background image

 

LABORATORIUM METROLOGII       

Ćwiczenie M –4 Pomiar ciśnienia. 

 

Ćwiczenie

 

M_4

 

INSTRUKCJA 

Temat ćwiczenia: Pomiar ciśnienia 

 

Opracowanie: dr hab. inż. Ryszard Dindorf, prof. AGH  

 

Cel ćwiczenia 

 

Celem  ćwiczenia  jest  zapoznanie  się  z  przyrządami  i  metodami  stosowanymi  przy  pomiarach 
ciśnienia  w  urządzeniach  technicznych.  Omówione  zostaną  zagadnienia  pomiaru  ciśnienia, 
działania  manometru  sprężynowego  i  piezorezystancyjnego  czujnika  ciśnienia  oraz  wzorcowanie 
(kalibracja) manometrów.

 

 

Podstawowe pojęcia 

Jednym  z  podstawowych  parametrów  określających  stan  płynów  (cieczy  i  gazów)  jest  ciśnienie. 
Pomiar  ciśnienia  jest  elementem  składowym  prawie  wszystkich  pomiarów  występujących  w 
praktyce inżynierskiej i urządzeniach technicznych.  
Ciśnienie  jest  wywierane  na  ciała  stałe  i  płyny  w  kierunku  prostopadłym  do  ich  powierzchni.  W 
ogólnym  przypadku  ciśnienie  p  (parametr  skalarny)  jest  definiowane  jako  granica  stosunku  siły 
normalnej F

n

 do pola powierzchni A, gdy wartość pola powierzchni dąży do zera: 

A

F

A

F

p

n

n

A

lim

0

 

 

 

 

 

(1) 

 
gdzie: F

n

 – składowa siły prostopadła do powierzchni,  

A – pole powierzchni.  

 
W  przypadku,  gdy  siła  F

n

 = F  rozłożona  jest  równomiernie  na  powierzchni,  wówczas  ciśnienie 

statyczne określa się wzorem: 

A

F

p

  

 

 

 

 

 

(2) 

 
Ciśnienie wywierane przez słup powietrza atmosferycznego nosi nazwę ciśnienia atmosferycznego 
lub barometrycznego. Stosowane są różne oznaczenia cieśnienia atmosferycznego: p

atm

p

a

 lub p

b

Wartość  mierzonego  ciśnienia  zależy  od  przyjętego  poziomu  odniesienia.  Ciśnienie  zmierzone 
względem  próżni  jest  nazywane  ciśnieniem  absolutnym  lub  bezwzględnym  i  najczęściej  jest 
oznaczane przez p

abs

.  

Ciśnienie  manometryczne  p

m

  wynika  z  różnicy  ciśnienia  absolutnego  p

abs

  i  ciśnienia  otoczenia, 

którym  najczęściej  jest  ciśnienie  atmosferyczne  p

atm

  wskazywane  przez  barometr.  Ciśnienie 

manometryczne  przyjmuje  wartości  większe  od  ciśnienia  atmosferycznego,  wówczas  mówi  się  o 
nadciśnieniu

p

p

p

atm

abs

m

 

 

 

 

 

 

(3) 

 
Podciśnienie jest różnicą między ciśnieniem atmosferycznym p

atm

 a ciśnieniem absolutnym p

abs

 w 

przypadku, gdy jest ono mniejsze od atmosferycznego. 

p

p

p

abs

atm

p

 

 

 

 

 

 

(4) 

 
Wzajemne zależności między omówionymi ciśnieniami przedstawiono na rys.1.  
 

background image

 

LABORATORIUM METROLOGII       

Ćwiczenie M –4 Pomiar ciśnienia. 

 

 

 

Rys. 1. Zależności między ciśnieniami 

 

Ciśnienie całkowite strumienia przepływającego płynu określa się wzorem: 

p

p

p

p

d

s

h

c

 

 

 

 

 

(5) 

gdzie: p

s

 – ciśnienie statyczne, ciśnienie płynu w spoczynku. 

p

d

 – ciśnienie dynamiczne, ciśnienie w przypadku przepływów ustalonych,  

2

v

2

p

d

 

  

 

 

 

 

(6) 

 – gęstość płyny, v – prędkość płynu, 

p

h

 – ciśnienie hydrostatyczne, ciśnienie wywierane przez słup płynu (cieczy, gazu),  

h

h

g

p

h

 

 

 

 

 

 

(7) 

g – przyspieszenie grawitacyjne, h – wysokość słupa płynu, γ – ciężar właściwy płynu. 

