Zakres tematyki obowiązujący na zaliczeniu części laboratoryjnej na ćwiczeniach z przedmiotu Technika Cieplna   1. Wilgotność   Wilgotność bezwzględna objętościowa powietrza Jest to ilość gramów pary wodnej zawartej w 1m^3 powietrza wilgotnego. Wilgotność bezwzględna wagowa, czyli zawartość wilgoci Jest to masa pary wodnej przypadająca na jednostkę masy suchego powietrza. Zawartość wilgoci oznaczamy przez x w g/kg lub x w kg/kg. Z równań stanu dla pary i powietrza suchego otrzymamy x=0,622 pH2O / pb-pH2O ; gdzie pb - ciśnienie barometryczne Wilgotność względna powietrza Jest to stosunek φ=pH2O/ps (gdzie pH2O - ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu , ps - ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu nasyconym parą w tej samej temperaturze). Wielkość φ jest ułamkiem bezwymiarowym lub wyraża się w procentach. Powietrze nasycone parą wodną Powietrze nasycone parą wodną zawiera w sobie ilość pary wodnej maksymalną w danej temperaturze. Ciśnienie powietrza wilgotnego Według prawa Daltona jest sumą ciśnienia powietrza suchego p1 oraz ciśnienia pary wodnej pH2O : p0=p1+pH2O . W powietrzu niedosyconym ciśnienie cząstkowe pary wodnej pH2O jest mniejsze od ciśnienia nasycenia pary wodnej w danej temperaturze. W powietrzu nasyconym parą ciśnienie cząstkowe pary wodnej równe jest ciśnieniu nasycenia w danej temperaturze, stan ten nazywamy punktem rosy, gdyż najmniejsze obniżenia temp. Spowoduje tu wykroplenie się pewnej ilości pary w postaci mgły lub rosy. Przyrządy do pomiaru wilgotności powietrza Higrometry absorpcyjne - wilgotność powietrza oznacza się metodą bezwzględną drogą pochłaniania pary wodnej z powietrza przez dowolny osuszacz i pomiar ilości tej pary oraz ilości powietrza suchego użytego do analizy (służą jako przyrządy wzorcowe) Higrometry kondensacyjne - są przyrządami opartymi na pomiarze temperatury punktu rosy, czyli temp., w której rozpoczyna się proces kondensacji pary wodnej z powietrza na gładkiej powierzchni. Metoda oparta jest na wykorzystaniu faktu, że chłodzenie powietrza otaczającego lustro odbywa się przy stałej zawartości wilgoci. Higrometry oparte na działaniu higroskopowym - oparte jest na zasadzie zmian pewnych własności ciał, zależnych od zmian wilgoci powietrza. higrometry włosowe - przyrządy oparte są na własnościach włosów ludzkich lub zwierzęcych oraz niektórych włókien syntetycznych, polegających na zmianie ich długości pod wpływem zmian wilgotności powietrza higrometry oparte na zasadzie przewodnictwa cieplnego - polegają na badaniu oporów; jeżeli naokoło jednego z oporów zmieni się wilgotność powietrza, wówczas zmieni się przewodnictwo cieplne tego powietrza d) Higrometry elektryczne higrometry z czujnikami elektrolitycznymi - czujniki tych higrometrów zawierają elektrody, pomiędzy którymi znajduje się elektrolit. Zmiana wilgotności powietrza otaczającego czujnik powoduje zmianę stężenia elektrolitu i w konsekwencji zmianę natężenia prądu płynącego pomiędzy elektrodami higrometry z czujnikami sorpcyjnymi- występuje tu materiał aktywny, pochłaniający wilgotność z otoczenia dzięki właściwościom higroskopijnym higrometry z ogrzewanymi czujnikami - działają na zasadzie pomiaru temp. nasyconego roztworu chlorku litu Psychrometry - składa się z dwóch jednakowych termometrów tzw. suchego i mokrego. Termometr wilgotny zawsze wskazuje temp. niższą niż suchy. Ta różnica pozwala w dość precyzyjny sposób obliczyć wilgotność względną powietrza - używa się do tego celu specjalnych tablic. Zasada działania higrometru włosowego (higroskopowego) Przyrządy te oparte są na własnościach włosów ludzkich lub zwierzęcych oraz niektórych włókien syntetycznych, polegających na zmianie ich długości pod wpływem zmian wilgotności powietrza. Przyrządy te odznaczają się prostotą w budowie i działaniu i dlatego znajdują się w powszechnym użyciu. Higrometry rezystancyjne - zasada działania Czujniki tych higrometrów zawierają elektrody, między którymi znajduje się warstwa higroskopijna, której przewodnictwo elektryczne zmienia się ze zmianą wilgotności powietrza. Higrometry rezystancyjne mogą podzielić na dwie grupy: a) higrometry z czujnikami elektrolitycznymi b) higrometry z czujnikami sorpcyjnymi Higrometr z czujnikami elektrolitycznymi Między elektrodami czujników tych higrometrów znajduje się elektrolit (stosuje się nienasycone roztwory soli lub kwasów). Zmiana wilgotności powietrza otaczającego czujnik powoduje zmianę stężenia elektrolitu i w konsekwencji zmianę natężenia prądu płynącego między elektrodami (stosuje się prąd zmienny celem uniknięcia polaryzacji elektrolitu). Wartość wilgotności względnej odczytuje się na odpowiednio wyskalowanym amperomierzu. Higrometr z czujnikami sorpcyjnymi Zasada działania czujników tych higrometrów jest podobna do działania czujników elektrolitycznych, z tym że zamiast elektrolitu występuje materiał