„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Jerzy Kozłowicz

Wykonywanie pomiarów przemysłowych 731[01].O1.03

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji–Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1

Recenzenci:
mgr inż. Krzysztof Idzior
mgr inż. Roman Grobelny


Opracowanie redakcyjne:
mgr inż. Jerzy Kozłowicz


Konsultacja:
mgr inż. Ryszard Dolata









Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 731[01].O1.03
„Wykonywanie pomiarów przemysłowych”, zawartego w modułowym programie nauczania
dla zawodu mechanik automatyki przemysłowej i urządzeń precyzyjnych.

























Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji–Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2

SPIS TREŚCI

1.

3

2.

5

3.

6

4.

Wprowadzenie
Wymagania wstępne

CC Cele kształcenia

Materiał nauczania

7

4.1. Obliczanie względnych i bezwzględnych błędów pomiaru

7

4.1.1. Materiał nauczania

7

4.1.2. Pytania sprawdzające

8

4.1.3. Ćwiczenia

8

4.1.4. Sprawdzian postępów

8

4.2. Wykonywanie pomiarów poziomu

9

4.2.1. Materiał nauczania

9

4.2.2. Pytania sprawdzające

12

4.2.3. Ćwiczenia

13

4.2.4. Sprawdzian postępów

14

4.3. Wykonywanie pomiaru natężenia przepływu

15

4.3.1. Materiał nauczania

15

4.3.2. Pytania sprawdzające

20

4.3.3. Ćwiczenia

20

4.3.4. Sprawdzian postępów

22

4.4. Wykonywanie pomiarów ciśnienia

23

4.4.1. Materiał nauczania

23

4.4.2. Pytania sprawdzające

28

4.4.3. Ćwiczenia

28

4.4.4. Sprawdzian postępów

29

4.5. Wykonywanie pomiarów temperatury

30

4.5.1. Materiał nauczania

30

4.5.2. Pytania sprawdzające

33

4.5.3. Ćwiczenia

34

4.5.4. Sprawdzian postępów

35

4.6. Wykonywanie pomiarów czynników środowiska

36

4.6.1. Materiał nauczania

36

4.6.2. Pytania sprawdzające

40

4.6.3. Ćwiczenia

40

4.6.4. Sprawdzian postępów

41

4.7. Wykonywanie pomiarów wilgotności

42

4.7.1. Materiał nauczania

42

4.7.2. Pytania sprawdzające

46

4.7.3. Ćwiczenia

46

4.7.4. Sprawdzian postępów

47

5. Sprawdzian osiągnięć

48

6. Literatura

53

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3

1. WPROWADZENIE

Poradnik będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o zasadach przeprowadzania

pomiarów przemysłowych.

W poradniku zamieszczono:

−

wymagania wstępne, czyli wykaz umiejętności, jakie powinieneś umieć przed
przystąpieniem do nauki,

−

cele kształcenia, jakie powinieneś osiągnąć w czasie zajęć edukacyjnych tej jednostki
modułowej,

−

materiał nauczania–czyli wiadomości dotyczące metod wykonywania pomiarów
przemysłowych, posługiwania się sprzętem pomiarowym oraz jego konserwacją,

−

zestawy pytań, które pomogą Ci sprawdzić, czy opanowałeś podane treści nauczania,

−

ćwiczenia, które umożliwią Ci nabycie umiejętności praktycznych,

−

sprawdzian osiągnięć,

−

wykaz literatury.
W materiale nauczania zostały opisane zasady obliczania błędów pomiarowych,

legalizacji przyrządów oraz ocena klasy dokładności wykonywanych pomiarów.
Szczegółowo opisano metodykę pomiarów przemysłowych najważniejszych wielkości
fizycznych takich jak: ciśnienie, poziom, temperatura, strumień objętości (natężenie
przepływu), wilgotność. Nie pominięto również pomiarów czynników środowiska jak: analiza
spalin

i hałas.

Poza

przedstawieniem

teoretycznej

części

dotyczącej

pomiarów

przemysłowych zaproponowano w części ćwiczeniowej zestawy układów praktycznych, które
będą wykonywane przez grupy ćwiczeniowe.

