background image

 

Ćwiczenie 2 

 

Badanie i wzorcowanie manometrów oraz przetworników ciśnienia 

 

 

I.

 

Celem  ćwiczenia  jest  zapoznanie  studentów  z  budową  i  zasadą  działania 

laboratoryjnych 

manometrów 

obciążnikowo-tłokowych 

oraz 

metodyką 

sprawdzania i wzorcowania manometrów sprężystych. 

 

II.

 

Wprowadzenie 

Jeżeli  w  płynie  na  dowolny  element  powierzchni 

A  zawierający  punkt  M  działa 

parcie 

P  (wypadkowa  sił  powierzchniowych  normalna  do  powierzchni),  to  siła 

normalna do powierzchni w punkcie M wynosi: 

dP

p

dA

=

Wartość  liczbową  p  nazywa  się  ciśnieniem  w  punkcie  M.  Z  pojęciem  ciśnienia  w 

płynach wiążą się następujące stwierdzenia: 

-

 

ciśnienie  w  danym  punkcie  płynu  będącego  w  spoczynku  jest  jednakowe  we 

wszystkich kierunkach, 

-

 

ciśnienie  w  płynie  znajdującym  się  w  stanie  równowagi  jest  w  każdym  punkcie 

prostopadłe do powierzchni, na którą działa, 

-

 

przy  pominięciu  sił  ciężkości  i  innych  sił  masowych  ciśnienie  w  każdym  punkcie 

płynu jest jednakowe. 

Biorąc  pod  uwagę  powyższe  stwierdzenia,  ciśnienie  można  zdefiniować  jako 

stosunek siły do powierzchni, na którą ta siła działa. 

Wartość  mierzonego  ciśnienia  zależy  od  przyjętego  poziomu  odniesienia.  Ciśnienie 

zmierzone 

względem 

próżni 

jest 

nazywane 

ciśnieniem 

absolutnym 

lub 

bezwzględnym i najczęściej bywa oznaczony literą (p

a

).  

Ciśnienie  manometryczne  p

m.

  –  jest  to  różnica  ciśnienia  absolutnego  i  ciśnienia 

otoczenia, którym najczęściej jest ciśnienie atmosferyczne, wskazywane przez barometr. 

background image

 

Ciśnienie manometryczne może przyjmować wartości większe od zera i wówczas mówi 

się o nadciśnieniu lub wartości mniejsze od zera i wówczas mówi się o podciśnieniu.  

Ciśnienie  wywierane  przez  słup  powietrza  atmosferycznego  nosi  nazwę  ciśnienia 

barometrycznego (atmosferycznego) i oznaczane jest przez p

b

Ciśnienie wywierane przez słup płynu nosi nazwę ciśnienia hydrostatycznego i jest 

określone wzorem: 

p

g h

= ρ⋅ ⋅

gdzie: g – przyspieszenie grawitacyjne, 

 

h – wysokość słupa cieczy, 

 

ρ

 - gęstość cieczy manometrycznej. 

Gdy  płyn  znajduje  się  w  ruchu,  to  rozróżnia  się  pojęcie  ciśnień:  statycznego, 

dynamicznego i całkowitego. 

Ciśnienie  statyczne  p

st

  –  ciśnienie  jakie  wskazywałby  przyrząd  poruszający  się  z 

prędkością strugi w tym samym co ona kierunku. 

Ciśnienie  dynamiczne  p

d

  –  ciśnienie  powstające  w  wyniku  izentropowego 

wyhamowania  strumienia  płynu  do  prędkości  równej  zero  i  zmiany  jego  energii 

kinetycznej  w  energię  potencjalną  (ciśnienia).  Dla  płynów  nieściśliwych  oblicza  się  ją 

wzorem: 

2

d

w

p

2

ρ⋅

=

gdzie: w – prędkość strumienia płynu. 

Ciśnienie  całkowite  (spiętrzenia)  p

c

  –  ciśnienie 

absolutne  jakie  osiągnie 

poruszający się płyn po izentropowym zahamowaniu do prędkości równej zero. Jest ono 

sumą ciśnienia statycznego p

st

 i ciśnienia dynamicznego p

d

Zgodnie z elementarną definicją ciśnienia jego jednostkę tworzy stosunek jednostek 

siły i powierzchni. W obowiązującym układzie jednostek miar SI jednostką podstawową 

ciśnienia  jest 

paskal  [Pa],  czyli  [N/m

2

].  Ponieważ  jest  to  jednostka  bardzo  mała,  w 

praktyce,  poza  pomiarami  próżni,  używane  są  jednostki  wielokrotnie  większe  (np.  1 

[hPa], 1 [MPa]). 

background image

 

 

 

Rys.2.1.

 Wzajemne zależności między ciśnieniami 

 

Jednostka ciśnienia w różnych 

układach jednostek 

Odpowiadająca wartość ciśnienia w 

układzie jednostek SI [Pa] 

1 [at] = 1 [kG/cm

2

] – atmosfera techniczna 

98066,5 [Pa] 

1 [atm] – atmosfera fizyczna 

101325 [Pa] 

1 [bar] 

10

5

 [Pa] 

1 [Tr] = 1 [mmHg] - tor 

133,322 [Pa] 

1 [mmH

2

O] 

9.80665 [Pa] 

1 [lb/in

2

] = 1 [psi] 

6894,76 [Pa] 

 

 

III.

 

Przyrządy do pomiaru ciśnienia 

Podstawowymi kryteriami podziału przyrządów do pomiaru ciśnienia są: 

 

przeznaczenie, 

 

zasada działania. 