 
W  układzie  międzynarodowym  jednostek  miar  SI  podstawową  jednostką  ciśnienia  jest  paskal. 
Jeden  paskal  jest  to  ciśnienie  p,  które  wywiera  siła  F  o  1N  działająca  równomiernie  na 
powierzchnie A o polu 1m

2

.  

Ponieważ  paskal  jest  jednostką  ciśnienia  bardzo  małą,  np.  ciśnienie  barometryczne  wyraża  się 
liczbą  około  10

5

 Pa,  stąd  w  technice  używa  się  wielokrotności  tej  jednostki:  hektopaskal 

(1 hPa = 10

2

 Pa), kilopaskal (1 kPa = 10

3

 Pa) oraz magapaskal (l MPa = 10

6

 Pa).  

Równoważne jednostki ciśnienia zestawiono w tabeli 1. 

 

Tabela 1. Równoważne jednostki ciśnienia 
 

Jedn. 

at 

mmHg 

mmH

2

mbar 

bar 

MPa 

Pa 

at 

736 

10

980,665 

0,9807 

9,807 10

-2

 

9,807 10

4

 

mmHg 

1,36 10

-3

 

13,6 

1,33322  1,333 10

-3

 

1,333 10

-4

 

133,3 

mmH

2

10

-4

 

7,36 10

-2

 

0,09807 

9,81 10

-5

 

9,81 10

-6

 

9,81 

mbar 

1,02 10

-3

 

0,750062 

10,197 

0,001 

10

-4

 

100 

bar 

1,0197 

750,06 

1,02 10

4

 

10

3

 

0,1 

10

5

 

MPa 

1,02 

7500 

1,02 10

5

 

10

4

 

10 

10

6

 

Pa 

1,02 10

-5

 

7,5 10

-3

 

0,102 

10

-2

 

10

-5

 

10

-6

 

 

background image

 

LABORATORIUM METROLOGII       

Ćwiczenie M –4 Pomiar ciśnienia. 

 

Ciśnieniomierze – przyrządy do pomiaru ciśnienia 

 
W  zależności  od  przyjętego  ciśnienia  odniesienia  (patrz  rys. 1)  wyróżniamy  następujące  rodzaje 
ciśnieniomierzy:  
absolutne – do pomiaru ciśnienia absolutnego,  
różnicowe – do pomiaru różnicy ciśnienia,  
manometry – do pomiaru nadciśnienia,  
wakuometry – do pomiaru podciśnienia,  
manowakuometry – do pomiaru nadciśnienia i podciśnienia,  
Barometry 
a) rtęciowe: lewarowy, naczyniowy stacyjny, naczyniowy Fortina 
b) sprężynowe 
Manometry sprężynowe  
Zasada  działania  manometrów  sprężynowych  polega  na  wykorzystaniu  do  pomiaru  ciśnienia 
sprężystych  odkształceń  elementów  różnego  rodzaju  (sprężyna,  rurka,  membrana  –  przepona, 
mieszek). W zależności od kształtu elementu sprężystego manometry sprężynowe dzielą się na: 
a) manometry cieczowe, 
b) manometry przeponowe,  
c) manometry mieszkowe, 
d) puszkowe.  
Manometry obciążeniowe 
a) tłokowe 
   – ze stałym obciążeniowe 
   – z zmiennym obciążeniem 
b) dzwonowe 
c) z pierścieniem uchylnym.  
Manometry cieczowe (hydrostatyczne) 
a) jednoramienne 
b) dwuramienne, U-rurka 
c) naczyniowe 
d) z rurka pochyłą 
c) waga pierścieniowa 
Zasada  działania  manometrów  cieczowych  (hydrostatycznych)  oparta  jest  na  równoważeniu 
mierzonego  ciśnienia  ciśnieniem  hydrostatycznym  słupa  cieczy.  Ciecze  manometryczne  powinny 
odznaczać  się:  małą  lepkością,  małą  rozszerzalnością  cieplną,  małą  lotnością  oraz  małą 
higroskopijnością. 
Przetworniki ciśnienia 
a) pneumatyczne: strumieniowe, kaskadowe 
b) elektryczne: pojemnościowe, indukcyjne, tensometryczne 
c) piezoelektryczne 
d) krzemowe 
e) rezonansowy 
f) polarymetryczne 
g) fluoroscencyjne 
Sprawdzaniem  nazywa  się czynność porównania wskazań przyrządu pomiarowego z przyrządem 
wzorcowym w celu skontrolowania przyrządu i ewentualnego wprowadzenia poprawek.  
Wzorcowanie  (kalibracja)  manometru  polega  na  wyznaczaniu  charakterystyki,  czyli  zależności 
wskazań  przyrządu  od  rzeczywistej  (wzorcowej)  wartości  ciśnienia  lub  zależności  odchyłki 
wskazań przyrządu (w stosunku do przyrządu wzorcowego) od jego podziałki.  
Cechowaniem  określa  się  operację  umieszczania  na  narzędziu  pomiarowym  oznaczeń 
stwierdzających  jego  zgodność  z  wymaganiami  technicznymi,  normami  lub  przepisami 
legalizacyjnymi.  
 