aktywny, pochłaniający wilgoć z otoczenia dzięki własnościom higroskopijnym. Psychrometry budowa i zasada działania Jest klasycznym przyrządem do pomiaru wilgotności powietrza, umożliwiającym osiągnięcie największej dokładności pod Warunkiem właściwego użytkowania. Przyrząd składa się z termometry suchego i wilgotnego. Wykazuje fakt, że powietrze wilgotne hamuje parowanie natomiast powietrze suche przyspiesza je. Instrument ten składa się z dwóch identycznych termometrów. Pojemniczek z rtęcią jednego z nich owija się kawałkiem nasiąkniętego batystu, którego jeden koniec zanurzony jest w wodzie - dzięki temu batyst okalający zbiorniczek jest ciągle wilgotny. Ponieważ wilgotny materiał wciąż paruje - obniża on temperaturę wskazywaną przez owinięty nim termometr. Termometr wilgotny zawsze wskazuje temperaturę niższą niż suchy. Ta różnica pozwala w dość precyzyjny sposób obliczyć wilgotnośc względną powietrza - używa się do tego celu specjalnych tablic psychometrycznych. Psychrometr Augusta Jest to zestaw dwóch termometrów, z których jeden jest zaopatrzony w koszulkę i zbiorniczek wody destylowanej do jej nawilżania. Psychrometr ten nie ma unormowanego przepływu powietrza naokoło swych termometrów — nie nadaje się więc do dokładnych pomiarów i wskazania jego należy traktować wyłącznie jako orientacyjne. Przy posługiwaniu się psychrometrem Augusta zakłada się, że prędkość przepływu powietrza wokół naczynia termometru mokrego wynosi ok. 0,5 m/s — co odpowiada stałej psychrometrycznej A = 80 • 10-5 [K-1]. Psychrometr Assmanna Psychrometr Assmanna w odróżnieniu od psychrometru Augusta ma wymuszony przepływ powietrza dookoła obu termometrów. Przepływ ten powoduje wentylatorek napędzany przez sprężynę nakręcaną kluczem 4 (albo silniczkiem elektrycznym). Aby wykonać pomiar psychrometrem Assmanna, należy: * za pomocą pipetki zwilżyć wodą destylowaną koszulkę termometru mokrego * kluczykiem nakręcić sprężynę i uruchomić wentylatorek *po ustaleniu wskazań termometrów odczytać wartości ts oraz tm. Psychrometry Assmanna są przyrządami prostymi w budowie i wygodnymi w użyciu, dającymi jednocześnie wystarczająco dokładne pomiary. Z tego powodu psychrometry Assmanna używane są powszechnie do pomiarów wilgotności względnej powietrza oraz do wzorcowania innych psychrometrów i higrometrów. Psychrometrem Assmanna można dokonywać pomiarów w granicach temperatur od 0°C do 50°C i w granicach od 5% do 95% wilgotności względnej. Dokonując pomiarów psychrometrem Assmanna należy po nawilżeniu koszulki termometru mokrego i uruchomieniu wentylatorka odczekać pewien czas, aż ustali się temperatura tm. Sposoby pomiaru wilgotności ciał stałych: rezystancyjne, pojemnościowe  Higrometr pojemnościowy- zasada jego działania oparta jest na pomiarze pojemności porowatej warstwy higroskopijnej. Czujnik jest kondensatorem o złotej i aluminiowej porowatej elektrodzie, charakteryzuje się on dużą stałością charakterystyki przy zmianach temperatur. Higrometr rezystancyjny- składa się z elektrod rozdzielonych warstwą higroskopijną zmieniającą przewodność elektryczną przy zmianie wilgotności powietrza. Pomiar wilgotności ciał stałych metodą suszarkową Przebieg poszczególnych ćwiczeń   2. Ciśnienie   Ciśnienie def. Jest jednym z parametrów gazu. Jest to siła prostopadle działająca na jednostkę powierzchni. Jest to stosunek wartości siły nacisku zwanej siłą parcia do pola powierzchni na którą ta siła działa. P=F/S. Podstawową jednostką ciśnienia jest Pascal (Pa) czyli N/m^2 = 1kg(m*s^2) Ciśnienie bezwzględne (absolutne) Ciśnienie bezwzględne (pa) - jest to ciśnienie mierzone od próżni absolutnej, przy czym ciśnienie absolutne atmosfery nazywa Się barometrycznym (pb). Ciśnienie barometryczne Ciśnienie barometryczne (atmosferyczne) - (pb), jest to ciśnienie wywołane ciężarem słupa powietrza atmosfery Ziemskiej. Jest to ciśnienie absolutne atmosfery. Klasyfikacja przyrządów do pomiaru ciśnienia (ogólnie) Przyrządy te można klasyfikować wg. różnych kryteriów: Według zasady działania: hydrostatyczne sprężynowe tłokowe elektryczne Wg. Przeznaczenia służące do pomiaru ciśnienia absolutnego - zero skali tych przyrządów oznacza próżnie absolutną do pomiaru nadciśnienia, podciśnienia względnie zarówno nadciśnienia jak i podciśnienia - zero skali oznacza ciśnienie atmosferyczne do pomiaru różnicy ciśnień - cechą charakterystyczną przyrządów tej grupy jest posiadanie przez nie dwóch łączników do odbioru ciśnień Manometr cieczowy U - rurka Najprostszy przyrząd do pomiaru ciśnienia. U rurka może służyć jako manometr lub prózniometr lub manometr różnicowy. Zasada pomiaru ciśnienia polega na samoczynnym ustaleniu równowagi stałej między ciśnieniem, a ciśnieniem hydrostatycznym słupa cieczy manometrycznej w przyrządzie stanowiącym naczynia połączone. Do najczęściej stosowanych cieczy manometrycznych należą: rtęć, dwutlenek węgla, woda i