W zależności od przeznaczenia przyrządów do pomiaru ciśnienia rozróżnia się: 

a)

 

manometry – do pomiaru nadciśnienia, 

b)

 

wakumetry – do pomiaru podciśnienia,  

c)

 

manowakumetry – do pomiaru nadciśnienia i podciśnienia, 

background image

 

d)

 

mikromanometry – do pomiaru małych wartości nadciśnienia, podciśnienia i różnicy  

      ciśnień, 

e)

 

barometry – do pomiaru ciśnienia barometrycznego (atmosferycznego). 

 

Ze względu na zasadę działania ciśnieniomierze możemy podzielić na: 

a)

 

manometry  hydrostatyczne  –  w  przyrządach  tego  rodzaju  mierzone  ciśnienie 

równoważone  jest  hydrostatycznym  ciśnieniem  słupa  cieczy.  Do  najważniejszych 

przyrządów  tego  typu  należą:  manometr  dwuramienny  tzw.  U  –  rurka,  manometr 

jednoramienny,  manometr  z  rurką  pochyłą,  manometr  pierścieniowy  (waga 

pierścieniowa), manometr dzwonowy oraz barometry. 

 

Na dokładność pomiaru manometrami cieczowymi w głównej mierze ma wpływ: 

 

zmiana  temperatury  otoczenia  (wpływ  złożony  przez  oddziaływanie  na  długość 

skali, gęstość cieczy manometrycznej i napięcie powierzchniowe), 

 

podniesienie  poziomu  cieczy  w  rurce  wskutek  zjawiska  włoskowatości 

(kapilarności), 

 

poziom zamocowania manometru, 

 

niedokładność  ustawienia  pionu  rurek  manometrycznych  oraz  dla  niektórych 

typów manometrów złe ustawienie zera. 

 

b)

 

manometry  tłokowe  –  w  przyrządach  tych  ciśnienie  równoważone  jest 

zewnętrznymi  siłami  działającymi  na  tłok.  Na  tłok  poruszający  się  w  cylindrze 

działają  następujące  siły:  siła  ciężkości  tłoka  i  obciążników,  siła  spowodowana 

ciśnieniem  cieczy  manometrycznej  oraz  siła  tarcia,  która  przeciwdziała  ruchowi 

tłoka  w  cylindrze.  Manometry  tłokowe  budowane  są  w  dwóch  podstawowych 

odmianach:  jako  manometry  techniczne  i  obciążnikowo-tłokowe.  O  ile  pierwsza 

grupa  nie  jest  szeroko  stosowana  w  praktyce,  z  powodu  skomplikowanej  budowy  i 

niewielkiej  pewności  ruchu,  o  tyle  manometry  obciążnikowo-tłokowe  znalazły 

szerokie zastosowanie do sprawdzania i wzorcowania manometrów innych typów. 

Zasadnicze błędy przy pomiarze ciśnienia manometrami tłokowymi wynikają z: 

 

niedokładnego wyznaczenia ciężarów tłoka i obciążników, 

 

pominięcia  sił  tarcia  (w  celu  zmniejszenia  wpływu  sił  tarcia  bezpośrednio  przed 

dokonaniem odczytu wprawia się talerz wraz z obciążnikami w ruch obrotowy), 

background image

 

 

błędów  w  określeniu  powierzchni  czynnej  tłoka  (powierzchnia,  na  którą  działa 

wytworzone ciśnienie). 

 

c)

 

manometry  sprężyste  -  zasada  działania  tych  manometrów  polega  na 

wykorzystaniu  do  pomiaru  ciśnienia  sprężystych  odkształceń  elementów  różnego 

rodzaju.  Przyjmując  jako  podstawę  klasyfikacji  manometrów  rodzaj  elementu 

sprężystego rozróżnia się: manometry rurkowe, przeponowe i mieszkowe. 

Podstawowe  przyczyny  błędów  występujących  przy  pomiarze  ciśnienia  za 

pomocą manometrów sprężystych: 

 

zmiany temperatury czujnika pomiarowego, 

 

zjawisko histerezy elementu sprężystego, czyli opóźnienie sprężyste, powodujące że 

element sprężysty nie nadąża za zmianami ciśnienia, 

 

tarcie i luzy w mechanicznym układzie przenoszenia odkształcenia czujnika. 

 

d)

 

manometry  elektryczne  –  pod  tym  pojęciem  należy  rozumieć  przyrządy,  które 

działają na zasadzie zjawiska elektrycznych zachodzących w materiałach poddanych 

działaniu  ciśnienia,  a  nie  takie  które  zaopatrzone  są  w  przekaźniki  elektryczne 

impulsów  mechanicznych.  Rozróżniamy  dwie  grupy  manometrów  elektrycznych: 

pierwsza,  w  której  mierzone  ciśnienie powoduje  zmianę  właściwości  elektrycznych 

czujnika oraz druga, w której ciśnienie powoduje zmianę właściwości elektrycznych 

ośrodka,  w  którym  mierzone  jest  ciśnienie.  Druga  grupa  manometrów 

elektrycznych dzieli się na manometry termoelektryczne i jonizacyjne. 

 

IV.

 

Manometry sprężyste 

Zasada  działania  manometrów  sprężystych  oparta  jest  jak  wspomniano,  na 

zależności  odkształceń  sprężystych  elementu  prężnego  od  ciśnienia  wywołującego  to 

odkształcenie.  Klasyfikacja  przyrządów  tej  grupy  oparta  jest  o  rodzaje  elementów 

sprężystych. 

