Wydział: Budowy Maszyn i Informatyki

Grupa: 2b

Semestr: 4

LABORATORIUM

MECHANIKI PŁYNÓW

Pomiar dużych ciśnień różnymi metodami.

Wzorcowanie manometrów.

Opracował: Zespół nr 2

Michał Drzewiecki

Damian Krawczyk

Piotr Machaj

Paweł Harężlak

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.Wstęp teoretyczny:

Ciśnienie – jest to wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa . Ciśnienie mówi nam o tym jak bardzo skupiona jest działająca siła na powierzchni na którą działa.

$$p = \frac{F_{n}}{S}$$

gdzie: p – ciśnienie (Pa),

F_n – składowa siły prostopadła do powierzchni (N),

S – powierzchnia (m²).

Jednostki:

Atmosfera techniczna: 1 at=1 $\frac{\text{kG}}{\text{cm}^{2}}$=9,80665∙10⁴ $\frac{N}{m^{2}}$=0,0981 MPa

Bar: 1 bar=10⁵ Pa

Tor (Wysokość słupa rtęci): 1 Tr=1 mmHg=133,32 Pa

Wysokość słupa wody: 1 mmH₂O=9,81 Pa

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.

Metody pomiaru ciśnienia barometrycznego:

Barometr wykorzystuje się do pomiarów ciśnień barometrycznych.

W zbiorniku jest wstawiona szklana rurka manometryczna napełniona

uprzednio całkowicie rtęcią. W przestrzeni między górnym zamkniętym jej końcem a

meniskiem słupa rtęci panuje próżnia Torricellego próżnia bezwzględna (absolutna).

Położenie słupa rtęci określa ciśnienie barometryczne p_b.

Aneroidy Aneroid rejestrujący nazywamy barografem. Pustą przestrzeń nad meniskiem barometru rtęciowego wypełnia para cieczy manometrycznej o ciśnieniu nasycenia p”.

Wakuometry rtęciowe

przyrząd do mierzenia ciśnień poniżej ciśnienia atmosferycznego:

Próżniomierz jonizacyjny służy do pomiaru próżni w zakresie od ok. 10^-3 do 10^-12 Tr. Istnieje wiele rozwiązań próżniomierzy tego typu. Może mieć on postać trioidy cylindrycznej, w którym siatka ma potencjał ok. +150 do +250 V, zaś anoda(zwana tu kolektorem) ok. -20 do -50V.

Elektrony, emitowane z katody triody są rozpędzane w polu przyspieszającym siatki i zderzają się z molekułami gazu w nieidealnejpróżni. Powstające przy tym jony dążą do kolektora. Miarą próżni jest natężenie prądu jonowego (prądu kolektora), przy czym im lepsza próżnia, tym mniej jonów i tym mniejszy prąd jonowy. Próżniomierz w postaci triody cylindrycznej pracuje dobrze przy ciśnieniach z zakresu 10^-3 - 10^-8Tr.

Innym rozwiązaniem próżniomierza jonizacyjnego jest głowica Bayarda- Alperta, w którym kolektor ma postać cienkiego pręta metalowego. Taki próżniomierz wykazuje większą czułość w porównaniu do triody cylindrycznej - umożliwia pomiar niższych ciśnień (co najmniej 10^-9Tr). Do pomiaru ciśnień niższych nadają się sondy jonizacyjne ekstraktorowe i J-G, w których eliminuje się m.in. sygnały fałszywe pochodzące od miękkiego promieniowaniem X w sondzie. Dzięki temu próżniomierze te pozwalają mierzyć próżnię rzędu 10^-12Tr. Konstruktorem głowicy J-G był polski uczony Janusz Groszkowski.

3.Stanowisko i metodyka 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

Sprawdzanie ciśnieniomerza polega na porównaniu wskazań ciśnieniomierza z wzorcowymi wartościami ciśnienia. W procesie najpier wartości obciążenia wzrastają a następnie maleją. Aby sprawdzić ciśnieniomierz TGL klasy dokładności 0,6 wykorzystaliśmy manometr obciążnikowo tłokowy typu MTU.

Przebieg ćwiczenia :

1.Umocowanie ciśnieniomierza przeznaczonego do badania;

2.Odpowietrzenie układu oraz wypełnienie cylindra olejem;

3.Odczytanie wartości 0 nadciśnienia gdy zbiornik oleju jest otwarty;

4.Zamknięcie zbiornika oleju;

5.Po wykonanych wyżej czynnościach przystępujemy do sprawdzania ciśnieniomierza. Na talerz podstawowy nakładamy obciążniki. Następnie kręcimy śrubą napędzającą aż do momentu, w którym talerz się podnosi. Przed odczytem wprawiamy talerz wraz z obciążnikami w ruch obrotowy. Ponownie kręcimy śrubą napędzającą pompy, tak aby znacznik na talerzu podstawowym pokrył się ze środkową kreską na wskaźniku. Kolejną czynnością jest odczyt wskazania manometru, który wzorcujemy. Następnie zwiększamy ciśnienie przez dokładanie kolejnych obciążników i postępujemy analogicznie dla każdej wartości ciśnienia.

4.Wyniki pomiarów i obliczenia:

Badany manometr był wyskalowany w jednostce kp/cm² co jest równe 1at.

Do dalszych obliczeń wyniki pomiarów przeliczyliśmy na MPa

1[Kp/cm² ]= 1[at]= 0,0980665 [MPa]

Wyniki pomiarów

Lp.	pzad	pman ↑	pman ↓
	MPa	kp/cm^2	kp/cm^2
1	10	11,5	12
2	20	22	22,5
3	30	32,5	33,5
4	40	43	43,5
5	50	54	54
6	55	59	59

Następnym krokiem jest policzenie błędów bezwzględnych wg wzoru:

p_man = p_man − p_zad

Został również policzony błąd względny:

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

Obliczenie klasy dokładności:

$$k = \frac{p_{\text{man\ max}}}{p_{\max\text{man}}} \bullet 100\%$$

Δp_{man max}=0,296 MPa

p_{max man}=5,786 MPa

Klasa dokładności manometru wynosi:

$$k = \frac{p_{\text{man\ max}}}{p_{\max\text{man}}} \bullet 100\% = \frac{0,296}{5,786} \bullet 100\% = 5,11\%$$

Wyniki obliczeń:

Δpman ↑	Δpman ↓	δ Δpman ↑	δ Δpman ↓	k
MPa	MPa	%	%	%
0,128	0,177	12,77	17,35	5,11
0,157	0,206	7,87	10,32
0,187	0,285	6,24	9,51
0,217	0,266	5,42	6,65
0,296	0,296	5,91	5,91
0,286	0,286	5,20	5,20

Wykresy:

5.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.

Badaniu poddano manometr który ma zakres pomiarowy 0 .. 60 kp/cm2 , którego klasa dokładności wynosi 0,6 co oznacza że dopuszczalny błąd e_dop=0,6*60/100=0,36 [kp/cm² ]