oleje silikonowe. Błąd bezwzględny odczytu przy podziałce milimetrowej lustrzanej może być oceniany na 0,25-0,5mm. Manometry z rutką pochyłą Służy do mierzenia nie wielkich ciśnień, rzędu kilkudziesięciu, a nawet kilku milimetrów słupa cieczy np. pomiar spadku ciśnienia, aby wyeliminować duże względne błędy odczytu, bez zastosowania urządzeń optycznych. W przyrządzie tym mierzymy nie wysokość położenia rurki, ale długość słupka cieczy(mnożąc przez kąt nachylenia rurki). Wyznacza się drogą doświadczalną przez dolewanie do naczynia manometru określonych objętości cieczy o określonej gęstości. Błąd pomiaru maleje wraz z kątem, im mniejszy kąt pochylenia rurki tym większa długość słupka cieczy odpowiadająca określonemu ciśnieniu. Pomiar odczytuje się na tzw. menisku. Znane są w dwóch wykonaniach: -manometr Krella- do pomiarów ciągu w kanałach spalinowych kotłów parowych, posiada rurkę o stałym kącie nachylenia 20-50 stopni -manometr Recknagla można nadawać rurce kilka różnych pochyleń a przez to zmieniać zakres pomiarowy i jednocześnie dokładność pomiaru. Manometr ustawia się według poziomicy stanowiącą część składową całego przyrządu. Manometry pierścieniowe W przyrządzie tym nie mierzy się bezpośrednio wysokości słupa cieczy, równoważącego mierzoną różnice ciśnień. Wychyleniu słupa cieczy towarzyszy zakłócenie równowagi statycznej przyrządu, zaś nowe położenie równowagi jest funkcja różnicy ciśnień. Do pomiaru służy waga pierścieniowa która posiada dwie przegrodę do której doprowadza się ciśnienie. Różnica ciśnień po obu stronach przegrody powoduje powstanie momentu obrotowego na skutek działania tego momentu cały pierścień obróci się o pewien kąt. Waga pierścieniowa odznacza się dużą czułością i dokładnością (pomiar rzędu 0,1 mm H2O). Wadą jest nieliniowa zależność między wychyleniem, a mierzoną różnicą ciśnień co wymaga stosowania skali o zwiększającej się odległości między kreskami podziałki. Wagi te znajdują zastosowanie przy pomiarach metodą zwężki jako ciągomierza, i do pomiaru małych ciśnień absolutnych. Manometry sprężyste (ściślej z elementem sprężystym); wymienić ich rodzaje Manometry sprężynowe działają na zasadzie zależności odkształcenia sprężystego od ciśnienia. Odkształcenie elementu, zazwyczaj niewielkie, przenosi się za pomocą mechanizmu uwielokrotniającego, co pozwala uzyskać odpowiednio duże wychylenie wskazówki przyrządu czy elementu zapisującego. W zależności od elementu ulegającego odkształceniu, manometry sprężynowe dzielimy na: rurkowe przeponowe mieszkowe Manometr z rurką sprężystą (rurką Bourdona) - budowa i zasada działania Zasadniczą częścią tego przyrządu jest tzw. rurka Bourdona tj. metalowa rurka o spłaszczonym przekroju poprzecznym zwinięta w kształcie łuku koła w płaszczyźnie małych osi przekroju. Jeden koniec rurki wlutowany jest e króciec, drugi zaś zamknięty korkiem. Do króćca przymocowana jest wkrętami obudowa manometru. Jeżeli ciśnienie panujące wewnątrz rurki jest większe od zewnętrznego, to obserwuje się odkształcenie przekroju poprzecznego rurki, przekrój stara się zbliżyć do kołowego, jednocześnie zaś promień krzywizny rurki powiększa się, rurka stara się rozwijać co powoduje przesunięcie swobodnego jej końca. Jeżeli ciśnienie panujące wewnątrz rurki jest niższe od zewnętrznego wtedy rurka zwija się. Wykorzystuje się to w próżniomierzach, służących do pomiarów podciśnienia. W instalacjach pracujących zarówno przy nadciśnieniu jak i podciśnieniu, stosuje się przyrządy zwane manuwakumetrami mające podziałkę po obydwu stronach punktu zerowego. Mierzy się różnice ciśnień. Manometry rezystancyjne Manometry rezystancyjne-oporowe- opór przewodnika, poddanego uprzednio procesowi starzenia zmienia się praktycznie liniowo z ciśnieniem w szerokim jego zakresie. Zjawisko to jest wywołane dwiema przyczynami: -zmianą geometrycznych wymiarów przewodnika -zmianą przewodności właściwej materiału Manometry oporowe stosuje się do pomiaru ciśnień bardzo wysokich rzędu tysięcy a nawet dziesiątek tysięcy barów. Wadą ich jest opóźnienie wskazań w stosunku do zmian ciśnienia, jak również zmienność współczynników w czasie. Stąd wynika konieczność okresowego sprawdzania manometrów manganinowych. Manganin jest powszechnie używany do wyboru manometrów oporowych ze względu na małą zmienność oporu z temperaturą. Co to jest klasa dokładności przyrządu Przyrządy pomiarowe powinny mieć podaną na tarczy tzw. klasę dokładności przyrządu. Liczba wyrażająca klasę dokładności stanowi maksymalny nieprzekraczalny (dopuszczalny) błąd bezwzględny przyrządu pomiarowego, wyrażony w % końcowej wartości podziałki górnego zakresu wskazań. Błąd ten nie może być przekroczony w całym zakresie pomiarowym przyrządu. Przyrządy do pomiarów technicznych wykonywane są w klasie 1,0; 1,5; 2,5; 5,0; przyrządy precyzyjne w klasie 0,1; 0,2; 0,5 i innych. Wymienić klasy dokładności manometrów, w tym do pomiarów dokładnych i technicznych Klasy dokładności manometrów zwykłych wynoszą 0,6; 1; 1,6; 2,5; 4, a manometrów precyzyjnych 0,25 i 0,4. 