 

Manometry rurkowe 

W manometrach rurkowych element sprężysty stanowi zwinięta rurka, tzw. rurka 

Bourdona,  najczęściej  o  przekroju  eliptycznym  lub  owalnym.  Rurka  wykonana  jest  ze 

sprężystego materiału: stali, brązu lub stali specjalnych, przy czym rodzaj stosowanego 

background image

 

materiału  zależy  od  właściwości  płynu,  którego  ciśnienie  jest  mierzone  oraz  od 

wymaganego zakresu pomiarowego. Do niższych ciśnień i do mniejszych średnic osłony 

manometru  stosuje  się  rurki  Bourdona  ze  stopów  miedzi,  utwardzonych  zgniotem.  Do 

wyższych  ciśnień  i  większych  średnic  stosuje  się  rurki  stalowe  obrabiane  termicznie. 

Rurki stalowe są wiercone a po spłaszczeniu i zgięciu hartowane. Jeden koniec rurki jest 

zamknięty, natomiast drugi jest zamocowany w króćcu zakończonym złączką z gwintem; 

za  pomocą  złączki  łączy  się  rurkę  z  przestrzenią,  w  której  panuje  mierzone  ciśnienie. 

Jeżeli do rurki doprowadzi się płyn o ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego, 

to  krzywizna  rurki  zmniejszy  się;  w  przypadku  gdy  czujnik  wskazuje  podciśnienie, 

wtedy  krzywizna  rurki  powiększa  się.  Ponieważ  jeden  koniec  rurki  jest  sztywno 

zamocowany,  zmiana  krzywizny  powoduje  przemieszczenie  się  drugiego,  swobodnego 

końca.  Ruch  swobodnego  końca  rurki  oddziałuje  na  przekładnię  zębatą  przez  układ 

wodzik-przegub.  Proporcjonalnie  do  obrotu  kółka  zębatego  przekładni  obraca  się 

wskazówka manometru. 

Rys.2.2.

 Mechanizm pomiarowy manometru rurkowego 

1 - rurka Bourdona, 2 – króciec, 3 – obudowa, 4 – cięgno, 5 – korek, 6 – przekładnia zębata, 

7- wskazówka 

 

Liniowa zależność przemieszczenia swobodnego końca rurki jest proporcjonalna 

do  ciśnienia  tylko  w  określonym  zakresie  długości.  Graniczne  ciśnienie,  przy  którym 

zależność  ta  jest  jeszcze  zachowana  nosi  nazwę  granicy  proporcjonalności;  jest  ona 

background image

 

ważną wielkością charakteryzującą manometr. Jest zasadą, że granica proporcjonalności 

nie może być osiągana w zakresie pomiarowym manometru.  

 

Manometry przeponowe 

W  manometrach  tego  rodzaju  czujnikiem  jest  przepona  (membrana),  wykonana  ze 

sprężystego  materiału,  szczelnie  zamocowana  na  obwodzie  pomiędzy  kołnierzami 

górnej  o  dolnej  części  obudowy  przyrządu.  Impuls  mierzonego  ciśnienia  jest 

doprowadzany  do  jednej  z  komór  utworzonych  przez  przeponę  i  obudowę  czujnika. 

Ugięcie środka przepony, odkształcającej się pod wpływem ciśnienia, jest przekazywane 

za  pośrednictwem  układu  dźwigni  i  przekładni  zębatej  na  wskazówkę,  której 

wychylenie  jest  miarą  ciśnienia.  W  celu  uzyskania  liniowej  zależności  pomiędzy 

odkształceniami  a  działającym  ciśnieniem  stosuje  się  przepony  z  wytłaczanymi  falami. 

Manometry  przeponowe  stosuje  się  do  pomiarów  ciśnień,  których  wartość  nie 

przekracza  3  [MPa].  Najczęściej  jednak  manometry  te  stosowane  są  do  pomiaru 

podciśnień i różnic ciśnień. 

 

Rys.2.3.

 Manometr z przeponą sprężystą prostopadłą do podzielni. 

1 – przepona (membrana), 2 – dolna część korpusu, 3 – górna część korpusu, 4 – cięgno, 

5 – wskazówka 

  

background image

 

 

Manometry mieszkowe 

Czujnikiem  pomiarowym  w  tego  rodzaju  manometrach  jest  cylindryczne  naczynie 

cienkościenne  z  pierścieniowymi  obwodowymi  wytłoczeniami,  czyli  tzw.  mieszek 

sprężysty  albo  sylfon.  Mieszek  pod  działaniem  nawet  niewielkiego  ciśnienia 

zewnętrznego  lub  wewnętrznego  odkształca  się;  jest  to  najczulszy  element  sprężysty. 

Manometry  mieszkowe  stosuje  się  najczęściej  do  pomiaru  małych  ciśnień  rzędu 

dziesiątek [kPa], różnic ciśnień i podciśnień. 

Rys.2.4.

 Zachowanie się puszki manometru puszkowego przy pomiarze: 

b) nadciśnienia, c) podciśnienia, d) różnicy ciśnień 

 

Odmianą  manometrów  tego  rodzaju  są  manometry  puszkowe.  Czujnikiem  w  tych 

przyrządach  jest  puszka  cylindryczna,  która  może  mieć  membrany  na  jednej  lub  obu 

powierzchniach czołowych. Jeśli z puszki przyrządu lub szeregu puszek umieszczonych 

jedna    nad  drugą,  w  celu  powiększenia  odkształcenia,  zostanie  usunięte  powietrze,  to 

uzyskujemy możliwość pomiaru ciśnienia barometrycznego, a przyrząd taki nosi nazwę 

aneroidu.  

 

V.