Z rozdziałem Pytania sprawdzające możesz zapoznać się:

–

przed przystąpieniem do rozdziału Materiał nauczania–poznając przy tej okazji
wymagania wynikające z potrzeby zawodu,

–

po zapoznaniu się z rozdziałem Materiał nauczania, aby sprawdzić stan swojej wiedzy,
która będzie Ci potrzebna do wykonywania ćwiczeń.
Wykonując ćwiczenia zawarte w Poradniku lub zaproponowane przez nauczyciela

poznasz zasady obsługi, konserwacji i korzystania z różnego rodzaju przyrządów
pomiarowych.

Po wykonaniu ćwiczeń sprawdź poziom swoich postępów rozwiązując test Sprawdzian

postępów, zamieszczony po ćwiczeniach. W tym celu:
–

przeczytaj pytania i odpowiedz na nie,

–

podaj odpowiedź wstawiając X w odpowiednie miejsce.
Odpowiedź NIE wskazuje na luki w Twojej wiedzy, informuje Cię również o pewnych

brakach w przyswojonej przez Ciebie wiedzy. Oznacza to konieczność powrotu do treści,
które nie są dostatecznie opanowane.

Poznanie przez Ciebie wiadomości na temat wykonywania pomiarów przemysłowych

będzie podstawą do przeprowadzenia przez nauczyciela sprawdzianu poziomu przyswajanych
wiadomości i ukształtowaniu umiejętności.
W rozdziale 5 tego poradnika jest zamieszczony Sprawdzian osiągnięć zawiera:
–

instrukcję, w której omówiono tok postępowania podczas przeprowadzania sprawdzianu,

–

zestaw zadań testowych,

–

przykładową kartę odpowiedzi, w której, w przeznaczonych miejscach wpisz odpowiedź
na pytania; będzie to stanowić dla Ciebie trening przed sprawdzianem zaplanowanym
przez nauczyciela.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4

Schemat układu jednostek modułowych

Moduł 731[01].O1

Podstawy miernictwa

731[01].O1.01

Przestrzeganie przepisów

bezpieczeństwa i higieny pracy,

ochrony przeciwpożarowej oraz

ochrony środowiska

731[01].O1.02

Wykonywanie pomiarów

warsztatowych

731[01].O1.03

Wykonywanie pomiarów

przemysłowych

731[01].O1.04

Badanie układów elektrycznych

i elektronicznych

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5

2. WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

korzystać z różnych źródeł informacji,

−

stosować jednostki układu SI,

−

przeliczać jednostki,

−

sporządzać wykresy funkcji,

−

użytkować komputer,

−

stosować przepisy BHP,

−

współpracować w grupie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6

3. CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

obliczyć błędy pomiarów laboratoryjnych (względne i bezwzględne),

−

określić tolerancję wymiarową,

−

zastosować sprzęt i materiały w pracy laboratoryjnej,

−

zmierzyć wilgotność powietrza różnymi metodami,

−

wykonać pomiar poziomu cieczy i natężenia przepływu,

−

zmierzyć ciśnienie z zastosowaniem różnych przyrządów,

−

scharakteryzować metody pomiaru temperatury,

−

zmierzyć temperaturę z zastosowaniem różnych termometrów,

−

dokonać pomiaru składu spalin,

−

przeprowadzić pomiar natężenia hałasu,

−

przeprowadzić pomiar promieniowania,

−

dokonać pomiaru punktu rosy,

−

zastosować metodę wagową do oznaczania wilgotności,

−

zakonserwować i przechować przyrządy kontrolno–pomiarowe,

−

zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpożarowej
i ochrony środowiska.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7

4. MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1. Obliczanie względnych i bezwzględnych błędów pomiaru

4.1.1. Materiał nauczania

Błędem nazywamy nieuniknione odstępstwo od wymagań poprawnego wykonania,

działania, postępowania lub przebiegu procesu. Znajomość wartości tego błędu jest niezbędna
do właściwej interpretacji wyniku. Błędy pomiarowe można podzielić ze względu na źródło
ich powstawania na błędy: metody pomiarowej, wskazania oraz odczytu. Ze względu na
charakter błędy dziali się na: systematyczne i przypadkowe. Błędy systematyczne mają
zawsze taką samą wartość w danym punkcie zakresu pomiarowego przyrządu i jako takie
mogą być eliminowane przez wprowadzanie poprawek i wzorcowanie narzędzi pomiarowych.
Błędy przypadkowe mają różne wartości i nie mogą być eliminowane. Zmniejszenie wartości
błędów przypadkowych może być dokonane przez wielokrotne powtórzenie pomiaru
i obliczenie średniej arytmetycznej wyniku:

n

x

x

n

1

i

i

∑

=

=

gdzie:
x

–średni wynik pomiaru,

x

i

–kolejny wynik pomiaru,

n

–liczba pomiarów.
Wartość średnia x jest najbardziej prawdopodobnym wynikiem pomiaru. Im więcej razy

powtórzy się pomiar, tym wynik będzie bardziej prawdopodobny. Wielokrotne wykonywanie
pomiarów zmniejsza tylko błędy przypadkowe, nie eliminuje natomiast wcale błędów
systematycznych. Błąd systematyczny zawarty jest w klasie dokładności przyrządu, którą
definiujemy następująco:

Klasa dokładności jest to maksymalny błąd bezwzględny przyrządu odniesiony do

maksymalnego zakresu i wyrażony w procentach.

Pozostałe błędy określają poniższe definicje:
Błąd bezwzględny

∆

y (uchyb bezwzględny) jest to różnica między teoretyczną y

t

,

a rzeczywistą y

rz

wartością wielkości mierzonej:

rz

t

y

y

Δy

−

=

Błąd bezwzględny wyrażony jest w jednostkach wielkości mierzonej.

Błędem względnym

δ

(uchybem względnym) nazywamy stosunek błędu bezwzględnego

do wartości rzeczywistej:

rz

y

Δy

δ

=

Klasę dokładności przyrządu określa poniższy wzór:

100%

y

Δy

klasa

max

⋅

=

Stosowane w Polsce klasy dokładności tworzą znormalizowany szereg liczb: 0,06; 0,1;

0,16; 0,25; 0,4; (0,5); 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4; 6, a różne klasy dla różnych przyrządów
przedstawione są w Polskich Normach. Znając klasę dokładności przyrządu możemy określić
jego maksymalny błąd bezwzględny.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8

Legalizacja a wzorcowanie

Czynność wzorcowania przeprowadza zwykle akredytowane laboratorium pomiarowe.

Pomiary wykonuje wykwalifikowany personel laboratorium według ustalonych procedur
w ściśle określonych warunkach (np. w ustalonych warunkach odniesienia: temperatura,
wilgotność, ciśnienie).

4.1.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jakie mogą być rodzaje błędów pomiarowych?
2. Co to jest błąd bezwzględny?
3. Co to jest klasa dokładności przyrządu?
4. W jakich jednostkach wyrażane są błędy pomiarowe?
5. Kto przeprowadza wzorcowanie przyrządów pomiarowych?

4.1.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz błędy pomiarowe dla wybranych przyrządów pomiarowych o różnych klasach

dokładności.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przeanalizować oznaczenia na przyrządach pomiarowych ze szczególnym zwróceniem

uwagi na: zakres pomiarowy, działkę elementarną oraz klasę dokładności,

2) przeprowadzić obliczenia błędów (uchybów) pomiaru dla różnych przyrządów,
3) przeprowadzić analizę wykonanych obliczeń.

Zalecane metody nauczania–uczenia się:

–

ćwiczenie.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

różne przyrządy pomiarowe z oznaczoną klasą dokładności,

–

kalkulator,

–

arkusz do ćwiczenia.

4.1.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

zdefiniować pojęcie uchybu bezwzględnego?





2)

zdefiniować pojęcie uchybu względnego?





3)

odczytać klasę dokładności z przyrządu?





4)

ocenić przydatność przyrządu do pomiaru?





5)

odczytać oznaczenia z przyrządu pomiarowego?





6)

dokonać analizy błędów pomiarowych?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9

4.2. Wykonywanie pomiarów poziomu

4.2.1. Materiał nauczania

Poziomowskazami nazywamy urządzenia służące do pomiaru wysokości słupa cieczy lub

materiału sypkiego. Działanie poziomowskazów cieczowych jest oparte na zjawiskach
hydrostatycznych: wyporze hydrostatycznym, ciśnieniu słupa cieczy, naczyń połączonych lub
na zjawiskach wykorzystujących właściwości cieczy (konduktancja, przenikalność,
przewodzenie, pochłanianie). Poziomowskazy oparte na zasadzie wyporu hydrostatycznego
przedstawiają rys.1 i 2.

Rys. 1. Poziomowskaz cięgnowy: 1–pływak, 2–koło linowe, 3–obciążnik, 4–wskazówka [1, s.206]

Rys. 2.