5 Potrafić przeliczyć ciśnienie z jednej jednostki na inną 1hPa=100Pa 1MPa=1000000Pa 1at=98066,5=1kg/cm^2=0,0980665MPa 1atm=101325Pa 1mmHg=1Tor=133,322Pa 1mmH2O=9,80665Pa 1bar=100000Pa   3. Temperatura   Definicja temperatury Temperatura jest jednym z parametrów określających stan termodynamiczny ciała (układu) i charakteryzuje jego stopień nagrzania. Pomiar temp. odbywa się zwykle przez pomiar wielkości fizycznych ciała. Podstawowe skale termometryczne Skala Celsjusza (dwustopniowa), oznaczana skrótem ^oC (temp. topnienia lodu-0^o, a wrzącej wody-100^o) Skala Fahrenheita, oznacza się skrótem ^oF, (temp. topnienia lodu- 32^o, a wrzącej wody- 212^o) Temperatura mierzona od zera absolutnego nosi nazwę absolutnej (bezwzględnej) i oznaczana jest skrótem TK (Kelwin) TK=tC+273 Temperatura absolutna wyrażona w skali Fahrenheita oznacza się przez ^oR(stopnie Rankine'a) TR=tF+460 Punkt potrójny wody (definicja, parametry punktu potrójnego [ciśnienie, temperatura]) Punkt potrójny wody to stan w jakim dana substancja może istnieć w trzech stanach skupienia równocześnie w równowadze termodynamicznej. Na wykresie stanów równowagi jest to punkt przecięcia krzywych równowagi fazowej substancji odpowiadający stanowi równowagi trwałej trzech stanów skupienia (ciało stałe, ciecz, gaz) Punkt potrójny jest wielkością charakterystyczną dla danej substancji, podawany jest w opisach substancji. Punkty potrójne niektórych substancji są używane jako wzorce skali temperatur. *Temperatura punktu potrójnego wody:0,0100 ^oC *Ciśnienie punktu potrójnego wody: 611,73 Pa Podział przyrządów do pomiaru temperatury Przyrządy służące do pomiaru temp. noszą nazwę termometrów. Ich odmiany służące do pomiaru wysokich temperatur to pirometry. Rodzaje termometrów to: termometry rozszerzalnościowe, ciśnieniowe, elektryczne, optyczne i specjalne (termometry oparte na wykorzystaniu różnych zjawisk fizycznych do pomiaru temp. w specjalnych przypadkach) Co wykorzystują (jakie zjawisko) termometry stykowe rozszerzalnościowe Do tego rodzaju termometrów zaliczamy termometry oparte na wykorzystaniu zmian objętości gazów, cieczy i zmian wymiarów liniowych ciał stałych z temperatura. Budowa termometru cieczowego Przy budowie termometru cieczowego wykorzystano zmienność objętości cieczy z temperaturą. W tych termometrach obserwujemy względną rozszerzalność cieczy, gdyż naczyńka wypełnione cieczą, stanowiące tzw. czujnik termometru też zmienia swoją objętość z temperaturą. Stąd dla budowy tych termometrów wielkością istotną będzie względny współczynnik rozszerzalności objętościowej danej cieczy termometrycznej w określonym naczyńku. Najczęściej stosowaną cieczą termometryczną jest rtęć ze względu na następujące zalety: możliwość budowy termometrów Rtęciowych o dużym zakresie wskazań, niezwilżalność szkła, rtęć jest dobrym przewodnikiem ciepła. Wyróżniamy termometry o cienkościennej kapilarze (-30 do +300^oC) o grubościennej kapilarze tzw. bagietkowe. Do budowy termometrów stosuje się szkło jenajski. Do pomiaru niskich temperatur stosuje się ciecze termometryczne: alkohol etylowy, toluen, pentan. W celu budowy termometrów o dużej czułości wskazań i z wygodna długością wykonuje się termometry o ograniczonych różnych zakresach pomiarów.(np. -20 do +54^oC) Typy: -laboratoryjne -do pomiarów wysokich temperatur -maksymalne i minimalne -kontaktowe -techniczne Termometry ciśnieniowe Termometry ciśnieniowe cieczowe- ciecz termometryczna wypełnia zamknięty układ, składający się z czujnika termometru w postaci rurki stalowej o średnicy 9-10 mm, długości ok. 100 mm, kapilary i rurki Bourdona. Pod wpływem ogrzewania czujnika, ciecz rozszerza się wywołując w Układzie zamkniętym, wzrost ciśnienia, ciśnienie to jest funkcją temperatury, podłączony manometr można więc wyskalować w ^oC. Jako cieczy używa się: rtęci(-30 do +600^oC), cieczy organicznych(-35 do 350^oC). Czujniki termometru wykonuje się ze stali stopowej, kapilary z miedzi lub stali węglistej. Kapilarę zabezpiecza się specjalną elastyczna rurką ochronną wypełniając przestrzeń miedzy nimi wazeliną stosowaną w łożyskach kulkowych. Klasa przyrządów-1,5. Stosowane jako przyrządy rejestrujące i jako dające impuls do automatycznej regulacji. Termometry ciśnieniowe parowe- ciśnienie pary nasyconej jest jednoznaczna funkcja temperatury. Układ zamknięty wypełniony jest tylko częściowo cieczą(2/3), reszta objętości wypełniona jest para. Jako cieczy używa się: dwutlenek węgla(-70 do +30^oC), eter(+50 do +180^oC), rtęć(+360 do +650^oC) Co to jest termometr dylatacyjny, budowa najprostszego termometru Termometr dylatacyjny- ma czujnik złożony z rurki i wykonanej z metalu o dużej rozszerzalności cieplnej (mosiądz, chrom-nikiel, aluminium) i