Pomiar ciśnień - IMiUE

POLITECHNIKA L SKA W GLIWICACH
WYDZIAŁ IN YNIERII RODOWISKA I ENERGETYKI
INSTYTUT MASZYN I URZ DZE ENERGETYCZNYCH
Pomiar ci nie
Laboratorium metrologii
(M – 4)
Opracował: dr in . Jacek Łyczko
Sprawdził: dr in . Jan Około-Kułak
Zatwierdził: dr hab. in . Janusz Kotowicz
1.
CEL WICZENIA
Celem wiczenia jest poznanie metod i przyrz dów słu cych do pomiaru
ci nie wraz z uwzgl dnieniem bł dów i nieprawidłowo ci, które mog
wyst pi w trakcie pomiarów ci nienia.
2.
WPROWADZENIE TEORETYCZNE
Napr enie wyst puj ce w płynach, wywołane działaniem zewn trznych
czynników, takich jak zmiany obj to ci, zmiany cieplne, pr dko ci,
przyspieszenia itp. charakteryzuje si wielko ci nazywan ci nieniem.
Warto ci nienia p jest definiowana jako siła F działaj ca prostopadle na
powierzchni A
p=
F
A
W przypadku słupów cieczy lub gazów o wysoko ci h,
p = hgρ
gdzie:
ρ - g sto
g – przyspieszenie ziemskie
Jednostki ci nienia
jednostka podstawowa wg układu SI to paskal
1Pa = 1
N
kg
=1
2
m
m× s2
inne spotykane obecnie lub dawniej jednostki zestawiono w tablicy
jednostka
N/m2
dyn/cm2
Bar
kG/m2
at; kG/cm2
Atmo
Mm Hg; Tr
Mm H2O
in H2O
in Hg
lbf/in2
przelicznik
1 N/m2 = 1 Pa
niuton na metr kwadratowy
dyna na centymetr kwadratowy 1 dyn/cm2 = 10-1 Pa
(baria)
1 bar = 105 Pa
Bar
kilogram-siła
na
metr 1 kG/m2 = 9,80665 Pa
kwadratowy
atmosfera techniczna; kilogram1 at = 1 kG/cm2 = 98066,5 Pa
siła na centymetr kwadratowy
1 atm = 760 mm Hg =
atmosfera fizyczna
101325 Pa
1 mm Hg = 1 Tr = 133,322
milimetr słupa rt ci; tor
Pa
1 mm H2O = 9,80665 Pa
milimetr słupa wody
jednostki anglosaskie
1 in H2O = 249,089 Pa
cal słupa wody
1 in Hg = 3386,39 Pa
cal słupa rt ci
1 lbf/in2 = 6894,76 Pa
funt-siła na cal kwadratowy
Laboratorium metrologii. Pomiar ci nie
uwagi
jedn. nielegalna
jedn. nielegalna
jedn. nielegalna
jedn. nielegalna
jedn. nielegalna
jedn. nielegalna
jedn. nielegalna
2
Terminologia stosowana przy okre laniu ci nienia:
Ci nienie całkowite, dynamiczne i statyczne
Ci nienie bezwzgl dne, wzgl dne, manometryczne
Nadci nienie, podci nienie, pró nia procentowa
3.
PRZYRZ DY DO POMIARU CI NIENIA (RÓ NICY CI NIE )
Manometry hydrostatyczne (U-rurki)
Jest najprostszym przyrz dem do pomiaru ci nienia. Składa si najcz ciej
z rurki szklanej wygi tej w kształt litery U. Cieczami manometrycznymi
najcz ciej s woda, rt lub alkohol. Zakres pomiarowy zwykle od 0 do 1000
mm słupa cieczy. Dokładno pomiarowa to ok. 1 mm słupa cieczy.
Stosowane s manometry jedno- i dwuramienne oraz do pomiaru małych ci nie
mikromanometry.