 

Ogólne zasady doboru oraz instalowania manometrów sprężystych 

 

A.

 

Przyrząd  powinien  być  dostosowany  do  przewidywanego  zakresu  ciśnień  oraz  do 

warunków, w jakich dany pomiar ma być przeprowadzony. 

B.

 

Przy  pomiarze  ciśnień  stałych  lub  wolnozmiennych  o  małej  amplitudzie  wahań 

ciśnienia  zakres  wskazań  manometru  powinien  być  taki,  aby  zakres  mierzonych 

ciśnień zawarty był w granicach od 1/3 do 2/3 górnej granicy wskazań manometru. 

background image

 

C.

 

Przy  pomiarze  ciśnień  pulsujących  zakres  ciśnień  roboczych  powinien  stanowić  od 

1/3 do 1/2 górnej granicy wskazań manometru, przy czym należy raczej stosować 

przyrządy  z  mechanizmami  dźwigniowymi.  Ponadto  przed  manometrami  powinny 

być  zainstalowane  amortyzatory  ciśnienia;  dławienie  ciśnienia  pulsującego  za 

pomocą zaworów jest niedopuszczalne. 

D.

 

Temperatura  otoczenia  w  miejscu  zainstalowania  manometru  nie  powinna 

wykraczać  poza  zakres  ok.  +5  do  +40

o

C.  W  przypadku  gdy  manometr    znajduje  się 

pod wpływem promieniowania cieplnego, należy stosować ekrany z pomalowanej na 

biało blachy lub materiału izolacyjnego. 

E.

 

W  przypadku  instalowania  manometrów  w  miejscach  narażonych  na  wstrząsy  i 

wibracje  (np.  na  maszynach  tłokowych)  należy  stosować  odpowiednie  podkładki 

amortyzujące. 

F.

 

Do pomiaru ciśnienia płynu korodującego należy stosować przyrządy w wykonaniu 

specjalnym,  odpowiednio  oznakowane  lub  zabezpieczyć  je  stosując  komory 

rozdzielcze. 

G.

 

Do pomiaru ciśnienia acetylenu nie wolno stosować manometrów, których elementy 

poddane  działaniu  gazu  wykonane  są  ze  stopów  zawierających  więcej  niż  70% 

miedzi, gdyż w wyniku reakcji acetylenu z miedzią powstają związki wybuchowe. 

H.

 

Do  pomiaru  ciśnienia  tlenu  nie  wolno  stosować  manometrów  zanieczyszczonych 

tłuszczem, olejem lub innymi związkami organicznymi (niebezpieczeństwo pożaru). 

I.

 

W przypadku pomiaru ciśnienia bardzo lepkiej cieczy należy brać pod uwagę wpływ 

lepkości powodującej znaczne opóźnienie wskazań. W tym przypadku należy raczej 

zastosować manometr przeponowy. 

J.

 

W  instalacjach  podlegających  okresowym  kontrolom  manometr  należy  łączyć 

poprzez  kurek  trójdrożny.  Istnieje  wtedy  możliwość  zamontowania  manometru 

wzorcowego lub odciążenie manometru roboczego. 

K.

 

Manometry należy instalować tak, aby na jego wskazania nie wywierał wpływu słup 

cieczy  w  przewodzie  doprowadzającym  ciśnienie.  W  przypadku  zaistnienia  takich 

okoliczności,  różnicę  wysokości  między  miejscem  odbioru  ciśnienia  i  manometrem 

należy przy odczycie odpowiednio uwzględnić. 

L.

 

Wszystkie  elementy  łączące  manometr  z  przestrzenią,  w  której  chcemy  zmierzyć 

ciśnienie winny być bezwzględnie szczelne. 

background image

 

10 

M.

 

Manometr  powinien  być  zainstalowany  w  miejscu  łatwo  dostępnym  i  bezpiecznym 

w  takiej  pozycji,  w  jakiej  był  wzorcowany.  Podzielnia  manometru  musi  być  dobrze 

widoczna z miejsca pracy obsługującego. 

 

VI.

 

Manometry kontrolne i wzorcowe. 

Manometry  kontrolne  służą  do  sprawdzania  manometrów  ruchowo-technicznych. 

Wyróżniają się staranniejszym wykonaniem oraz większą dokładnością. Wyposażone są 

one  w  dwa  niezależnie  działające  układy  pomiarowe  tzn.  dwie  rurki  Bourdona,  dwie 

przekładnie,  dwie  wskazówki  oraz  jedną  lub  dwie  podziałki.  Ilość  działek  na podziałce 

manometrów kontrolnych nie może być mniejsza od 40. Króciec takiego manometru jest 

przystosowany  do  dołączenia  go  do  kurka  trójdrożnego  zainstalowanego  przy 

manometrze  badanym.  Manometry  kontrolne  muszą  odpowiadać  następującym 

warunkom: 

a)

 

odległość wskazówki od podziałki nie powinna przekraczać 1 [mm], 

b)

 

błąd wskazania nie powinien przekraczać określonej tolerancji (zazwyczaj 

±

0.2%), 

c)

 

przy  lekkim  stuknięciu  w  przyrząd,  wskazówka  manometru  może  zmienić  swoje 

położenie jedynie w granicach określonej tolerancji, 

d)

 

manometr  kontrolny  (dwuwskazówkowy)  powinien  pozostawać  pod  niewielkim 

nadciśnieniem. 

Manometry wzorcowe służą do sprawdzania manometrów kontrolnych i roboczych. 

