LABORATORIUM Z TERMODYNAMIKI

Temat: Pomiar ciśnienia i sprawdzanie manometrów.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania przyrządów do pomiaru ciśnienia oraz sprawdzenia tych przyrządów dla ustalenia ich przydatności do celów eksploatacji.

Ciśnienie p definiuje się jako stosunek siły normalnej F równomiernie rozłożonej na powierzchni do wielkości A tej powierzchni.

podstawową jednostką ciśnienia jest pascal:

jednostką wtórna jest 1bar=

Rodzaje ciśnień:

1. Ciśnienie atmosferyczne (barometryczne) - p_ot jest to ciśnienie wywołane ciężarem słupa powietrza atmosfery ziemskiej.

2. Ciśnienie absolutne (bezwzględne) p_a jest to ciśnienie jakie wskazałby manometr gdyby ciśnienie zewnętrzne wynosiło zero (p_ot=0) czyli jako poziom odniesienia przyjmuje się próżnię absolutną.

3. Ciśnienie manometryczne (względne) p_m wskazuje manometr, na czujnik którego oprócz ciśnienia mierzonego działa również ciśnienie atmosferyczne p_ot>0.

Wyróżnia się:

- nadciśnienie - gdy ciśnienie mierzone stanowi dodatnią różnicę między ciśnieniem absolutnym i atmosferycznym

p_m=p_a - p_ot (p_a>p_ot)

- podciśnienie - gdy ciśnienie mierzone stanowi dodatnią różnicę między ciśnieniem atmosferycznym i absolutnym

p_m=p_ot - p_a (p_a<p_ot)

W równaniach techniki cieplnej używa się zawsze ciśnienia bezwzględnego statecznego. W przypadkach, gdy czynnik porusza się rozróżniamy ponadto: ciśnienie statyczne (p), ciśnienie dynamiczne (p_d), ciśnienie całkowite (p_c).

p_c=p_ot + p_d

Przyrządy do pomiaru ciśnienia:

Do pomiaru ciśnienia atmosferycznego p_ot służą barometry, które

w zależności od czujnika najczęściej występują jako cieczowe i sprężynowe.

Do pomiaru ciśnienia względnego służą przyrządy zwane manometrami. Do najbardziej rozpowszechnionych zalicza się manometry cieczowe, sprężynowe, tłokowe.

Najprostszym manometrem cieczowym jest manometr dwuramienny, tzw. dwururka:

W przypadku, gdy jedno ramię połączone jest z otaczającą atmosferą o ciśnieniu p_ot, a drugie z ośrodkiem o ciśnieniu absolutnym p_a (p_a < p_ot), to ciśnienie p_m wskazywane przez manometr określa się z zależności:

p_m = p_a - p_ot = h γ

h - różnica poziomów zwierciadła cieczy manometrycznej

γ - gęstość ciężaru (ciężar właściwy) cieczy manometrycznej

Aby wyniki pomiaru uniezależnić od wpływu temperatury konieczne jest przeprowadzenie tzw. Redukcji wskazań do 0°C wg przybliżonej zależności:

h₀ = h_t [ 1 - (β - α) t ]

h₀ - różnica poziomów słupa cieczy zredukowanej do 0°C

h_t - różnica poziomów słupa cieczy odczytana w temperaturze t

β - współczynnik rozszerzalności objętościowej cieczy manometrycznej

α - współczynnik rozszerzalności liniowej materiału, na który naniesiono podziałkę

Do pomiaru niskich ciśnień stosuje się manometry z rurką pochyłą:

Miarą ciśnienia p_m jest wysokość słupa cieczy h, którą wyznacza się z zależności:

h = 1 C

C - przełożenie manometru (C = sinα)

Do pomiaru ciśnień rzędu kilkudziesięciu mm słupa wody stosuje się mikromanometry kompensacyjne. Odczyt z takiego urządzenia dokonuje się w milimetrach słupa cieczy manometrycznej z dokładnością do 0,01 [mm]. Zakres pomiarowy przyrządu wynosi od 0 do 100 [mm] H₂O (typ MK-1) oraz od 0 do 250 [mm] H₂O (typ MK-2).