wlutowanego w rurkę pręta o małym współczynniku rozszerzalności (porcelana). Przesunięcie końca pręta będące funkcja temperatury, można odczytać ze skali. Termometry z rurka mosiężną można stosować podczas pomiarów temperatury do 473-573K, z rurką chromowo-niklową do 1273K. dokładność pomiaru wynosi 1-2% Termometr rtęciowy to przykład termometru rozszerzalnościowego, ale zawierający ciecz termometryczną.. Termometr dylatacyjny też należy grupy termometrów rozszerzalnościowych, ale nie zawiera cieczy termometrycznej. Jest to po prostu pręt miedziany (najczęściej), który wydłuża się pod wpływem temperatury. Z reguły jest sprzężony ze wzmacniaczem hydraulicznym. Następuje więc zamiana temperatury na ciśnienie. Jest to stosowane, gdy nie można stosować termometrów z zamianą temperatury na wielkość elektryczną (np. z racji wybuchowości substancji, której temp. chcemy mierzyć). Termometr bimetalowy budowa i zasada działania W termometrze bimetalowym- czujnik jest wykonany z taśmy powstałej przez zgrzewanie lub walcowanie na gorąco dwóch metali różniących się znacznie współczynnikiem rozszerzalności liniowej(BIMETAL). Jeden koniec czujnika jest połączony sztywno z obudową termometru, drugi - układem pomiarowym. Zmiany temperatury powodują przemieszczenie liniowe końca czujnika w kształcie taśmy płaskiej lub obrót o kąt a końca czujnika w kształcie spirali walcowej. Termometry bimetalowe są stosowane do pomiarów temperatury 243-673K(-30 do 400^oC). Ich dokładność wynosi +/- 0.5%do +/- 1.%%-dla niższych temperatur i do+/-3% dla wyższych temperatur. Termometry rezystancyjne (ogólnie) Opór elektryczny czystych metali rośnie ze wzrostem temperatury, zaś półprzewodników maleje. Własność tę wykorzystano przy budowie termometrów oporowych. Materiały używane do budowy tych termometrów musza spełniać następujące warunki: musza być łatwe do obróbki musi istnieć możliwość produkcji materiału wyjściowego do budowy czujników o ustalonych powtarzalnych własnościach muszą mieć stosunkowo dużą zmienność oporu z temperaturą nie mogą zmieniać swoich własności z czasem i muszą być odporne na korozje Materiały używane do budowy tych termometrów określa się przez podanie średniego względnego przyrostu oporu między 0 a 100^oC na 1K Termometry oporowe dzielą się na: -termometry oporowe metalowe - termometry termistorowe Metale „stosowane" w czujnikach rezystancyjnych (zakresy pomiarowe temperatur) platyna -190^o do +630^oC nikiel do 300^oC wolfram do 400^oC stopy złota ze srebrem -30^o do 120^oC Termometry termoelektryczne Zasada działania tych termometrów jest oparta na zjawisku termoelektrycznym. W obwodzie zamkniętym składającym się z dwóch różnych metali, płynie prąd elektryczny, jeżeli miejsca styku tych metali znajdują się w różnych temperaturach. Zjawisko to jest wynikiem efektu Peltiera(powstanie napięcia stykowego w miejscu zetknięcia dwóch różnych metali) i zjawiska Thomsona(powstanie różnicy potencjałów w przewodniku, którego końce są umieszczone w różnych temperaturach) Powstającą w obwodzie siła termoelektryczna jest zależna od rodzaju metali i temperatury T i To. Jeżeli temperatura To (temp. odniesienia) będzie stała, to dla danej pary metali siła termoelektryczna będzie funkcja temperatury t. Włączenie w obwód miernika do pomiaru siły termoelektrycznej jest możliwe dzięki prawu trzeciego metalu: wprowadzenie do obwodu metali a/b trzeciego metalu c nie wpływa na wartość wypadkowej siły termoelektrycznej pod warunkiem, że oba końce przewodu c znajdują się w takiej samej temperaturze. Miejsce włączenia trzeciego metalu jest dowolne. Termoelement(cechy): -możliwie szeroki zakres stosowania -znaczne zmiany siły termoelektrycznej wraz ze zmianą temperatury oraz jej ciągła i liniowa zależność od temperatury -wysoka dopuszczalność temperatury pracy ciągłej -stałość właściwości w czasie -duża powtarzalność właściwości przy produkcji Zjawisko termoelektryczne Zjawisko termoelektryczne A B T Złącze dwóch metali Kontaktowa różnica potencjałów: gdzie: - koncentracja swobodnych elektronów, - praca wyjścia elektronu, - temperatura złącza, - stała Bolzmana, - ładunek elektronu. Termometry optyczne całkowitego promieniowania (ogólnie) Zasada działania tych termometrów wykorzystuje zależność między energią wypromieniowaną a temperatura bezwzględną ciała. W zależności od tego czy termometr rejestruje promieniowanie o wszystkich długościach fal, o wybranym zakresie długości fali lub określa wynik na podstawie barwy ciała nagrzanego, rozróżniamy: termometru(pirometry) optyczne całkowitego promieniowania i termometry (pirometry) optyczne do oznaczania temperatury wg. barwy ciała. Termometry specjalne *termofarby, termokredki wykorzystuje występowanie określonych barw, odpowiadające określonym temperaturom w specjalnej farbie pokrywającej badane ciało. Temp. określa się przez porównanie barwy z odpowiednią