Wyższą  klasę  manometru  wzorcowego  uzyskuje  się  jedynie  przez  zastosowanie 

wysokiej  jakości  materiałów  na  elementy  prężne  i  staranne  wykonanie  wszystkich 

mechanizmów  przyrządu.  Manometry  kontrolne  i  wzorcowe  muszą  posiadać  metryki 

zawierające tabele odchyłek w cyfrowych punktach podziałki. 

 

VII.

 

Przetworniki ciśnienia 

Przetworniki ciśnienia są urządzeniami do pomiaru ciśnienia, które zmieniają sygnał 

z czujnika ciśnienia na sygnał analogowy (najczęściej jest to sygnał 4-20 mA, zazwyczaj 

liniowy  względem  zmian  ciśnienia).  Przetworniki  ciśnienia  umożliwiają  pomiary 

ciśnienia w zakresie od kilku milibar do 10000 bar. 

Podstawowe pojęcia związane z przetwornikami ciśnienia: 

background image

 

11 

 

Czujniki  piezorezystancyjne  –  działanie  tych  czujników  wykorzystuje  zjawisko 

piezoelektryczne,  czyli  powstawanie  w  materiale  napięcia  (lub  zmian  rezystancji) 

pod wpływem odkształcenia mechanicznego. Czujniki piezorezystancyjne umieszcza 

się  na  płytce  stykającej  się  z  membraną  pomiarową.  Ciśnienie  przyłożone  do 

membrany  powoduje  jej  odkształcenie,  a  tym  samym  zmianę  rezystancji  czujnika 

mierzoną  w  obwodzie  pomiarowym.  Czujniki  piezorezystancyjne  wykorzystywane 

są do pomiaru ciśnień do 16 bar. 

 

Czujniki  cienkowarstwowe  –  w  tego  typu  czujnikach  cienka  warstwa  specjalnego 

materiału  naniesiona  na  jedną  ze  stron  membrany  pomiarowej  działa  podobnie  do 

czujnika  piezoelektrycznego  –  następuje  zmiana  rezystancji  po  jego  odkształceniu, 

wskutek  podania  ciśnienia  na  drugą  stronę  membrany.  Czujniki  cienkowarstwowe 

wykorzystywane są zazwyczaj dla ciśnień powyżej 16 bar. 

 

Czujniki  hallotronowe  –  w  czujnikach  tych  wykorzystuje  się  zjawisko  Halla,  czyli 

powstawania  napięcia  w  półprzewodniku  umieszczonym  w  polu  magnetycznym. 

Odkształcenie membrany zmienia pole magnetyczne, co jest mierzone przez czujnik 

hallotronowy. Czujniki tego typu można stosować dla wszystkich zakresów ciśnień. 

 

Dokładność – definiowana jest jako maksymalne odchylenie wartości mierzonej od 

charakterystyki idealnej. Dokładność zgodnie z metodą BFSL (Best Fit Straight Line) 

odpowiada około połowie dokładności bezwzględnej. 

 

 

Rys.2.5. 

Określenie dokładności bezwzględnej pomiarów zgodnie z normą DIN16086 

 

 

background image

 

12 

 

Rys.2.6.

 Określenie dokładności pomiarów metodą BFSL 

 

 

Liniowość  –  określa  wartość  odchylenia  wartości  mierzonej  przez  czujnik  od 

charakterystyki idealnej. 

 

Histereza  –  określa  wartość  różnicy  pomiarów  dokonywanych  przez  czujnik  przy 

wzroście i spadku ciśnienia. 

 

Wytrzymałość  na  nadciśnienie  –  określa,  jak  wysokie  ciśnienie  może  być  podane 

na czujnik bez jego uszkodzenia. 

 

Czas  odpowiedzi  –  określa  czas  potrzebny  na  to,  aby  sygnał  wyjściowy 

przetwornika odzwierciedlił krokową zmianę ciśnienia. 

 

 

VIII.

 

Sprawdzanie i wzorcowanie manometrów.  

 

Sprawdzaniem  nazywa  się  czynność  porównania  wskazań  przyrządu  pomiarowego  z 

przyrządem  wzorcowym  w  celu  skontrolowania  przyrządu  i  ewentualnego 

wprowadzenia poprawek. 

Wzorcowanie  manometru  polega  na  wyznaczeniu  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

 

13 

Ogólne zasady sprawdzania i wzorcowania manometrów: 

A.

 

Przyrządy, badany i wzorcowy, ustawia się w położeniu normalnym i sprawdza czy 

wskazówki są w położeniu zerowym. 

B.

 

Obydwa manometry przyłącza się równolegle  do zbiornika, w którym przy pomocy 

pompy  ciśnieniowej  (prasy  hydraulicznej,  sprężarki)  lub  pompy  próżniowej, 

wytwarza  się  ciśnienie  wyrażające  się  całkowitą  ilością  działek  na  manometrze 

badanym lub wzorcowym. 

C.

 

Wskazania  przyrządu  sprawdza  się  w  całym  obszarze  jego  podziałki  w  takiej  ilości 

punktów, jaka jest określona normą dla danego typu przyrządu. 

D.

 

Manometry  sprężyste  sprawdza  się  dla  ciśnień  rosnących  i  malejących  po 

odpowiednim przetrzymaniu przyrządu przy  najwyższym ciśnieniu oznaczonym na 

podziałce. 

E.

 

Ze  względu  na  istnienie  tarcia  i  luzów  w  mechanizmie  przekładni  manometrów 

sprężystych  niezbędne  jest  każdorazowe  opukanie  przyrządu  przed  odczytem 

wskazania. 

F.