background image

 

LABORATORIUM METROLOGII       

Ćwiczenie M –4 Pomiar ciśnienia. 

 

Wzorcowanie manometrów sprężynowych  

W wyniku zachodzących procesów starzenia, wskazania manometrów sprężystych różnią się nieraz 
bardzo  znacznie  od  rzeczywistej  wartości  mierzonego  ciśnienia.  Przyczyną  tego  jest  histereza 
odkształceń sprężystych czujnika oraz zużycie mechanizmu  przekazywania impulsu ciśnienia. Do 
wzorcowania  i  sprawdzania  manometrów  stosuje  się  wzorcowe  manometry  sprężynowe, 
obciążnikowo-tłokowe  lub  przetworniki  ciśnienia  o  wyższej  klasie.  Ogólne  zasady  sprawdzania  i 
wzorcowania  manometrów  sprężystych  przedstawiają  się  następująco:  przyrządy,  badany  i 
wzorcowy,  ustawia  się  w  położeniu  normalnym  i  sprawdza  czy  wskaźniki  (wskazówka)  są  w 
położeniu  zerowym.  Następnie  oba  przyrządy  przyłącza  się  równolegle  do  zbiornika,  w  którym 
przy pomocy pompy ciśnieniowej, sprężarki lub w przypadku próżniomierza - pompy próżniowej, 
wytwarza  się  ciśnienie  wyrażające  się  całkowitą  ilością  działek  na  manometrze  badanym  lub 
wzorcowym.  Wskazania  przyrządu  sprawdza  się  w  całym  obszarze  jego  podziałki  w  takiej  ilości 
punktów,  jaka  jest  określona  normą  dla  danego  typu  przyrządu.  W  wielu  przypadkach  zaliczanie 
manometrów  do  tej  lub  innej  klasy  dokładności  zależy  prawie  wyłącznie  od  wartości  liczbowej 
opóźnienia  sprężystego.  Stąd  też  manometry  sprężynowe  sprawdza  się  dla  ciśnień  rosnących  i 
malejących po odpowiednim przetrzymaniu przyrządu przy najwyższym ciśnieniu oznaczonym na 
podziałce.  Ze  względu  na  istnienie  tarcia  i  luzów  w  mechanizmie  przekładni  manometrów 
sprężynowych niezbędne jest każdorazowe opukanie przyrządu. 
Podstawowe przyczyny błędów pomiaru ciśnienia za pomocą manometru: 
1.  Zmiany  temperatury  czujnika  pomiarowego  –  wartość  błędu  temperaturowego  odejmuje  się  od 
wartości ciśnienia odczytanego na skali manometru.  
2. Manometr nie zachowuje dokładności wskazania zerowego, tj. przy doprowadzeniu do elementu 
sprężystego ciśnienia równego ciśnieniu odniesienia, którym może być np. ciśnienie atmosferyczne, 
koniec wskazówki nie pokrywa się z zerową kreską podziałki.  
3.  Tarcie  i  luzy  w  mechanicznym  układzie  przenoszenia  odkształcenia  czujnika  –  błąd  tarciowy 
(tzn. wynikający z tarcia) jest to różnica wskazań dla tej samej wartości ciśnienia przed i po lekkim 
opukaniu manometru.  
4. Dokładność pomiaru manometru zależy od wielkości luzu podczas jego rozruchu, określa się go 
jako  najmniejsza  wartość  ciśnienia,  przy  której  wskazówka  zaczyna  odchylać  się  od  położenia 
zerowego 
Manometr wzorcowy lub manometr kontrolny podlegają legalizacji i powinny być co najmniej o 2 
klasy dokładniejsze od manometrów wzorcowanych. Wynik wzorcowania opisuje się zależnością w 
postaci tabelarycznej, wykreślnej lub analitycznej, według wzoru: 