Manometry pier cieniowe (wagi pier cieniowe)
Podstawowym elementem jest ruchomy pier cie cz ciowo wypełniony
ciecz pomiarow . Punkt podparcia pier cienia znajduje si nieco powy ej
rodka ci ko ci. W poło eniu zerowym ciecz stoi po obu stronach na tej samej
wysoko ci. Pod wpływem jednostronnego nadci nienia ∆p równowaga ta
zostaje zakłócona, po drugiej stronie ciecz si wychyla i na komor zaczyna
działa moment obrotowy. Wywołuje to moment przeciwny (od rodka
ci ko ci komory) a do uzyskania równowagi. Mierzona ró nica ci nie jest
proporcjonalna do sinusa k ta wychylenia α.
Manometry pływakowe i dzwonowe
Składaj si z wypełnionej ciecz obudowy oraz pływaj cego dzwonu
zanurzeniowego, pod który zostaje doprowadzony impuls mierzonego ci nienia.
Przyrz d ten słu y głównie do pomiaru małych warto ci ci nienia oraz jako
czujnik rejestratorów. Podobnie działa manometr pływakowy.
Laboratorium metrologii. Pomiar ci nie
3
Manometry spr ynowe
Czujnikiem pomiarowym jest z reguły spr yna metalowa.
W grupie tej mo na wyró ni :
Manometry przeponowe
Manometry rurkowe
Manometry puszkowe i mieszkowe
Zaletami s niewra liwo na wstrz sy, niski koszt produkcji oraz mo liwo
pomiaru du ych ci nie . Wad jest konieczno wzorcowania oraz stosowania
odpowiednich warunków zabudowy przy pomiarze ci nie cieczy gor cych (np.
pary wodnej).
Przetworniki elektryczne ci nienia/ró nicy ci nie
Wykorzystuj ró ne wła ciwo ci fizyczne/elektryczne w celu okre lenia
ci nienia. W grupie tej wyst puj mierniki: oporowe, piezoelektryczne
Laboratorium metrologii. Pomiar ci nie
4
i tensometryczne. Charakteryzuj si du dokładno ci przetwarzania oraz
mo liwo ci pomiaru wielko ci szybkozmiennych (mała bezwładno własna
czujnika). Najcz ciej s zintegrowane z układami przetwarzaj cymi, gdzie
sygnałem wyj ciowym jest zunifikowany sygnał napi ciowy lub pr dowy.
Rurki spi trzaj ce
Rurki spi trzaj ce (Prandtla i Pitota) słu
do pomiaru ci nienia
dynamicznego i/lub całkowitego. Zasada działania rurek polega na
przekształceniu energii dynamicznej strugi czynnika (przez wyhamowanie) na
energi potencjaln ci nienia, które jest nast pnie mierzone np. przy u yciu
manometru typu U-rurka lub mikromanometru.
4.
INSTALACJA MANOMETRÓW
Prawidłowa instalacja ci nieniomierzy jest warunkiem koniecznym do
uzyskania wiarygodnych wyników pomiarów. Ci nieniomierz tylko wtedy
b dzie wskazywał ci nienie statyczne, gdy płyn b dzie w spoczynku lub
składowa wektora pr dko ci w kierunku otworu kró ca b dzie równa zeru.
Je li przepływ ma charakter pulsuj cy, stosuje si zł cze z kapilar (zwykle
o długo ci 50 mm i rednicy 0.5-1.0 mm).
Przed ka dym ci nieniomierzem powinien znajdowa si kurek trójdro ny,
który umo liwi:
Odł czenie ci nieniomierza,
Wł czenie ci nienia,
Sprawdzenie zerowania si ci nieniomierza,
Przył czenie manometru kontrolnego,
Przedmuchanie przewodu doprowadzaj cego ci nienie.
Laboratorium metrologii. Pomiar ci nie
5
W celu ochrony spr ystego czujnika ci nienia przed szkodliwym działaniem
czynnika gor cego (np. pary wodnej), agresywnego chemicznie, zapylenia lub
zalania g stniej c ciecz stosuje si ciecze po rednicz ce, przekazywanie
ci nienia przez przepon niespr yst lub ci głe przepłukiwanie przewodu pod
ci nieniem obj tym gazem lub ciecz .
Przy przekazywaniu ci nienia na odległo stosuje si przewody rurowe
o rednicy φ 4-6 mm dla gazów i φ 10-12 mm dla cieczy.