 

Zakres  wskazań  ciśnieniomierza  kontrolnego  (wzorcowego)  powinien  odpowiadać 

zakresowi  wskazań  ciśnieniomierza  sprawdzanego  lub  być  wyższy,  a  dokładność 

wskazań  ciśnieniomierza  kontrolnego  musi  być  co  najmniej  2.5  razy  dokładniejsza 

niż ciśnieniomierza sprawdzanego. 

 

Klasą dokładności manometru jest liczba większa od maksymalnego błędu względnego 

δ

max

, wybrana z ciągu liczb wyznaczających klasy manometrów.  

max

max

p

100%

zakres

δ

=

gdzie: 

p

max

  –  maksymalny  błąd  bezwzględny  pomiaru,  czyli  maksymalna  różnica 

wskazań manometru wzorcowego i badanego. 

Zgodnie  z  PN-80/M-42020  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. 

 

background image

 

14 

IX.

 

Przebieg ćwiczenia 

 

Budowa i działanie aparatury. 

Laboratoryjne  manometry  obciążnikowo-tłokowe  typu  MTU  są  precyzyjnymi 

przyrządami  wzorcowymi  służącymi  do  skalowania  i  sprawdzania  manometrów 

sprężystych  i  innych  oraz  do  dokładnych  pomiarów  nadciśnienia.  Manometry  te  służą 

również  do  sprawdzania  i  skalowania  manometrów  sprężystych  przez  porównanie  ich 

wskazań z manometrami wzorcowymi o wyższej klasie dokładności. 

 

Rys.2.7.

 Wygląd zewnętrzny laboratoryjnego manometru typu MTU 

1 – układ pomiarowy, 2 – pompa oleju, 3 – zbiornik wyrównawczy oleju, 4,5 – gniazda 

manometryczne, 6,7 – zawory gniazd manometrycznych, 8 – zawór zbiornika wyrównawczego 

oleju, 9 – zawór układu pomiarowego, 10 – wskaźnik położenia obciążnika podstawowego,  

11 – obudowa, 12 – nakrętka mocująca układ pomiarowy 

 

 

background image

 

15 

Wszystkie podzespoły układu hydraulicznego zamocowane są na sztywnej płycie 

podstawowej  i  osłonięte  metalową  osłoną.  Do podstawy  zamocowane  są  nóżki  służące 

do  dokładnego  poziomowania  manometru.  Dostęp  do  instalacji  hydraulicznej  uzyskuje 

się  po  zdjęciu  osłony  górnej,  po  uprzednim  odkręceniu  wkrętów  osłony  i  demontażu 

obciążnika podstawowego z układu pomiarowego manometru. 

Rys.2.8.

 Schemat hydrauliczny manometru MTU 

10 – badany manometr, 11 – tłok pomiarowy, 12 – obciążnik podstawowy, 13 – obciążniki. 

 

Pompą  oleju  /2/  pobiera  się  olej  ze  zbiornika  oleju  i  tłoczy  się  go  do  układu 

hydraulicznego manometru. Pod działaniem ciśnienia wytworzonego przez pompę oleju, 

tłok  pomiarowy  /11/  wraz  z  obciążnikami  /13/  unosi  się  na  wysokość  określoną  na 

wskaźniku położenia obciążnika podstawowego. Ciśnienie wzorcowe wytwarzane jest w 

układzie  pomiarowym  /1/  manometru,  przez  tłok  pomiarowy  /11/  obciążony 

odpowiednią  masą  obciążników  /13/.  Podczas  przeprowadzania  pomiarów  ciśnienia 

należy  nadać  tłokowi  ruch  obrotowy  o  wartości  ok.  90  [obr/min].  Zawory  odcinające 

/6/,/7/,/8/,/9/ służą do odcięcia gałęzi układu hydraulicznego w zależności od potrzeb. 

 

 

 

 

background image

 

16 

A.

 

Sprawdzanie manometru sprężystego. 

 

Tok postępowania: 

a)

 

odpowietrzyć manometr obciążnikowo-tłokowy. W tym celu: 

-

 

zamknąć  zawory  /6/  i  /7/  gniazd  manometrycznych  /4/  i  /5/  przez  pokręcanie 

pokrętłami  zaworów  w  prawo  do  oporu,  zamknąć  zawór  /9/  układu  pomiarowego 

/1/, 

-

 

otworzyć  zawór  /8/  zbiornika  wyrównawczego  oleju  /3/  przez  pokręcenie 

pokrętłem zaworu w lewo (1.5 – 2.5 obrotów), 

-

 

kręcić pokrętłem pompy oleju /2/ w prawo do oporu, a następnie w lewo do oporu 

(wypełnianie pompy olejem), 

-

 

zamknąć zawór /8/ zbiornika oleju przez pokręcenie pokrętłem w prawo do oporu, 

-

 

otworzyć  zawór  /6/  gniazda  manometrycznego  /4/,  przez  pokręcenie  pokrętłem 

zaworu w lewo (1.5 – 2.5 obrotu), 

-

 

kręcić  powoli  pokrętłem  pompy  oleju  /2/  w  prawo,  aż  do  chwili,  gdy  olej  będzie 

wypływał  z  gniazda  manometrycznego  /4/  w  sposób  laminarny  (bez  zaburzeń  i 

pęcherzyków powietrza) – to samo powtórzyć dla gniazda manometrycznego /5/. 

b)

 

badany manometr sprężysty umieścić w gnieździe manometrycznym /5/, 

c)

 

otworzyć zawory /7/ i /9/, zawór /8/ pozostaje otwarty, zawór /6/ zamknięty, 

d)