 

)

p

f

p

cw

m w

  

 

 

 

 

(8) 

 
gdzie: p

mw

 – ciśnienie odczytane z manometru wzorcowanego, 

p

cw

 – ciśnienie odczytane z czujnika wzorcowego,  

 
Manometr  wzorcowany  spełnia  stawiane  mu  wymagań,  jeśli  spełniony  jest  jeden  z  poniższych 
warunków:  
1. Różnica wskazań manometru badanego i  czujnika wzorcowego w dowolnym miejscu skali jest 

mniejsza  od  odchyłki  wynikającej  z  klasy  dokładności  manometru  badanego  (zarówno  dla 
ciśnień rosnących, jak i malejących):  

 

p

p

gr

 

 

 

 

 

 

(9) 

 
gdzie: 

p

p

p

cw

mw

– różnica wskazań manometru wzorcowanego i wzorcowego,  

p

gr

  –  błąd  charakterystyczny  (graniczny)  manometru  wzorcowanego,  wynikający  z  jego 

klasy dokładności i zakresu pomiarowego: 

 

background image

 

LABORATORIUM METROLOGII       

Ćwiczenie M –4 Pomiar ciśnienia. 

 

100

 

min

max

p

p

p

gr

 

 

 

 

 

(10) 

 

 – klasa dokładności manometru,  

p

p

min

max

 – zakres wskazań manometru. 

 
2. Histereza pomiarowa, tj. różnica wskazań manometru wzorcowanego, odpowiadających tej samej 

poprawnej  wartości  ciśnienia,  uzyskanej  przy  ciśnieniu  wzrastającym  i  przy  ciśnieniu 
malejącym, jest mniejsza od błędu granicznego manometru badanego: 

 

p

p

gr

hist

   

 

 

 

 

 

(11) 

 
gdzie: 

p

p

p

ros

mal

hist

 – histereza pomiarowa (błąd histerezy),  

p

m al

 – ciśnienie odczytane z manometru wzorcowanego przy ciśnieniu malejącym,  

p

ros

 – ciśnienie odczytane z manometru wzorcowanego przy ciśnieniu wzrastającym.  

 
Błąd  wskazań  manometru  nie  powinien  przekraczać  wartości  dopuszczalnej  (granicznej)  p

gr

 

wynikającej z jego klasy niedokładności. 
Zjawisko  histerezy  elementu  sprężystego,  czyli  opóźnienie  sprężyste  powoduje,  że  element 
sprężysty nie nadąża za zmianami ciśnienia. Wskutek tego wskazania manometru są opóźnione w 
stosunku do zmian ciśnienia mierzonego, tzn., że podczas wzrostu ciśnienia manometr wskazuje za 
mało, a podczas spadku ciśnienia za dużo.  
Klasa manometru 
Sposób  wyznaczania  klasy  manometru  jest  następujący:  porównuje  się  wskazania  manometru 
badanego (tj. tego, którego klasa ma być wyznaczona) ze wskazaniami manometru wzorcowego w 
całym jego zakresie, dla ciśnienia rosnącego i malejącego.  
Klasa manometru jest to liczba normalna obliczana ze wzoru: 
 

%

100

min

max

max

max

p

p

p

 

 

 

 

 

(5) 

 
gdzie: 

p

max

 – maksymalny błąd bezwzględny. 

 
Największa z wartości błędów Δp lub Δp

hist

 stanowi Δp

max

 – maksymalny błąd bezwzględny.  

Zgodnie z Polskimi Normami klasy dokładności urządzeń ustala się wybierając oznaczenie z ciągu 
liczb w [%]:  
a) 0,010; 0,016; 0,025; 0,04; 0,06; 0,10; 0,16; 0,25; 0,40; 0,60; 1,0; 1,6; 2,5; 
b) 0,15; 0,02; 0,05; 0,15; 0,2; 0,5; 1,5; 2,0.  
 