skala kolorów. Dla temp. 40-650^oC, np. ruchomych części maszyn i silników. Farbę rozpuszcza się w spirytusie. *Termokredka- do szybkiego określania temp. Barwa charakteryzująca występuje po 2 sekundach. Dla temp. 65-600^oC *Metoda metalograficzna - obserwując zjawisko rekrystalizacji w próbce ze stopu kobalt-chrom co 25^o w granicach 500-900^oC *Metoda kalorymetryczna- małą próbkę np. z niklu stykamy z ciałem którego temp. Chcemy określić. Po upływie określonego czasu wkładamy próbkę-czujnik do kalorymetru. *Metoda fotograficzna- 250-100^oC przez obserwacje stopnia zaciemnienia specjalnej kliszy wrażliwej na promienie podczerwone. Otrzymany obraz musi obejmować punkty w których temp. Jest ściśle określona inną metodą. Do określania temp. na powierzchni ciała. *Stożki Segera- stożek uformowany z masy ceramicznej o ściśle określonym składzie topi się przy odpowiedniej temp. Do pomiarów powyżej 600^oC przemyśle ceramicznym. Definicja błędów bezwzględnego i względnego oraz ich fizyczne znaczenia Różnicę między wartością wielkości określonej pomiarem, a wartością istotną(rzeczywistą) nazywamy błędem bezwzględnym POMIARU. Jeśli wartość wielkości ustalonej przez pomiar jest większa od rzeczywistej, to błąd jest dodatni, w przeciwnym przypadku ujemny. Błąd względny POMIARU jest równy stosunkowi błędu bezwzględnego do wartości rzeczywistej wielkości mierzonej lub do wartości wielkości ustalonej przez pomiar. Różnica w określeniu błędu względnego, wynikająca z różnego odniesienia jest bez znaczenia, ze względu na bardzo małe wartości błędu bezwzględnego. Poprawką nazywa się wartość, jaką należy dodać do wartości wielkości określonej przez pomiar, aby otrzymać wartość istotną wielkości mierzonej. Poprawka jest równa błędowi bezwzględnemu ze znakiem przeciwnym. Błąd bezwzględny PRZYRZĄDU jest to różnica między odczytanym wskazaniem przyrządu, a wskazaniem, które dawałby przyrząd doskonały, wskazując bezbłędnie. Pojecie błędu względnego PRZYRZĄDU tworzy się podobnie jak pojęcie błędu pomiaru. Błąd pomiaru jest zwykle większy od błędu przyrządu. Obliczyć błąd bezwzględny i względny Jak wykonywano poszczególne charakterystyki   4. Pomiar ciepła spalania   Definicja spalania Jest szybko przebiegającym procesem utleniania, czemu towarzyszy emisja ciepła oraz niekiedy efekt świetlny (płomień). Często terminem tym określa się też procesy utleniania zachodzące w organizmach żywych, mimo że nie towarzyszy temu żaden efekt świetlny. Pierwiastkami palnymi w paliwach są węgiel, wodór, oraz występująca Rodzaje spalania Spalanie całkowite - ma miejsce, gdy cała masa spalanej substancji ulegnie utlenieniu. Występuje ona wtedy, gdy nie tylko nie ma dymu czy palnych substancji w popiele, ale i nie utlenia się część paliwa w postaci pary Spalanie niecałkowite - występuje w zasadzie w spalaniu paliw stałych i charakteryzuje się zawartością części palnych w odpadach paleniskowych - w żużlu, lotnym popiele Spalanie niezupełne - w produktach spalania pojawiają się gazy palne CO, H2, CH4. Najczęstszy sposób spalania niezupełnego to tlenek węgla Charakterystyka paliw: stałych, ciekłych, gazowych Paliwa gazowe ciekłe- można łatwo i szybko przesyłać rurociągami na dużą odległość, bez przeładunków i strat, wysokie wartości opałowe, łatwe i zupełne spalanie przy niewielkim nadmiarze powietrza, spalanie bez pozostałości(tj. żużel, lotny popiół, koksik), pozostawia czyste komory spalania, łatwa regulacja, automatyzacja dopływu paliwa, możliwość uzyskania wysokich obciążeń cieplnych w komorze. Paliwa ciekłe do silników spalinowych, do kotłów parowych. -LO(liczba oktanowa)- na jej podstawie określa się przydatność paliw, wartość opałową, lotność paliwa, prężność par, ciężar właściwy, zawartość zanieczyszczeń dla silników spalinowych o zapłonie iskrowym -LC(liczba cetanowa) powyższe dla silników wysokoprężnych Do oznaczanie LO i LC stosuje się metody: motorowa i temperaturową. Wartości opałowe(ciepło spalania) paliw ciekłych zalezą przede wszystkim od zawartości wodoru, węgla, siarki i innych związków palnych, wchodzących w skład związków tworzących dane paliwo. Lotność paliwa określa się na podstawie krzywej destylacji, która orientuje ile paliwa oddestylowuje w znormalizowanych warunkach- za pomocą aparatu Englera Prężność pary oznacza się metodą statyczną w bombie Reida polega na bezpośrednim pomiarze prężności pary w różnych temperaturach. Gęstość benzyny- 710-780 kg/m^3 Prawidłowe spalanie zaczyna się w momencie przeskoku iskry między elektrodami świecy i rozprzestrzeniać się równomiernie(20-30m/s). Nieprawidłowe spalanie objawia się: samozapłonem, przedwczesnym zapłonem, detonacją Gazowe: -gaz z półkoksowania -gaz z koksownicy -gaz świetlny -gaz wodny -metan -propan -butan Ciekłe: -benzen -rapa naftowa -benzyna lotnicza -benzyna silnikowa -olej napędowy -alkohol etylowy -mazut Paliwa stałe- naturalne