 

odczytać wskazanie manometru badanego dla zerowego ciśnienia wzorcowego (przy 

otwartym zaworze /8/ układ jest podłączony do otoczenia), 

e)

 

zamknąć zawór /8/, 

f)

 

używając  pokrętła  pompy  olejowej  /2/  (kręcąc  powoli  w  prawo)  wytworzyć 

ciśnienie, którego wartość określa się następująco: 

-

 

odczytać z obciążnika podstawowego /12/ oraz z obciążnika /13/ wartości ciśnienia, 

które są na nich wybite, 

-

 

za  pomocą  pokrętła  pompy  olejowej  /2/  tak  zwiększać  ciśnienie,  aby  pasek  na 

obciążniku podstawowym /12/ był na tej samej wysokości, co środkowe nacięcie na 

wskaźniku obok niego. 

g)

 

wykonać  pomiary  w  całym  zakresie  manometru  sprawdzanego  dla  ciśnienia 

rosnącego,  a  następnie  malejącego,  przy  czym  po  uzyskaniu  p

max

  utrzymać  to 

ciśnienie przez 5 minut. 

background image

 

17 

Przed każdym pomiarem należy: 

-

 

wprawić  obciążnik  podstawowy  w  ruch  obrotowy  celem  uniknięcia  tarcia  między 

tłokiem  a  cylindrem,  jakie  może  powstać  wskutek  niedokładnego  ustawienia 

przyrządu, 

-

 

lekko opukać obudowę manometru badanego. 

Manometr nie spełnia stawianych mu wymagań, jeżeli nie jest zachowany jeden z 

niżej wymienionych warunków: 

 

1.

 

Różnica  wskazań  manometru  badanego  i  wzorcowego  w  dowolnym  miejscu  skali 

jest  większa  od  odchyłki  wynikającej  z  klasy  dokładności  manometru  badanego 

(zarówno dla ciśnień rosnących, jak i malejących): 

 

a

max

p

p

∆ = ∆

gdzie:  

p

a

 = p

0

 – p

w

 – różnica wskazań manometru badanego i wzorcowego, 

p

0

 – ciśnienie odczytane z manometru badanego, 

p

w

 – ciśnienie wzorcowe (rzeczywiste), 

p

max

 – błąd charakterystyczny (graniczny) manometru badanego wynikający z klasy 

            dokładności: 

max

klasa zakres

p

100

=

2.

 

Histereza  pomiarowa,  tj.  różnica  wskazań  odpowiadających  tej  samej  poprawnej 

wartości  ciśnienia,  uzyskanej  przy  ciśnieniu  wzrastającym  i  przy  ciśnieniu 

malejącym, jest większa od błędu granicznego manometru badanego: 

 

h

max

p

p

gdzie:  

p

h

 = p

m.

 – p

r

 – histereza pomiarowa, 

 

p

m.

 – ciśnienie odczytane z manometru badanego przy ciśnieniu malejącym, 

 

p

r

 – ciśnienie odczytane z manometru badanego przy ciśnieniu wzrastającym, 

background image

 

18 

3.

 

Błąd tarciowy (tj. różnica wskazań dla tej samej wartości ciśnienia przed i po lekkim 

opukaniu  badanego  ciśnieniomierza)  przekracza  połowę  bezwzględnej  wartości 

błędu granicznego 

p

max

4.

 

Rozruch (tj. najmniejsza wartość ciśnienia, przy której wskazówka zaczyna odchylać 

się  od  położenia  zerowego)  jest  większy  od  bezwzględnej  wartości  błędu 

charakterystycznego 

p

max

5.

 

Manometr nie zachowuje dokładności wskazania zerowego, tj. przy doprowadzaniu 

do elementu sprężystego ciśnienia równego ciśnieniu odniesienia, którym może być 

ciśnienie  atmosferyczne,  koniec  wskazówki  nie  pokrywa  się  z  zerową  kreską 

podziałki. 

 

B.

 

Wyznaczanie klasy manometru sprężystego 

 

Klasa  manometru  jest  to  liczba  większa  od  maksymalnego  błędu  względnego 

obliczanego ze wzoru: 

max

max

p

100%

zakres

δ

=

Sposób wyznaczania 

δ

max

 jest następujący: porównuje się wskazania manometru 

badanego  (tj.  tego,  którego  klasa  ma  być  wyznaczana)  ze  wskazaniami  manometru 

wzorcowego w całym jego zakresie, dla ciśnienia rosnącego i malejącego. Wyznacza się 

w ten sposób błędy bezwzględne pomiaru - 

p oraz błędy histerezy - 

p

h

. Największa z 

wartości błędów 

p lub 

p

h

 stanowi 

p

max

 (maksymalny błąd bezwzględny). 

Do wyznaczania klasy manometru stosuje się manometry obciążnikowo-tłokowe 

lub hydrauliczne sprawdziany manometrów. W tych ostatnich przyrządach wzorcowym 

jest  manometr  sprężysty  z  rurką  Bourdona  odpowiednio  wysokiej  klasy  dokładności. 

Tok postępowania przy wyznaczaniu klasy manometru sprężystego jest identyczny, jak 

w przypadku sprawdzania manometru. 

 

 

 

 

background image

 

19 

X.

 

Bibliografia 

[1].

 

Gundlach W. – „Podstawy metrologii”, Wyd. Politechniki Łódzkiej 1983, 

[2].

 

Mieszkowski M. – Pomiary cieplne i energetyczne”, Warszawa 1981, 

[3].

 

Pietraszkiewicz W. – „Manometry”, Warszawa 1957, 

[4].

 

Praca zbiorowa – „Pomiary cieplne”, Warszawa 1993, 

[5].