Przetworniki (czujniki) ciśnienia 

Czujniki  ciśnienia  znajdują  zastosowanie  wszędzie  tam,  gdzie  należy  mierzyć  ciśnienie 
bezwzględne  (absolutne),  względne  (różnicowe),  nadciśnienie  W  przetworniku  (czujniku) 
cieśnienia jest realizowany proces przetwarzania sygnału pomiarowego – zamiany jednego sygnału 
na inny mu równoważny, w celu dogodnego wykorzystania informacji zawartej w sygnale. Sposób 
przetwarzania  sygnału  pomiarowego  dzieli  się  ze  względu  na  rodzaj  sygnału;  wartości  sygnał; 
formy sygnału. Przetworniki pomiarowe składa się z kilku przetworników prostych (rys. 2). 
 

background image

 

LABORATORIUM METROLOGII       

Ćwiczenie M –4 Pomiar ciśnienia. 

 

 

 

Rys 2. Schemat przetwornik (czujnika) pomiarowego ciśnienia 

 
Pod pojęciem przetwornika (pomiarowego) standaryzującego rozumiemy przetwornik posiadający 
znormalizowany  sygnał  wyjściowy.  Standardowe  sygnały  wyjściowe  analogowe  (wyjścia 
regulacyjne) mogą by: 
prądowe: 0 5 [mA], 0 10 [mA], -5 5 [mA], 1  5[mA], 2 10 [mA], 0 20 [mA], 4 20 [mA], 
napięciowe:  0 10  [mV],  0 50  [mV],  0 100  [mV],  0 1  [V],  0 5  [V],  0 0  [V],  -10  10  [V],  
1 5 [V], 2 10 [V], 4 20 [V]. 
W aparaturze kontrolno pomiarowej występuj ponadto wyjścia transmisyjne  
częstotliwościowe: 0 – 10 [kHz], 
impulsowe: 0 – 5V standard TTL, 
cyfrowe (interfejs): RS 232C, RS 485, RS 422A (kodASCII) (9600 bps) 
 

Manometry sprężynowe 

Manometry sprężynowe rurkowe, zwane też ciśnieniomierzami ze sprężyną rurkową składają się z 
wygiętej  w łuk  lub  wielu  zwojów rurki,  zwanej  od nazwiska konstruktora rurką  Bourdona. Jeden 
koniec rurki jest zamocowany do obudowy i przez niego doprowadza się do rurki ciśnienie, drugi 
zamknięty  koniec  połączony  jest  z  układem  wskazującym  ciśnienie  wykonanym  zazwyczaj  jako 
układ  przekładni.  Rurka  pełni  jednocześnie  rolę  sprężyny  powrotnej.  W  wygiętej  rurce  ciśnienie 
wywiera większy nacisk na  powierzchnię zewnętrzną łuku rurki niż na powierzchnię wewnętrzną 
łuku, co powoduje, że rurka prostuje się nieco pod wpływem wzrostu ciśnienia. Zmiana wygięcia 
powoduje  zmianę  położenia  zamkniętego  końca  połączonego  ze  wskazówką.  Manometry  z  rurką 
Bourdona są obecnie najczęściej stosowanymi manometrami (rys.3). 
 

 

 
Rys. 3. Schemat działania i budowa manometru sprężynowego z rurką Bourdona: 1 – koło zębate 

sprzężone z wskazówką (6), 2 – dźwignia zębata, 3 – oś obrotu dźwigni zębatej (2), 
4 – cięgno, 5 – sprężysta rurka wychylająca się pod wpływem ciśnienia, 6 – wskazówka 
manometru, 7 – część chwytowa do wkręcenia manometru w gniazdo montażowe, 8 – gwint 
zewnętrzny do montażu 

 

background image

 

LABORATORIUM METROLOGII       

Ćwiczenie M –4 Pomiar ciśnienia. 

