PRZYRZĄDY DO POMIARU CIŚNIENIA

W kopalnianych pomiarach wentylacyjnych zależnie od sposobu pomiaru ciśnienia do jego wyznaczenia stosuje się:

a) przyrządy do pomiaru ciśnienia bezwzględnego:

- barometry rtęciowe,

- aneroidy,

- baroluxy,

- mikrobaroluxy ;

b) przyrządy do pomiaru nadciśnienia lub podciśnienia:

- mikromanometry i manometry,

- deprymometry.

Ze względu na zasadę działania można wyróżnić:

- manometry cieczowe - ciśnienie mierzone równoważone jest ciśnieniem hydrostatycznym słupa cieczy,

- manometry sprężyste - miarą mierzonego ciśnienia jest odkształcenie elementu sprężystego,

- przetworniki elektryczne - w przyrządach tych następuje zamiana sygnału ciśnienia na elektryczny.

Kopalniane przyrządy do pomiaru ciśnień bezwzględnych mają zakresy od 80 do 100 kPa (tj. od 600 do 900 mm Hg), a błąd maksymalny od 5 do 50 Pa. Do pomiaru różnic ciśnienia wykorzystuje się manometry o zakresie do kilkunastu tysięcy paskali przy klasie dokładności l.

72.1. Manometry cieczowe

Manometry cieczowe wypełnione są najczęściej wodą, alkoholem lub rtęcią.

Ciecze te powinny charakteryzować się m.in. stałością składu chemicznego, małą lepkością, małymi współczynnikami rozszerzalności objętościowej i napięcia powierzchniowego. W zależności od napięcia powierzchniowego cieczy manometrycznej menisk może mieć kształt wypukły i wówczas poziom cieczy w rurce kapilarnej jest niższy niż w naczyniu (rys. 7.16b) lub kształt wklęsły i wtedy słupek podnosi się ponad powierzchnię cieczy w naczyniu (rys. 7.16a).

Rys 7.16. Menisk a - wklęsly, b - wypukły

Manometr typu U-rurka

Rys. 7.17. U-rurka

Manometr z rurką pochyłą

Rys. 15. Manometr Krella

Mikromanometr kompensacyjny Ascania

Barometry rtęciowe

Aneroidy

Barolux

Rys.7.34. Mikromanometr GB-5 Ascania

Deprymometr

Do pomiaru różnicy ciśnień powietrza w wyrobiskach górniczych skonstruowano deprymometr (rys. 7.29).

W termosie napełnionym drobno pokruszonym lodem znajduje się zbiornik 1, który może być połączony z atmosferą po otwarciu zaworu 2. Jeden koniec wygiętej rurki 3 jest połączony z atmosferą, drugi ze zbiornikiem l. Zbiornik i rurka wypełnione są zabarwioną naftą, która jest cieczą manometryczną. Wzdłuż zewnętrznej części rurki ułożona jest skala. Po otwarciu zaworu 2 poziom nafty ustala się na jednakowej wysokośei w zbiorniku i rurce.

Po zamknięciu zaworu 2 i przeniesieniu deprymometru z punktu o ciśnieniu p do punktu o ciśnieniu p + , równanie równowagi cieczy manometrycznej (wyrażone ciśnieniem) dla płaszczyzny poziomu cieczy w zbiorniku 1 przyjmuje postać

(7.22)

gdzie

- zmiana ciśnienia w zbiorniku 1,

- zmiana wysokości cieczy manometrycznej w rurce 3,

- zmiana wysokości cieczy manometrycznej w zbiorniku 1,

- gęstość cieczy manometrycznej.

Po redukcji otrzymuje się

(7.23)

Z bilansu masy cieczy wynika

gdzie

- pole przekroju zbiornika 1,

- pole przekroju rurki 3,

- zmiana objętości cieczy manometrycznej w zbiorniku 1 po przeniesieniu deprymometru z punktu o ciśnieniu p do miejsca o ciśnieniu p + .

Termos z lodem ma zapewnić utrzymanie zbiornika 1 w stałej temperaturze. W związku z tym zmianę ciśnienia gazu nad cieczą manometryczną w zbiorniku 1 można obliczyć z prawa Boyle'a i Mariotta

Zmiana ciśnienia gazu w zbiorniku 1 wynosi zatem

Po uwzględnieniu poprzednich zależności w wyrażeniu (7.23) otrzymuje się

(7.24)

Czułość deprymometru wynosi około 0,15 mm/Pa. Mimo pewnych niedogodności związanych z przygotowaniem lodu, deprymometry są przyrządami charakteryzującymi się prostotą budowy i stosunkowo wysoką dokładnością, równą od 3 do 5 Pa.

Zmiana wysokości poziomu cieczy w kapilarze w stosunku do poziomu w naczyniu zależy od tego, czy ciecz manometryczna zwilża ścianki rurki czy też nie.

Podniesienie lub obniżenie słupa cieczy Oh, spowodowane zjawiskiem włoskowatości, można obliczyć ze wzoru

106 ' 4 6 COS

h = mm gd

gdzie

- napięcie powierzchniowe, N/m, cp - kąt zwilżania, stopnie,

d - wewnętrzna średnica rurki, mm.

Mimo iż dla danej cieczy napięcie powierzchniowe zależy również od temperatury, można w przybliżeniu określić Oh jako funkcję średnicy rurki. Dla wody wartość ta wynosi Oh = 30/d, dla rtęci Oh = 8/d, dla alkoholu h = 8/d.

Manometr typu U-rurka. Manometr typu U-rurka zbudowany jest z dwóch pionowych, połączonych ze sobą przezroczystych rurek wypełnionych cieczą manometryczną o gęstości (rys. 7.17).

rl

Ry 7.17. U-rurka

' 22

Qc

Pod wpływem różnicy ciśnień pź - p następuje wychylenie słupków cieczy manometrycznej o wielkość zz - z. U-rurka stanowi przewód, w którym znajduje się płyn w stanie równowagi statycznej.

Dla poszczególnych odcinków U-rurki otrzymuje się

P2 P2 + 9 2 (23 22) = O

Pz-P+9 (z-z) = 0

P -P 9 (z -zs) = 0

W wielu praktycznych przypadkach nad cieczą manometryczną w obu ramionach U-rurki znajduje się ten sam płyn i wówczas = =.

Dodając stronami równania równowagi otrzymuje się zależność na różnicę ciśnień

P - P = 9 ( - ) (z - z) (7.8)

---