Pomiar ciśnienia odbywa się także przy pomocy manometrów sprężynowych, ich działanie oparte jest na zasadzie sprężystego odkształcenia czujnika pod wpływem różnicy ciśnień panujących wewnątrz i na zewnątrz czujnika. Ze względu na budowę czujnika manometry dzieli się na rurkowe i membranowe.

Manometry rurkowe mają element sprężysty tzw. rurkę Bourdona, która pod wpływem działającego wewnątrz niej ciśnienia wyprostowuje się obracając poprzez cięgło wskazówkę. Przekrój poprzeczny rurki ma kształt elipsy. Zakres pomiarowy do 2000 at.

Manometry membranowe mają jako element sprężysty membranę płaską lub pofalowaną, połączoną za pomocą dźwigni ze wskazówką. Zakres pomiarowy wynosi od 0,06 - 30 k/cm².

Tabele pomiarowe:

1. pomiar ciśnienia:

Lp.	Ciśnienie rosnące					Ciśnienie malejące
	U-rurka [mm H20]		Manometr [kPa]	Przetwornik [nbar]	Woltomierz [V]	U-rurka [mm H2O]]		Manometr [kPa]	Przetwornik [nbar]	Woltomierz [V]
	L	P				L	P
1	-10	10	0	0,6	0,03	305	300	6	55,6	2,74
2	11	29	0,4	5	0,24	295	290	5,8	53,8	2,68
3	25	40	0,6	6,6	0,33	285	282	5,6	51,6	2,6
4	37	50	0,8	8,6	0,43	275	271	5,4	50,1	2,45
5	48	62	1	10,6	0,52	265	262	5,2	48,2	2,4
6	60	72	1,2	12,6	0,63	255	255	5	46,9	2,35
7	72	83	1,4	14,7	0,73	243	242	4,8	44,6	2,23
8	81	90	1,6	16,1	0,8	234	235	4,6	43,2	2,15
9	92	102	1,8	18,4	0,91	222	222	4,4	41	2,04
10	102	110	2	20	0,99	212	215	4,2	39,2	1,95
11	114	122	2,2	22	1,09	203	205	4	37,6	1,88
12	122	130	2,4	23,4	1,17	195	198	3,8	36	1,79
13	133	140	2,6	25,3	1,26	184	187	3,6	34,2	1,71
14	142	146	2,8	27,1	1,34	174	178	3,4	32,8	1,61
15	154	160	3	28,9	1,44	163	167	3,2	31	1,5
16	163	169	3,2	30,8	1,56	153	159	3	28,8	1,44
17	173	176	3,4	32,1	1,59	142	148	2,8	27	1,33
18	183	187	3,6	34,3	1,72	134	140	2,6	25,4	1,25
19	195	196	3,8	36,2	1,8	123	130	2,4	23,4	1,16
20	202	205	4	37,3	1,87	112	116	2,2	21,6	1,08
21	213	215	4,2	39,4	1,97	102	110	2	19,7	0,99
22	223	225	4,4	41	2,04	91	100	1,8	17,9	0,89
23	232	234	4,6	42,5	2,21	81	92	1,6	16,2	0,81
24	242	242	4,8	44,8	2,22	70	82	1,4	14,1	0,71
25	253	252	5	46,3	2,34	60	70	1,2	12,4	0,61
26	264	262	5,2	48,4	2,42	48	60	1	10,1	0,5
27	273	271	5,4	50	2,5	37	50	0,8	8,2	0,41
28	284	281	5,6	52,2	2,6	27	40	0,6	6,5	0,32
29	294	291	5,8	54	2,7	17	32	0,4	4,8	0,24
30	305	301	6	55,9	2,79	6	21	0,2	2,8	0,022

Wyniki pomiarów przeliczone na jednostki SI.