 

Stanowisko pomiarowe 

Schemat stanowiska pomiarowego do wzorcowania manometrów sprężynowych przedstawiono na 
rys.4.  Jest  to  stanowisko  pneumatyczne  składające  się  ze  źródła  zasilania  1  (kompresor 
samochodowy,  pompka  nożna  lub  ręczna)  podłączonego  za  pomocą  wentyla  2  (zaworu  kół 
pneumatycznych)  do  układu  pneumatycznego.  Układ  pneumatyczny  składa  się  ze  zbiornika,  do 
którego przyłączone są ciśnieniomierze: manometr wzorcowany 4 i czujnik wzorcowy 5. Zbiornik 
napełniany jest ze źródła zasilania 1 po otwarciu zaworu odcinającego 8, a opróżniany po otwarciu 
zaworu  7  przez  dyszę  wylotową  6  o  średnicy  1mm  (dysza  6  ogranicza  prędkości  wypływu 
powietrza). Zawór odcinający 8 po napełnieniu zbiornika zamykany jest dla zabezpieczenia układu 
przed  wyciekiem  powietrza.  Elementu  układu  pneumatycznego  połączone  są  przewodami 
elastycznymi o średnicy 6 i 8 mm oraz złączkami (dwa oddzielne trójniki). 
 

 

 

Rys. 4. Schemat pneumatycznego stanowiska pomiarowego: 1 – źródło zasilania sprężonego 

powietrza, 2 – wentyl, 3 – zbiornik, 4 – manometr wzorcowany, 5 – czujnik wzorcowy,  
6 – dysza wylotowa, 7, 8 – zawory odcinające 

 

Czujnik wzorcowy 

Na  stanowisku  pomiarowym  do  wzorcownia  manometrów  zastosowano  czujnik  wzorcowy  typu 
MPX5500  (Freescale  Semiconductor,  Inc.).  Elementem  pomiarowym  jest  piezorezystancyjny 
czujnik  ciśnienia  w  postaci  płytki  krzemowej.  Czujniki  piezorezystancyjne  wykorzystujące  efekt 
zmiany rezystancji materiału pod wpływem działającego ciśnienia. Cechują się one dużą trwałością, 
szerokim  zakresem  ciśnień  i  małymi  rozmiarami.  Główną  jego  część  stanowi  membrana 
wytrawiona  w  krzemie.  Jej  grubość  jest  tym  większa,  im  większy  zakres  ciśnienia  ma  mierzyć 
czujnik.  Po  przekroczeniu  zakresu  pracy  czujnik  taki  przestaje  być  liniowy  i  jego  wskazania  są 
mniej  dokładne  (po  powrocie  do  zakresu  pracy  znowu  działa  prawidłowo).  większa,  im  większy 
zakres ciśnienia ma mierzyć czujnik. Zazwyczaj producent dopuszcza pewien zapas ciśnienia, które 
wytrzymuje przyrząd (np. 2, 3, 4-krotne przeciążenie). Po przekroczeniu zakresu pracy czujnik taki 
przestaje  być  liniowy  i  jego  wskazania  są  mniej  dokładne  (po  powrocie  do  zakresu  pracy  znowu 
działa  prawidłowo).  Najprostszym  połączeniem  piezorezystorów  tworzących  czujnik  jest  układ 
mostka Wheatstone’a. Jest on utworzony z czterech piezorezystorów znajdujących się przy czterech 
krawędziach membrany czujnika. Pod wpływem ciśnienia doprowadzonego prostopadle membrana 
ulega  odkształceniu  -  z  nią  również  piezorezystory.  Poza  membraną  czułą  na  ciśnienie  mogą 
znajdować  się  układy  równoważące  mostek,  dopasowujące  zakres,  kompensujące  błędy 
temperaturowe itp. Czujniki posiadające takie układy zintegrowane nazywa się skompensowanymi. 
Struktura  czujnika  jest  osadzona  na  warstwie  szkła  o  identycznej  rozszerzalności  cieplnej  jak 
krzem,  a  często  dodatkowo  na  podłożowej  płytce  krzemowej.  Jeśli  czujnik  jest  przeznaczony  do 
pomiaru  ciśnienia  bezwzględnego,  w  wytrawionej  komorze  znajduje  się  próżnia  odniesienia. 
Czujniki mierzące ciśnienie względne lub nadciśnienie mają nieco inną budowę. Aby możliwe było 
doprowadzenie ciśnienia z dwu stron membrany, podłoże krzemowe ma specjalnie przygotowany 
otwór.  Rodzaj  obudowy  różni  się  w  zależności  od  przeznaczenia  czujnika.  Podstawowym  jej 

background image

 

LABORATORIUM METROLOGII       

Ćwiczenie M –4 Pomiar ciśnienia. 