paliwa stałe zostały uporządkowane wg. Rosnącego stopnia ich uwęglenia. Uwęglanie jest procesem złożonym przy którym pokład materiału roślinnego traciły na przestrzeni epok geologicznych tlen i wodór i wzbogacały się w pierwiastek węgiel. -drewno powietrzno- suche -torf powietrzno - suchy -węgiel brunatny -węgiel brunatny i brykietowy -węgle kamienne Ciepło spalania (wartość opałowa górna) Ciepłem spalania- Wt nazywamy ilość ciepła powstałą przy spalaniu całkowitym i zupełnym jednostki masowej Lu objętościowej paliwa, przy założeniu, że produkty spalania zostają ochłodzone do temperatury początkowej składników biorących udział w spalaniu, a woda ulega wykropleniu. Wartość opałowa (wartość opałowa dolna) Wartość opałowa- Wu jest liczbowo równa różnicy między wartością Wt a ilością ciepła potrzebną do odparowania wody zawartej w paliwie oraz powstałej ze spalania wodoru z tego paliwa. Ciepło parowania wody przy 0oC przyjmuje się w technice za 2500kJ/kg. Wartość Wu jest w zaokrągleniu równa: Wu=Wt-2500mw kJ/kg mw- całkowita ilość kg wody powstałej przy spaleniu 1 kg paliwa Jak wyznaczamy ciepło spalania Ciepło spalania oznacza się mierząc w znormalizowanych warunkach przyrost temperatury jako efekt cieplny spalania próbki danego paliwa w bombie kalorymetrycznej. Układ ten składa się z 3 zasadniczych elementów: -bomby kalorymetrycznej(cylindryczne grubościenne naczynie o pojemności ok.100cm^3 , z nierdzewnej stali o masie 3,25kg) -naczynia kalorymetrycznego(cylindryczne naczynie z niklowanej blachy o poj.2-3dm^3 -dwuścienne naczynie wypełnione woda zwanego płaszczem wodnym(naczynie dwuścienne z niklowanej blachy o pojemności minimum 15dm^3 Wartości opałowe podstawowych paliw Gazowe: kJ/(Nm^3*10^3) -gaz z półkoksowania 22,2-29,3 -gaz z koksownicy 15,5-16,7 -gaz świetlny 15,1-15,9 -gaz wodny 10,0-10,4 -metan 35,8 -propan 93,5 -butan 123,5 Ciekłe: kJ/kg*10^3 -benzen 40,2 -rapa naftowa 39,8- 41,9 -benzyna lotnicza 42,1+/- 0,63 -benzyna silnikowa 42,1+/- 1,47 -olej napędowy 41,6 -alkohol etylowy 26,7 -mazut 41,4-42,6 Stałe: kJ/kg -drewno powietrzno- suche 17540 -torf powietrzno - suchy 15460 -węgiel brunatny 12420 -węgiel brunatny i brykietowy 22070 -węgle kamienne: -gazowe 31270 -tłuste 32400 -chude 3215 -antracyt 3320 Budowa kalorymetru Kalorymetr: bomba naczynie kalorymetryczne podstawka płaszcz wodny mieszadło porywa termometry przewód elektryczny Przebieg przeprowadzanego ćwiczenia Pomiar przeprowadza się zachowując te same warunki w jakich wyznacza się stała K kalorymetru-czyli taka ilość ciepła w dżulach jaka jest potrzebna do ogrzania danego układu kalorymetrycznego o 1^oC. Naważkę węgla spala się w postaci sprasowanej pastylki lub pyłu w woreczku kolodionowym. W pastylkę wprasowujemy środek żelaznego drucika oporowego o długości ok.12cm, i warzymy na wadze analitycznej. Tygielek z pastylka umieszcza się w koszyczku zamocowanym do jednej z elektrod w pokrywie bomby. Końce drucika oporowego zakleszczamy w zaciskach elektrod. Odmierzamy pipeta 10cm^3 destylowanej wody. Bombę zamykamy. Po usunięciu powierza z bomby, łagodnym strumieniem tlenu zamykamy zawór wlotowy i napełniamy ją ciśnieniem 25bar.Naczynie kalorymetryczne napełniamy wodą, wkładamy bombę. Jeśli bomba jest szczelna podłączamy do n niej przewody od urządzenia zapalającego, a do wody w kalorymetrze wkładamy termometr Beckmana oraz mieszadło. Po 10min mieszania przystępujemy do właściwego pomiaru kalorymetrycznego który dzieli się na 3 okresy: wstępny, główny i końcowy.   5. Pomiar natężenia przepływu powietrza   Równanie ciągłości strug Równanie ciągłości strugi-jeżeli założymy ze dla płynu nieściśliwego temperatura jest stała i jednakowa dla każdego przekroju rurociągu to objętość płynu wpływającego i odpływającego w ciągu jednej sekundy z dowolnego przekroju przewodu jest stała. V1A1=V2A2 Równanie Bernoulliego Prawo Bernoulli'ego mówi, że każdemu zwiększeniu się prędkości , a co za tym Idzi ciśnienia dynamicznego, musi automatycznie towarzyszy zmniejszenie się ciśnienia statycznego i na odwrót, przy każdym zmniejszeniu prędkości i ciśnienia dynamicznego, rośnie ciśnienie statyczne gdzie: em - energia jednostki masy płynu ρ - gęstość cieczy v - prędkość cieczy w rozpatrywanym miejscu h - wysokość w układzie odniesienia, w którym liczona jest energia potencjalna g - przyspieszenie grawitacyjne p - ciśnienie cieczy w rozpatrywanym miejscu Metody pomiaru prędkości i natężenia przepływu *przyrządy lub urządzenia, które pozwalają na ,określenie tylko średniego natężenia przepływu w czasie obserwacji: przepływomierze jedno i dwu zbiornikowe, komorowe i wirnikowe *przyrządy pozwalające ustalić chwilowe natężenie przepływu: danaidy, naczynia Ponceleta, rurki spiętrzające, zwężki, przepływomierze ultradźwiękowe, elektromagnetyczne, pływakowe -przepływomierze zbiornikowe otwarte- pomiar polega na omierzeniu określonych