 

Praca  zbiorowa  –  „Termodynamika  –  laboratorium  miernictwa  cieplnego”,  Wyd. 

Politechniki Gdańskiej 1993.  

 

background image

 

20 

Karta badanie i wzorcowania manometrów oraz przetworników ciśnienia 

 

 

Imię i nazwisko studenta:  1 ………………………………………………………………………….……………. 

 

 

 

 

2 ………………………………………………………………………….……………. 

 

 

 

 

3 ………………………………………………………………….……………………. 

 

 

 

 

4 ……………………………….………………………………………………………. 

Rok studiów: ………………………………………   

Grupa: ……………..………………………………… 

Data: …………………………………………………..   

Godzina: ……………………………………………. 

 

 

Tab. Zestawienie wyników pomiaru 

Manometr sprężysty 

Przetwornik ciśnienia 

Lp. 

Obciążenie 

prasy 

manometrycznej 

Wskazania 

manometru 

przy 

obciążeniu 

rosnącym 

Wskazania 

manometru 

przy 

obciążeniu 
malejącym 

Obciążenie 

prasy 

manometrycznej 

Wartość 

sygnału  

przy 

obciążeniu 

rosnącym 

[mA] 

Wartość 

sygnału 

przy 

obciążeniu 
malejącym 

[mA] 

1. 

 

 

 

 

 

 

2. 

 

 

 

 

 

 

3. 

 

 

 

 

 

 

4. 

 

 

 

 

 

 

5. 

 

 

 

 

 

 

6. 

 

 

 

 

 

 

7. 

 

 

 

 

 

 

8. 

 

 

 

 

 

 

9. 

 

 

 

 

 

 

10. 

 

 

 

 

 

 

11. 

 

 

 

 

 

 

12. 

 

 

 

 

 

 

13. 

 

 

 

 

 

 

14. 

 

 

 

 

 

 

15. 

 

 

 

 

 

 

16. 

 

 

 

 

 

 

17. 

 

 

 

 

 

 

18. 

 

 

 

 

 

 

19. 

 

 

 

 

 

 

20. 

 

 

 

 

 

 

21. 

 

 

 

 

 

 

22. 

 

 

 

 

 

 

23. 

 

 

 

 

 

 

24. 

 

 

 

 

 

 

25. 

 

 

 

 

 

 

background image

 

21 

OGÓLNE ZASADY EKSPLOATACJI I BEZPIECZEŃSTWA OBSŁUGI MANOMETRU 

OBCIĄŻNIKOWO-TŁOKOWEGO TYPU MTU 

 

W  trakcie  eksploatacji  manometru  należy  zachować  ostrożność  z  uwagi  na 

wytwarzane  wysokie  ciśnienie  oleju  w  instalacji  hydraulicznej  manometru.  W 

szczególności należy przestrzegać poniższych zaleceń: 

-

 

przed 

każdorazowym 

zdjęciem 

obciążników 

pomiarowych 

obciążnika 

podstawowego  należy  zredukować  w  układzie  hydraulicznym  ciśnienie  do  zera 

przez  pokręcenie  pokrętłem  pompy  oleju  /2/  w  lewo,  aż  do  chwili  gdy  tłok 

pomiarowy padnie do położenia wyjściowego, 

-

 

przed  każdorazowym  wymontowaniem  badanych  manometrów  z  gniazd 

manometrycznych /4/ i /5/ należy ciśnienie w układzie hydraulicznym zredukować 

do zera, postępując jak wyżej oraz odciąć gniazda manometryczne od reszty układu, 

przez pokręcenie pokrętkami zaworów /6/ i /7/ w prawo do oporu, 

-

 

przed  każdorazowym  otwarciem  zaworów  odcinających  /6/,  /7/,  /8/  i  /9/  należy 

zredukować ciśnienie do zera. 

Po zakończeniu pracy na manometrze należy: 

-

 

wymontować  z  gniazd  manometrycznych  badane  manometry  i  założyć  na  gniazda 

gumowe czepki ochronne po uprzednim zredukowaniu ciśnienia do zera, 

-

 

otworzyć  zawór  odcinający  /8/  zbiornika  wyrównawczego  oleju  pokręcając 

pokrętłem zaworu w lewo (1.5 – 2.5 obrotów), 

-

 

pokrętłem  pompy  oleju  /2/  kręcić  w  prawo  do  oporu  a  następnie  w  lewo  1  –  1.5 

obrotów.  

Pokrętłem  pompy  oleju  należy  kręcić  powoli  i  płynnie,  a  po  wystąpieniu 

wyczuwalnego  oporu  zaprzestać  kręcenia.  Po  dłuższym  okresie  nie  używania 

manometru  (minimum  48  godzin)  może  wystąpić  przyklejenie  się  uszczelek  tłoka 

pompy oleju do cylindra. Dlatego też przed każdorazowym przystąpieniem do pracy na 

manometrze należy: 

-

 

pokrętłem pompy oleju /2/ kręcić w prawo 0.5 – 1.0 obrotów w celu zlikwidowania 

ewentualnego przyklejenia uszczelki tłoka. 

W  przypadku  przyklejenia  się  uszczelki  tłok  do  cylindra  i  kręceniu  pokrętłem 

pompy  oleju  w  lewo  (w  celu  jej  wypełnienia  olejem)  można  spowodować  wyrwanie 

background image

 

22 

uszczelki  z  zabieraka  tłoka  lub  jej  uszkodzenia.  W  obu  przypadkach  konieczne  będzie 

wymontowanie pompy oleju z manometru, jej rozebranie i wymiana uszczelki.