 

zadaniem  jest  doprowadzenie  ciśnienia  do  membrany  -  najczęściej  przez  specjalną  dyszę  -  oraz 
ochrona delikatnej struktury przed szkodliwymi  oddziaływaniami  chemicznymi i  mechanicznymi. 
Szczelna obudowa wykonana jest z wytrzymałego materiału termoplastycznego w kształcie kapsuły 
(rys.5).  Struktura  czujnika  połączona  jest  cienkim  złotym  drutem  z  wyprowadzeniami 
wychodzącymi  na  zewnątrz  obudowy.  Powierzchnia  membrany  oraz  doprowadzenia  są  pokryte 
żelem silikonowym, tak aby odizolować je od szkodliwego działania środowiska. Żel taki jest gęsty 
i sprężysty, dzięki czemu przenosi sygnał ciśnienia do krzemowej membrany. Sygnał z czujnika ma 
zazwyczaj wartość co najwyżej dziesiątek miliwoltów dla pełnego zakresu zmian ciśnienia. Dlatego 
sygnał  napięciowy  z  mostka  pomiarowego  utworzonego  przez  4  piezorezystory  jest  najczęściej 
podawany na obwody wzmacniające i dopasowujące poziomy napięć. 
 

 

 

 

Rys. 5. Przekrój czujnika ciśnienia MPX5500 

 

Manometr wzorcowany 

Do  wzorcowania  przyjęto  standardowy  manometr  sprężynowy  firmy  Mecman:  średnica  tarczy 
10 mm;  zakres  pomiaru  0-4 bar  (skala  czarna)  i  0-60 psi  (skala  czerwona);  klasa  1.6;  obudowa 
metalowa pomalowano proszkowo;  przyłącze tylne  na  gwint  1/8”. Widok manometru przedstawia 
na rys.6.  
 

 

 

Rys. 6. Widok manometru sprężynowego 

 

background image

 

LABORATORIUM METROLOGII       

Ćwiczenie M –4 Pomiar ciśnienia. 

 

Manometr  sprężynowy  ogólnego  przeznaczenia  z  podwójną  skalą  (bar  i  psi)  do  pomiarów 
cieśnienia  płynów  (gazów  i  cieczy)  o  niskiej  lepkości  i  chemicznie  obojętnych.  Zastosowanie 
układy  sprężonego  gazu  (gazy  techniczne,  powietrza),  ciepłownictwo  i  gazownictwo.  Element 
pomiarowy  sprężyna  Bourdona,  temperatura  otoczenia  – 25 + 60°C,  temperatura  maksymalna 
medium +60°C. Dodatkowy błąd temperaturowy w przypadku, kiedy wartość temperatury elementu 
pomiarowego  odchyla  się  od  wartości  +20°C:  temperatura  rosnąca:+0.3%/10K  rzeczywistego 
zakresu wskazań; temperatura malejąca: –0.3%/10K rzeczywistego zakresu wskazań. 
 

Przebieg ćwiczenia 

1.  Połączyć układ pneumatyczny według schematu na rys.4. 
2.  Do  wentyla  2  podłączyć  pneumatyczne  źródło  zasilania  1  (akumulator  samochodowy,  pompkę 

nożną, pompkę ręczną).  

3.  Zamknąć zawór odcinający 7, a otworzyć zawór odcinający 8. 
4.  Napełniać stopniowo zbiornik 3 i odczytywać wskazania manometru wzorcowanego 4 i czujnika 

wzorcowego 5.  

5.  Wykonać od 5 do 10 pomiarów przy napełnianiu zbiornika do maksymalnego ciśnienia 500 kPa 

(ograniczenie ciśnienia wynika z zakresu pomiarowego czujnika ciśnienia).  

6.  Zamknąć zawór odcinający 8 i przez otwieranie/zamykanie zaworu 7 opróżniać zbiornik 3. 
7.  Opróżniać stopniowo zbiornik 3 i odczytywać wskazania manometru wzorcowanego 4 i czujnika 

wzorcowego 5. 