przez ważenie porcji cieczy. Służą najczęściej do pomiaru ilości wody Dzielą się na: -przepływomierz dwu przepływomierz u zbiornikowy i dwu komorowy, jest to zbiornik z przegrodą zaopatrzoną na końcu w przelew. Komory przed pomiarem są wzorcowane przez ważenie wypełniającej je wody - przepływomierz nieckowy- wykorzystuje się siłę ciężkości jaką siłę automatyczną uruchamiającą urządzenie. - przepływomierze wirnikowe pomiar polega na proporcjonalności prędkości obrotowej wirnika do strumienia przepływu. Rozróżnia się przepływomierz: skrzydełkowe, śrubowe, turbinowe - przepływomierze komorowe- stosuje się do cieczy ciemniejszych, głównie paliw. Objętość cieczy która w pewnym czasie przepłynęła przez przepływomierz jest wprost proporcjonalna do liczby obrotów elementu ruchomego. Zwężki, dysze, kryzy, rurki spiętrzające, anemometry, rotametry Zwężki- jako zwężki stosuje się kryzy, dysze i zwężki Venturiego. Są wygodnymi przyrządami pomiarowymi ze względu na dużą dokładność i możliwość zastosowania w szerokich zakresach temperatury Rotametry- przepływomierze pływakowe, należą do grupy przepływomierzy o stałym spadku ciśnienia, a zmiennym przekroju przepływu. Przepływający strumień cieczy lub gazu podnosi na skutek różnicy ciśnienia pływak, aż do momentu, gdy zwiększająca się pierścieniowa szczelina między ścianą rurki a korpusem pływaka osiągnie taka powierzchnie przy której działające na pływak siły zrównoważą się. Rurka spiętrzająca Prandtla- mierzy się ciśnienie statyczne i całkowite. Przez odpowiednie przyłączenie rurki Prandtla do manometrów cieczowych można określić wielkość ciśnienia dynamicznego. Znajdując ciśnienie dynamiczne z pomiaru oblicza się prędkość przepływu. Anemometry - przyrządy do określania prędkości gazów o ciśnieniach zbliżonych do ciśnienia atmosferycznego Anemometry skrzydełkowe- zbudowane z obudowy cylindrycznej, w której jest wirnik z skrzydełkami wykonanymi najczęściej z cienkiej blachy aluminiowej i nachylonymi pod kątem względem osi. Wirnik jest napędzany przepływającym strumieniem powietrza, posiada specjalny licznik obrotów. Służą do pomiaru małych prędkości. Anemometry czaszowe- wirnik to półkoliste czasze, które obracają się pod wpływem różnicy momentów powstałych na skutek różnego oporu jaki stawia przepływowi wklęsła i wypukła czasza. Ilość obrotów wirnika jest ściśle związana z prędkością przepływu. Termoanemometry- do pomiaru prędkości płynów, mikrostruktury przepływu, zjawisk zachodzących w warstwie przyściennej, turbulentnych pulsacji prędkości używane są termoanemometry oporowe. Umieszczenie rezystora w strumieniu gazu powoduje jego chłodzenie czyli zmianę rezystancji. Anemometry laserowe- wykorzystują zjawisko Dopplera Przepływomierze komorowe, wirnikowe - przepływomierze wirnikowe pomiar polega na proporcjonalności prędkości obrotowej wirnika do strumienia przepływu. Rozróżnia się przepływomierz: skrzydełkowe, śrubowe, turbinowe - przepływomierze komorowe- stosuje się do cieczy ciemniejszych, głównie paliw. Objętość cieczy która w pewnym czasie przepłynęła przez przepływomierz jest wprost proporcjonalna do liczby obrotów elementu ruchomego. Umieć przeliczyć jedne jednostki ciśnienia na inne jednostki ciśnienia 1hPa=100Pa 1MPa=1000000Pa 1at=98066,5=1kg/cm^2=0,0980665MPa 1atm=101325Pa 1mmHg=1Tor=133,322Pa 1mmH2O=9,80665Pa 1bar=100000Pa Budowa i zasada działania mikromanometru wykorzystywanego do wyznaczania różnicy ciśnień Mikromanometr służy do pomiaru małych wysokości słupa cieczy z dużą dokładnością. Wewnątrz naczynia znajduje się złocony kolec w kształcie trójkąta. Gdy lustro cieczy dotknie kolca, wówczas kolec wraz ze swym odbiciem w lustrze cieczy daje obraz. Pomiar przeprowadza się następująco: Przyrząd ustawia się według poziomicy, wskaźnik na zero. Następnie przy króćcach połączonych z atmosferą doprowadzamy do zetknięcia się kolca z powierzchnią cieczy przez podnoszenie lub opuszczanie naczynia śrubą lub przez dolewanie wody. Teraz doprowadzamy ciśnienie większe do króćca jednego wiesze do drugiego. Na wskutek czego poziom wody w naczyniu opadnie; w celu przywrócenia pierwotnego położenia poziomu względem kolca nadzy podnosić naczynie przez pokręcenie głowicą, aż do zaobserwowania w lustrz obrazu pokazanego na rysunku. Wysokość na jaką należało podnieść naczynie aby skompensować mierzoną różnice ciśnień odczytuje się na podziałce. Oraz na podziałce naciętej na głowicy-setne części milimetra. Co to jest ciśnienie hydrostatyczne Ciśnienie hydrostatyczne - to ciśnienie wywierane przez słup cieczy na powierzchnie pod wpływem siły ciężkości. Ph=p*g*h Ph- ciśnienie hydrostatyczne [Pa] p- gęstość cieczy [kg/m^3] g- przyspieszenie ziemskie [m/s^2] h- głębokość zanurzenia w cieczy [m] Na jakiej zasadzie w ćwiczeniu było wyznaczane natężenie przepływu powietrza W jaki sposób wyznaczyć z ciśnienia względnego ciśnienie bezwzględne

---