Ciśnienie rosnące.					Ciśnienie malejące.
U rurka		Manometr	Przetwornik	Woltomierz	U rurka		Manometr	Przetwornik	Woltomierz
[mm H2O]	[Pa]	[Pa]	[Pa]	[V]	[mm H2O]	[Pa]	[Pa]	[Pa]	[V]
0	0	0	60	0,03	605	5935,05	6000	5560	2,74
40	390,5	400	500	0,24	585	5738,85	5800	5380	2,68
65	637,65	600	660	0,33	567	5562,27	5600	5160	2,6
87	853,47	800	860	0,43	546	5356,26	5400	5010	2,45
110	1079,1	1000	1060	0,52	527	5169,87	5200	4820	2,4
132	1294,92	1200	1260	0,63	510	5003,1	5000	4690	2,35
155	1520,55	1400	1470	0,73	485	4757,85	4800	4460	2,23
171	1677,51	1600	1610	0,8	469	4600,89	4600	4320	2,15
194	1903,14	1800	1840	0,91	444	4355,64	4400	4100	2,04
212	2079,72	2000	2000	0,99	427	4188,87	4200	3920	1,95
236	2315,16	2200	2200	1,09	408	4002,48	4000	3760	1,88
252	2472,12	2400	2340	1,17	393	3855,33	3800	3600	1,79
273	2678,13	2600	2530	1,26	371	3639,51	3600	3420	1,71
288	2825,28	2800	2710	1,34	352	3453,12	3400	3280	1,61
314	3080,34	3000	2890	1,44	330	3237,3	3200	3100	1,5
332	3256,92	3200	3080	1,56	312	3060,72	3000	2880	1,44
349	3423,69	3400	3210	1,59	290	2844,9	2800	2700	1,33
370	3629,7	3600	3430	1,72	274	2687,94	2600	2540	1,25
391	3835,71	3800	3620	1,8	253	2481,93	2400	2340	1,16
407	3992,67	4000	3730	1,87	228	2236,68	2200	2160	1,08
428	4198,68	4200	3940	1,97	212	2079,72	2000	1970	0,99
448	4394,88	4400	4100	2,04	191	1873,71	1800	1790	0,89
466	4571,46	4600	4250	2,21	173	1697,13	1600	1620	0,81
484	4748,04	4800	4480	2,22	152	1491,12	1400	1410	0,71
505	4954,05	5000	4630	2,34	130	1275,3	1200	1240	0,61
526	5160,06	5200	4840	2,42	108	1059,48	1000	1010	0,5
544	5336,64	5400	5000	2,5	87	853,47	800	820	0,41
565	5542,65	5600	5220	2,6	67	657,27	600	650	0,32
585	5738,85	5800	5400	2,7	49	480,69	400	480	0,24
606	5944,86	6000	5590	2,79	27	264,87	200	280	0,022

2. sprawdzanie manometrów:

Ilość	Ciśnienie	Wzorcowy (rosnąco)	Wzorcowy (malejąco)	Wzorcowy	Badany (rosnąco)	Badany (malejąco)
obciążnik.	[at]	[at]	[at]	[at]	[Mpa]	[Mpa]
0	1	1,5	1,7	0	0,01	0,01
1	6	6,5	6,6	5	0,47	0,52
2	11	11,5	11,5	10	1	1,02
3	16	16,2	16,4	15	1,5	1,5
4	21	21	21,1	20	2	2,02
5	26	26	26	25	2,5	2,51
6	31	31	31	30	3	3,01
7	36	35,9	35,9	35	3,5	3,5
8	41	40,9	40,9	40	4	4
9	46	45,8	45,9	45	4,5	4,5
10	51	50,6	50,6	50	5	5
11	56	55,5	55,6	55	5,49	5,5

Rachunek błędów:

Woltomierz:

Manometr sprężynowy:

Przetwornik Pu 200:

Manometr cieczowy:

1 mmH₂O = 9,81 [Pa]

Manometr wzorcowy:

Manometr badany:

Wnioski:

Celem ćwiczenia było określenie przydatności przyrządów do dalszej ich eksploatacji. Potrzebne do tego mi było obliczenie błędów . W badanych punktach pomiarowych różnice między wskazaniami dla ciśnienia rosnącego i wskazaniami dla ciśnienia malejącego nie są zbyt rozbieżne. Największe różnice występują dla większych ciśnień.

Przyczyną błędów może być pewne wskazanie woltomierza w stanie jałowym układu .Winą za ten stan może być wadliwe działanie przetwornika albo też woltomierz nie nadaje się do pracy, gdyż nie odpowiada on charakterystyce podanej przez producenta.

W przypadku sprawdzania manometrów za pomocą manometru tłokowego można zauważyć, że tylko w początkowej fazie wykresy nie pokrywają się

---