Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku-Białej

Wydział Budowy Maszy i Informatyki

Kierunek : Mechanika i Budowa Maszyn

Rok akademicki : 2

Semestr IV

Ćwiczenie nr 2

Ćwiczenia laboratoryjne z Mechaniki Płynów

Temat: Pomiar dużych ciśnień różnymi metodami. Wzorcowanie manometrów

Wykonali:

Data wykonania ćwiczenia: 09.03.2015r.

Data przyjęcia sprawozdania....................

1.Cel ćwiczenia:

Zapoznanie z metodyką pomiarów dużych ciśnień przy pomocy manometru z rurką Bourdona, a także ze sposobem wzorcowania manometrów przy użyciu manometru obciążnikowo-tłokowego.

2.Część teoretyczna:

PODSTAWOWE POJĘCIA

1. CIŚNIENIE

Jednym z podstawowych parametrów określających termodynamiczny stan ciała jest ciśnienie.

Ciśnienie definiuje się jako stosunek siły działającej na daną powierzchnię do tej powierzchni. Ciśnienie jest wielkością skalarną. W ogólnym przypadku ciśnienie P definiuje się jako granicę stosunku siły normalnej do powierzchni do pola tej powierzchni, gdy wartość pola powierzchni dąży do zera

$$P = \ \operatorname{}\frac{F_{n}}{A} = \frac{\partial F_{n}}{\partial A}$$

gdzie: F_n - składowa siły prostopadła do powierzchni,

A - pole powierzchni.

Gdy siła F_n rozłożona jest równomiernie na powierzchni, wówczas ciśnienie określa wzór:

$$P = \frac{F_{n}}{A}$$

Wartość mierzonego ciśnienia zależy od przyjętego poziomu odniesienia.

RODZAJE CIŚNIENIA:

1. ciśnienie zmierzone względem próżni jest nazywane ciśnieniem absolutnym lub bezwzględnym i najczęściej bywa oznaczane literą P.

2. Ciśnienie manometryczne P_m - jest to różnica ciśnienia absolutnego i ciśnienia otoczenia, którym najczęściej jest ciśnienie atmosferyczne, wskazywane przez barometr. 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 lub tzw. „próżni".

3. Ciśnienie wywierane przez słup powietrza atmosferycznego nosi nazwę ciśnienia barometrycznego (atmosferycznego) i oznaczane jest przez P_b.

Wzajemne zależności między omówionymi ciśnieniami pokazano na rys poniżej:

Rys. Rodzaje ciśnień.

1. Ciśnienie wywierane przez słup płynu nosi nazwę ciśnienia hydrostatycznego i jest określone wzorem:

P =  ρ * g * h

gdzie: ρ - gęstość cieczy manometrycznej,

g - przyspieszenie grawitacyjne,

h - wysokość słupa cieczy.

JEDNOSTKI:

W układzie międzynarodowym jednostek miar SI podstawową jednostką ciśnienia jest paskal. Jeden paskal jest to ciśnienie, które wywiera siła 1N działająca równomiernie na powierzchnię o polu 1m². Ponieważ paskal jest jednostką ciśnienia bardzo małą, np.: ciśnienie barometryczne wyraża się liczbą około 10⁵ Pa, stąd w technice używa się wielokrotności tej jednostki:

• Kilopaskali (1 kPa = 10³ Pa)

• Megapaskali (l MPa = 10⁶ Pa).

Innymi jednostkami, w których wyraża się wielkość ciśnienia są:

• Atmosfera fizyczna 1atm = 1, 01325 * 10⁵Pa

• Atmosfera techniczna $1at = 1\frac{\text{kG}}{\text{cm}^{2}} = 9,80665*10^{4}\frac{N}{m^{2}} = 0,0981MPa$

• Bar 1bar = 10⁵Pa

• Tor (Wysokość słupa rtęci) 1Tr = 1mmHg = 133, 3Pa

• Wysokość słupa wody 1mmH₂O = 9, 81Pa

Manometr – to przyrząd do pomiaru ciśnień, dokładniej mówiąc mierzy on różnicę ciśnień. Wynik pomiaru to nadciśnienie bądź też podciśnienie. W celu zmierzenia ciśnienia, które jest niższe niż ciśnienie atmosferyczne z reguły stosujemy wakuometry.

3.Opis i schemat stanowiska pomiaru :

Schemat manometru wyposażonego w rurkę 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, umożliwiająca wkręcenie manometru w gniazdo montażowe; 8 – gwint.

W naszym ćwiczeniu sprawdzaliśmy manometr producenta TGL o numerze HV2901. Jego parametry są następujące :

Klasa dokładności – 0,6

Zakres pomiarowy od 0 do 60

Wyskalowany jest w kp/cm²

Wartość działki elementarnej wynosi 0,5

Schemat manometru obciążnikowo-tłokowego typu MTU:

1-zbiornik oleju

2-pompa tłokowa

3-śruba napędzająca

4-cylinder

5-tłoczek

6-talerz podstawowy

7-obciążniki talerzowe

8-wzorcowany manometr

9,10,11-zawory

4. Opis badanych ciśnieniomierzy:

Manometr 1:

Producent: KFM

Zakres: 6 bar

Typ: CL1.6

Manometr 2:

