro de dos tazas con dos líquidos (p, > p 2)
La sección estaba ubicada dentro de la sección vertical del tubo adyacente a la copa 2. Cuando pi = p 2 presión en el nivel I-I
Hola Pi -NORTE 2 R 2 (Pi>P2)
Luego, a medida que aumenta la presión en la taza 1 la ecuación de equilibrio tendrá la forma
Ap=pt-p 2 =D#[(P1-p2) +f/F(Pi +Rg)] gramo, (2.7)
donde px es la densidad del líquido en la taza 7; p 2 - densidad del líquido en la taza 2.
Densidad aparente de una columna de dos líquidos.
Pk = (Pi-P2) + f/f (Pi+Pr) (2.8)
Si las densidades Pi y p 2 tienen valores cercanos entre sí, a f/F". 1, entonces la densidad aparente o efectiva se puede reducir al valor p min = f/f (R i + p 2) = 2p x f/F.
ьр rk* %
donde p k es la densidad aparente de acuerdo con (2.8).
Al igual que antes, aumentar la sensibilidad mediante estos métodos reduce automáticamente los rangos de medición de un manómetro de líquido, lo que limita su uso al área del micromanómetro™. Teniendo en cuenta también la gran sensibilidad de los métodos considerados a la influencia de la temperatura durante mediciones precisas, por regla general se utilizan métodos basados en mediciones precisas de la altura de la columna de líquido, aunque esto complica el diseño de los manómetros de líquido.
2.2. Correcciones de lecturas y errores de manómetros de líquidos.
Dependiendo de su precisión, es necesario introducir modificaciones en las ecuaciones de medición de los manómetros de líquidos, teniendo en cuenta las desviaciones de las condiciones de funcionamiento de las condiciones de calibración, el tipo de presión que se mide y las características del diagrama de circuito de manómetros específicos.
Las condiciones de funcionamiento están determinadas por la temperatura y la aceleración de caída libre en el lugar de medición. Bajo la influencia de la temperatura, cambian tanto la densidad del líquido utilizado para equilibrar la presión como la longitud de la escala. La aceleración de la gravedad en el lugar de medición, por regla general, no corresponde a su valor normal aceptado durante la calibración. Por lo tanto la presión
P=Pp
}