Poziomowskaz nurnikowy: 1–nurnik, 2–ciecz, 3–belka wagi,
4–wskazówka, 5–przekładnia, 6–sprężyna pomiarowa [1,
s.207]

Poziomowskazy typu U

−

rurkowy przedstawia rys. 3.

Rys. 3.

Poziomowskaz: U–rurkowy 1,2–zawory, 3–rurka szklana, 4–zbiornik [1, s.208]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10

Poziomowskazy

manometryczne

działają

wykorzystując

zależność

ciśnienia

hydrostatycznego od wysokości słupa cieczy nad punktem pomiarowym.

γ

H

Δp

⋅

=

gdzie:

∆

p –różnica ciśnień między ciśnieniem panującym nad powierzchnią cieczy, a ciśnieniem

wewnątrz cieczy [Pa],

H –wysokość słupa cieczy nad punktem pomiarowym [m],

γ

–ciężar właściwy cieczy [N / m

3

].

Schematy poziomowskazów z przestrzenią powietrzną i bez tej przestrzeni przedstawiają

rysunki 4 i 5.

Rys. 4.

Poziomowskaz z przestrzenią powietrzną: 1–przewód wyjściowy,
2–komora pośrednicząca, 3,4–podłączenie do manometru U–rurkowego
[1, s.212]

Rys. 5.

Poziomowskaz

bez

przestrzeni

powietrznej:

1,

2–przyłącza

do manometru, 3–manometr z rtęcią, 4–zbiornik [1, s.213]

Jednym z często stosowanych poziomowskazów jest poziomowskaz wdmuchowy

(bąbelkowy). Schemat jego działania przedstawiono na rysunku 6.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11

Rys.6.

Poziomowskaz wydmuchowy: 1–zbiornik, 2–manometr U–rurkowy, 3–sonda
powietrza, 4–przewód zasilający zbiornik, 5–regulator stałego przepływu [1,
s.215]

Przy pomiarach poziomu metodą wdmuchiwania ważnym zagadnieniem jest utrzymanie

stałego dopływu powietrza, zapewnia go regulator stałego dopływu powietrza. Zmiany
poziomu cieczy w zbiorniku powodują wzrost lub spadek ciśnienia mierzonego
manometrem 2.

Do pomiarów poziomu cieczy używa się również poziomowskazów wykorzystujących

właściwości elektryczne materiałów wypełniających zbiornik. Należą do nich następujące
rodzaje poziomowskazów:
a) poziomowskaz rezystancyjny, stosowany dla cieczy o dużej przewodności elektrycznej

(rys. 7),

Rys. 7. Poziomowskaz rezystancyjny 1, 2–elektrody, 3–płyta izolacyjna, 4–miernik oporności [1, s.217]

b) poziomowskaz pojemnościowy, stosowany, gdy ciecz charakteryzuje się dobrymi

własnościami dielektrycznymi (rys. 8),

Rys. 8. Poziomowskaz pojemnościowy: a) budowa poziomowskazu, b) wymiary kondensatora [1, s.218]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12

c) poziomowskaz izotopowy, stosowany do określania poziomu nie tylko cieczy, lecz

również materiałów sypkich (rys. 9),

Rys. 9.

Poziomowskaz izotopowy: 1–zbiornik, 2–źródło promieniowania,
3–czujnik promieniowania, 4–wskaźnik [1, s.220]

d) poziomowskaz ultradźwiękowy, stosowany głównie do pomiaru materiałów sypkich

i wykorzystujący zasadę echosondy (rys. 10).

Rys. 10. Poziomowskaz ultradźwiękowy: 1–nadajnik, 2–odbiornik, 3–

przegroda, 4–urządzenie odczytowe [1, s.222]

Najnowszymi poziomowskazami stosowanymi do cieczy i materiałów sypkich

są poziomowskazy wibracyjne oparte, na wibracji czujnika widełkowego. Poziomowskaz taki
charakteryzuje się zmianą sygnału prądowego w zależności od zmian poziomu.