Producent: Wimest

Zakres: 6 bar

Typ: CL1.25

Manometr 3:
Producent: ZEPWN

Zakres: 16 MPa

Typ: CL1

Przetwornik ciśnienia:

Termodynamiczny system pomiarowy firmy ZEPWN

5. Wyniki pomiarów i obliczenia:

l.p.	pzad	pman 1↑	pman 1↓	pman 2↑	pman 2↓
-	MPa	MPa	MPa	MPa	MPa
1	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
2	0,1	0,11	0,11	0,1	0,1
3	0,15	0,16	0,16	0,15	0,15
4	0,2	0,21	0,21	0,2	0,2
5	0,25	0,25	0,25	0,25	0,25
6	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
7	0,35	0,35	0,35	0,35	0,35
8	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
9	0,45	0,44	0,44	0,45	0,45
10	0,5	0,5	0,5	0,5	0,51
11	0,55	0,55	0,55	0,55	0,55
12	0,6	0,6	0,6	0,6	0,6
13

l.p.	pzad	pman 3↑	pman 3↓	pprzetw.↑	pprzetw.↓
-	MPa	MPa	MPa	MPa	MPa
1	1	1,000	1,000
2	1,5	1,500	1,500
3	2	1,999	2,000
4	2,5	2,499	2,501
5	3	3,000	3,000
6	3,5	3,500	3,500
7	4	4,000	4,000
8	4,5	4,500	4,499
9	5	5,000	5,000
10	5,5	5,500	5,500
11	6	6,000	6,001
12	6,5	6,500	6,499
13	7	7,001	7,000

Przykładowe obliczenia dla manometru 1, 0.05 MPa

Błąd bezwzględny:

p_man = p_man − p_zad = 0, 05 − 0, 05 = 0

Błąd względny:

$$\delta p_{\text{man}} = \frac{\left| p_{\text{man}} \right|}{p_{\text{zad}}} \bullet 100\% = \frac{|0|}{0,05} \bullet 100\% = 0$$

Klasa dokładności:

$$k = \frac{p_{\text{man\ max}}}{p_{\max\text{man}}} \bullet 100\% = \frac{0,01}{0,6} \bullet 100\% = 1,67$$

Tabele wyników obliczeń

l.p.	pzad	pman1↑	pman1↓	Δpman1↑	Δpman1↓	Δ pman2↑	Δ pman2↓
-	MPa	MPa	MPa	MPa	MPa	MPa	MPa
1	0,05	0,05	0,05	0	0	0	0
2	0,1	0,11	0,11	0,01	0,01	0	0
3	0,15	0,16	0,16	0,01	0,01	0	0
4	0,2	0,21	0,21	0,01	0,01	0	0
5	0,25	0,25	0,25	0	0	0	0
6	0,3	0,3	0,3	0	0	0	0
7	0,35	0,35	0,35	0	0	0	0
8	0,4	0,4	0,4	0	0	0	0
9	0,45	0,44	0,44	-0,01	-0,01	0	0
10	0,5	0,5	0,5	0	0	0,01	0,01
11	0,55	0,55	0,55	0	0	0	0
12	0,6	0,6	0,6	0	0	0	0

l.p.	pzad	δ pman1↑	δ pman1↓	δ pman2↑	δ pman2↓	kman1	kman2
-	MPa	%	%	%	%	%	%
1	0,05	0	0	0	0	1,67	1,67
2	0,1	10	10	0	0
3	0,15	6,7	6,7	0	0
4	0,2	5	5	0	0
5	0,25	0	0	0	0
6	0,3	0	0	0	0
7	0,35	0	0	0	0
8	0,4	0	0	0	0
9	0,45	2,3	2,3	0	0
10	0,5	0	0	2	2
11	0,55	0	0	0	0
12	0,6	0	0	0	0

l.p.	pzad	pman3↑	pman3↓	Δpman3↑	Δpman3↓	Δ pprzetw.↑	Δ pprzet↓
-	MPa	MPa	MPa	MPa	MPa	MPa	MPa
1	1	1,000	1,000	0	0
2	1,5	1,500	1,500	0	0
3	2	1,999	2,000	-0,001	0
4	2,5	2,499	2,501	0,001	0,001
5	3	3,000	3,000	0	0
6	3,5	3,500	3,500	0	0
7	4	4,000	4,000	0	0
8	4,5	4,500	4,499	0	-0,001
9	5	5,000	5,000	0	0
10	5,5	5,500	5,500	0	0
11	6	6,000	6,001	0	0,001
12	6,5	6,500	6,499	0	-0,001
13	7	7,001	7,000	0,001	0

l.p.	pzad	δ pman3↑	δ pman3↓	δ pprzet↑	δ pprzetw↓	kman3	kprzetw
-	MPa	%	%	%	%	%	%
1	1	0	0			0,00014
2	1,5	0	0
3	2	0,05	0
4	2,5	0,04	0,04
5	3	0	0
6	3,5	0	0
7	4	0	0
8	4,5	0	0,023
9	5	0	0
10	5,5	0	0
11	6	0	0,017
12	6,5	0	0,015
13	7	0,14	0

4.Wnioski:

Manometr jest to przyrząd o prostej budowie a jednocześnie o wysokiej dokładności

Wskazania manometru podczas odciążania jak i obciążania były do siebie bardzo zbliżone.