8.  Wykonać od 5 do 10 pomiarów do całkowitego opróżniania zbiornika 3. 
9.  Cykl pomiarów można powtórzyć. 
10.  Wyniki  pomiarów  zamieścić  w  tablicy 2,  przeprowadzić  obliczenia  błędu  granicznego 

manometru wzorcowanego według wzoru (10), sprawdzić warunek (11). 

11.  Wykreślić charakterystyki wzorcowania. 
 

Literatura 

1. Cieśliński J.: Sprawdzanie i wzorcowanie manometrów. Wyd. PG, Gdańsk 1988.  
2. Kotlewski F.: Pomiary w technice cieplnej. WNT, Warszawa 1974.  
3. Mieszkowski M.: Pomiary cieplne i energetyczne. WNT, Warszawa 1993. 
4. Taler D.: Pomiar ciśnienia, prędkości i strumienia przepływu. Wyd. AGH, Kraków 2006. 
5. Turkowski M: Przemysłowe sensory i przetworniki pomiarowe. OW PW, Warszawa 2002. 
 

Pytania kontrolne 

1. Definicja ciśnienia, jednostki ciśnienia, przeliczanie jednostek ciśnienia.  
2. Podział ciśnieniomierzy. 
3. Zasada działania manometrów sprężynowych. 
4. Zasada działania czujnika piezorezystancyjnego. 
5. Metody wzorcowanie manometrów.  
6. Błędy pomiarowe manometrów sprężynowych, histereza pomiarowa.  
 

Wymagania BHP 

Ćwiczenie  należy  wykonywać  zwracając  szczególną  uwagę  na  ciśnienia  w  zbiorniku  a  wszelkie 
czynności wykonywać pod nadzorem prowadzącego. W trakcie wykonywania pomiarów nie należy 
umieszczać żadnych przedmiotów ani znajdować się osobom uczestniczącym w ćwiczeniu w polu 
wypływu powietrza. Ewentualną zmianę układu pomiarowego należy wykonać  po wcześniejszym 
uzgodnieniu z prowadzącym. 
 

background image

 

LABORATORIUM METROLOGII       

Ćwiczenie M –4 Pomiar ciśnienia. 

10 

 

Sprawozdanie 

 

Ćwiczenie

 

M_5

 

SPRAWOZDANIE 

Temat ćwiczenia: Pomiar ciśnienia 

 

Nr zespołu: 

Wydział, rok, grupa: 

Data 

Nazwisko i imię 

Ocena 

Teoria 

Wykonanie ćwiczenia  Końcowa z ćwiczenia 

 

 

 

 

 
Zestawienie wyników pomiarów 
Narysować  schemat  stanowiska  badawczego,  zamieścić  wyniki  pomiarów  w  tablicy 2,  obliczyć 
błędy wskazań i klasę dokładności manometru, wykreślić charakterystyki wzorcowania p

mw

 = f(p

cw

) 

przy wzrastającym i malejącym cieśnieniu. 
 
Przeliczanie jednostek ciśnienia: 
– dla czujnik wzorcowego  
Po  odczytaniu  wskazania  napięcia  w  V  z  multimetru  odczytać  wartość  ciśnienia  w  kPa  z 
charakterystyki czujnika MPX5500 (rys.7) 
 

 

 

Rys. 7. Charakterystyka czujnikaMPX5500: napięcia wyjściowe w funkcji różnicy ciśnień u = fp

 
– dla manometru wzorcowanego  
Po  odczytaniu  wskazania  manometru  wzorcowanego  ze  skali  czarnej  w  barach  przeliczyć  na 
jednostki kPa:  
 

p

mw

 [kPa]= p

mw(odczyt)

 [bar] x 100 

 

background image

 

LABORATORIUM METROLOGII       

Ćwiczenie M –4 Pomiar ciśnienia. 

11 

 

 
Tablica 2. Zestawienie wyników pomiarów wzorcowania manometru 
 

 

Lp. 

 

 

Wskazanie czujnika 

wzorcowego p

cw

 [kPa] 

Wskazanie manometru 

wzorcowanego p

mw

 [kPa] 

Bezwzględne błędy pomiaru 

manometru wzorcowanego [kPa] 

p

ros 

p

mal 

Δp

ros

 

Δp

mal

 

Δp

hist

 

1. 
2. 
3. 
4. 
5.