4.2.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Na czym polega działanie poziomowskazu opartego na wyporze hydrostatycznym?
2. Jak odczytujemy poziom cieczy z poziomowskazu typu naczynia połączone?
3. Jakie znasz poziomowskazy manometryczne?
4. Kiedy stosujemy poziomowskaz rezystancyjny?
5. Jak możemy mierzyć poziom materiałów sypkich?
6. Kiedy stosujemy poziomowskaz pojemnościowy?
7. Na jakiej zasadzie działa poziomowskaz wydmuchowy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13

4.2.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Podłącz czujnik pojemnościowy poziomu do stanowiska badawczego i wykonaj pomiary

odczytując zmiany poziomu wody poziomomierzem hydrostatycznym oraz zmiany
pojemności z czujnika. Wyniki wpisz do tabeli, określ błędy pomiarowe.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) podłączyć czujnik pojemnościowy do mostka pomiarowego,
2) zmieniając poziom cieczy w zbiorniku dokonywać odczytów poziomu zgodnie

z zaleceniami instrukcji pomiarowej,

3) wyniki pomiarów umieścić w tabeli,
4) przeprowadzić analizę błędów pomiarowych.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

stanowisko pomiarowe z regulacją poziomu wody,

–

poziomomierz hydrostatyczny,

–

czujnik pojemnościowy pomiaru poziomu,

–

mostek RLC pomiaru pojemności,

–

kalkulator do obliczeń,

–

arkusze pomiarowe.

Ćwiczenie 2

Uruchom stanowisko pomiarowe z pomiarem poziomu cieczy metodą ciśnieniową

(wdmuchiwanie powietrza) i wykonaj pomiary odczytując zmiany poziomu poziomomierzem
hydrostatycznym oraz zmiany ciśnienia z układu wydmuchiwania.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) podłączyć i zestawić przyrządy na stanowisku pomiaru poziomu metodą ciśnieniową,
2) odczytać wskazania manometru oraz poziomomierza hydrostatycznego, a wyniki

pomiaru wpisać do tabeli z instrukcji pomiarowej,

3) przeprowadzić analizę dokładności pomiarów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

stanowisko pomiarowe z regulacją poziomu wody,

–

źródło sprężonego powietrza z regulatorem stałego przepływu,

–

manometr prężny o zakresie 0 do 100kPa,

–

poziomomierz hydrostatyczny,

–

kalkulator do obliczeń,

–

arkusze pomiarowe.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14

4.2.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

opisać metody pomiaru poziomu?





2)

podłączyć czujnik pojemnościowy do mostka?





3)

uruchomić stanowisko z czujnikiem ciśnieniowym?





4)

dokonać analizy błędów?





5)

scharakteryzować metodę ultradźwiękową?





6)

scharakteryzować metodę rezystancyjną?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15

4.3. Wykonywanie pomiaru natężenia przepływu

4.3.1. Materiał nauczania

Pomiar natężenia przepływu zwany często pomiarem strumienia objętości lub masy

określa ilość substancji, jaka przepływa przez rurociąg w jednostce czasu. Natężenie
przepływu może być objętościowe Q (m

3

/s), lub masowe G (kg/s). Rozróżniamy dwa rodzaje

przepływu w przewodach: przepływ laminarny (uwarstwiony), lub turbulentny (burzliwy).
W przepływie laminarnym ruch wszystkich cząstek odbywa się wzdłuż linii równoległej do
osi przewodu, tworząc strugi. Prędkość poruszania się strug jest różna i rośnie w miarę
zbliżania się do osi przewodu. W przepływie burzliwym cząstki płynu poruszają się bezładnie
względem osi przewodu.

Parametrem, który określa czy przepływ jest laminarny czy burzliwy jest liczba

Reynoldsa R

e.

Liczbę Reynoldsa określa się na podstawie wzoru:

μ

ρ

D

V

R

e

⋅

⋅

=

gdzie:
V –prędkość przepływu [m/s],
D –średnica przewodu [m],

µ

–lepkość dynamiczna [

2

m

s

Pa

⋅

],

ρ

–gęstość [kg/m

3

].

Przyjmuje się, że przepływ charakteryzujący się liczbą Reynoldsa mniejszą niż 2300 jest

laminarny, a powyżej burzliwy. Podanej granicy nie należy traktować ściśle, gdyż przepływy
o liczbie Reynoldsa 2000 do 3000 mogą być zarówno laminarne jak i burzliwe. W tabeli 1
przedstawiono zależności lepkości niektórych płynów od temperatury.

Tabela. 1. Zależność lepkości niektórych płynów od temperatury [1, s.226]

Pomiary natężenia przepływu mogą być wykonywane wieloma metodami.

1. Metoda przepływomierzy wirnikowych

W tych przepływomierzach czynnikiem napędowym jest przepływająca ciecz lub gaz.
Przepływomierze te mogą być:

a) śrubowe,
b) skrzydełkowe,
c) bębnowe,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16

d) puszkowe,
e) tarczowe,
f) rotorowe,
g) miechowe,
h) komorowe.