Wskazania ci nieniomierzy mog by podczas pomiarów obarczone bł dami
spowodowanymi mi dzy innymi przez:
Zastosowanie niesprawdzonego manometru,
Zatkanie
si
lub
nieszczelno
rurek
impulsowych
doprowadzaj cych ci nienie do miernika,
Ró nic wysoko ci geodezyjnej pomi dzy punktem poboru
ci nienia i miejscem zainstalowania manometru, gdy przewody
zalane s ciecz lub kondensatem (jest to bł d systematyczny),
Niecałkowite wypełnienie przewodów ciecz
po rednicz c ,
w przypadku tego typu pomiaru (bł d klasyfikowany jako
przypadkowy),
Wykroplenie si wilgoci i zalanie ni ni ej poło onych przewodów,
w przypadku pomiaru ci nienia gazu.
5.
PRZEBIEG WICZENIA
Zaznajomi si z budow i zasadami działania poszczególnych
rodzajów manometrów. Zanotowa zakresy pomiarowe i inne dane
eksploatacyjne przyrz dów.
Dokona odczytów wysoko ci słupa rt ci i temperatury otoczenia dla
barometru.
Wyznaczy charakterystyki statyczne sprawdzanych manometrów.
Wyniki pomiarów zanotowa we wła ciwych tabelach
Obliczenie ci nienia atmosferycznego w czasie zaj , na podstawie odczytu
wysoko ci słupa rt ci w barometrze oraz aktualnej temperatury otoczenia.
Uwzgl dnienie poprawki temperaturowej. Obliczenie niedokładno ci
pomiaru spowodowanej przez niedokładno
pomiaru wysoko ci słupa
cieczy manometrycznej.
Laboratorium metrologii. Pomiar ci nie
6
6.
OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW
Obliczy warto
ci nienia atmosferycznego na podstawie serii
dokonanych pomiarów wysoko ci słupa rt ci i temperatury otoczenia
oraz okre li dokładno otrzymanego wyniku.
Wykre li charakterystyki statyczne wagi pier cieniowej, manometru
przeponowego i przetwornika ci nienia przy u yciu manometru
cieczowego typu "U-rurka".
Przeprowadzi analiz poprawno ci wskaza , sprawdzanego pras
hydrauliczn , manometru spr ynowego.
Obliczy dokładno warto ci ci nienia mierzonego przy u yciu
mikromanometru.
7.
SPRAWOZDANIE
Sprawozdanie powinno zawiera :
Stron tytułow (nazw wiczenia, numer sekcji, nazwiska i imiona
wicz cych oraz dat wykonania wiczenia).
Dane przyrz dów pomiarowych.
Schematy układów pomiarowych.
Tabele wyników pomiarowych ze wszystkich stanowisk.
Obliczenia i wykresy wymienionych wielko ci i zale no ci.
Uwagi i wnioski (dotycz ce przebiegu charakterystyk, ich odst pstw od
przebiegów teoretycznych, rozbie no ci wyników na ró nych
stanowiskach itp.).
Laboratorium metrologii. Pomiar ci nie
7
ZAŁ CZNIK: TABELE POMIAROWE
Pomiar ci nienia atmosferycznego
L.p.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Imi i nazwisko
wysoko słupa rt ci hHg
[mm Hg]
dokładno
pomiaru temp. otoczenia ∆tot [oC]
dokładno
pomiaru wysoko ci słupa rt ci ∆hHg [mm Hg]
Laboratorium metrologii. Pomiar ci nie
temperatura otoczenia tot
[oC]
8
Charakterystyki statyczne ró nych rodzajów manometrów
l.p.
U-rurka
[mm H2O]
L
P
Laboratorium metrologii. Pomiar ci nie
waga
pier cieniowa
[mm Hg]
manometr
membranowy
[mm H2O]
przetwornik ró nicy
ci nie
[mV]
9
Wzorcowanie manometru spr ynowego przy u yciu prasy hydraulicznej
obci enie
[kG], [MPa]
l.p.
manometr 1
[MPa]
manometr 2
[MPa]
Uwagi
rednica tłoka d [mm]
dokładno
pomiaru rednicy tłoka ∆d [mm]
Laboratorium metrologii. Pomiar ci nie
10