Przepływomierze a i b różnią się jedynie kształtem wirnika. Rys.11 przedstawia

konstrukcję jednego z nich.

Rys. 11. Przepływomierz śrubowy: a) przekrój, b) podzielnia

1 – korpus przepływomierza, 2 – zespół przekładni
ze wskaźnikami [1, s.206]

W przepływomierzach bębnowych odmierzana jest cyklicznie określona objętość cieczy

lub gazu przepływająca przez komory bębna pomiarowego. Rys. 12 wyjaśnia zasadę działania
gazomierza bębnowego. Dopływający do przepływomierza gaz powoduje obracanie się bębna
zgodnie z ruchem wskazówek zegara.

Rys. 12.

Gazomierz bębnowy: 1 – bęben obrotowy, 2 – dopływ
gazu, 3–szczelina, 4–przewód odlotowy [1, s.230]

Działanie przepływomierza puszkowego opiera się na odmierzaniu określonej objętości

cieczy przez poruszający się pod wpływem cieczy tłok (puszkę). Rysunek 13 przedstawia
zasadę działania tego przepływomierza.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17

Przepływomierze wirnikowe w zasadzie nie określają natężenia przepływu, ale objętość

czynnika, który przepłynął przez przepływomierz. Aby określić natężenie przepływu należy
zmierzyć czas, w którym odbywał się pomiar objętości przepływającego czynnika i podzielić
tą objętość przez czas przepływu. Wyznaczymy w ten sposób natężenie przepływu.

Rys. 13. Przepływomierz puszkowy: a) przekrój przepływomierza, b) tłok 1 – komora,

2–tłok, 3 – pierścień, 4 – przegroda z materiału niemagnetycznego,
5 – przegroda oddzielająca, 6 – wałek, 7 – zabierak, 8, 9 – magnesy,
10–wałek,11 – przekładnia zębata, 12 – wskaźnik,13 – impulsator, 14 – prądnica
tachometryczna [1, s.231]

2. Przepływomierze manometryczne

Ich działanie oparte jest na zasadzie pomiaru ciśnień statycznych i dynamicznych. Do

najbardziej znanych należą przepływomierze zwężkowe typu:
a) kryza pomiarowa,
b) dysza,
c) zwężka Venturiego.

Konstrukcję wmontowanych zwężek pomiarowych przedstawia rys. 14.

Rys. 14. Typowe zwężki pomiarowe: a) kryza, b) dysza, c) zwężka Venturiego [4, s.74]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18

Zwężki pomiarowe dobierane są do określonych parametrów przepływu, który

uwzględnia rodzaj przepływu, średnice rurociągu, rodzaj czynnika płynącego. Na każdej ze
zwężek występuje mierniczy spadek ciśnienia, który wykorzystujemy do obliczenia natężenia
przepływu. Na rys. 15 przedstawiono rozkład ciśnienia w zwężce pomiarowej typu kryza.

Rys. 15. Rozkład ciśnienia w zwężce pomiarowej typu kryza [4, s.74]

Zależność natężenia przepływu Q od spadku ciśnienia

∆

p na zwężce przedstawia

poniższa zależność:

ρ

Δp

k

Q

=

gdzie:

k –stała zwężki

f

ε

α

k

⋅

⋅

=

,

ρ

–gęstość przepływu,

α

–współczynnik przepływu,

ε

–współczynnik ekspansji,

f –pole powierzchni otworu kryzy pomiarowej o średnicy d.

Zależność współczynnika przepływu powietrza od liczby Reynoldsa i modułu zwężki

przedstawia wykres na rys.16.

Rys. 16. Zależność współczynnika

α

od liczby Reynoldsa [2, s.80]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19

Moduł zwężki przedstawia następująca zależność:

2

D

d

m













=

Wartość współczynnika ekspansji odczytujemy z poniższego wykresu.

Rys. 17. Zależność współczynnika ekspansji

ε

od modułu zwężki i spadków ciśnienia [2, s.81]

Odrębną grupę przepływomierzy stanowią rotametry. Na rys. 18 przedstawiono schemat

rotametru.

Rys. 18. Schemat rotametru: 1–rura, 2–pływak [1, s.249]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

20

Rotametr jest przepływomierzem manometrycznym niewymagającym pomiaru spadku

ciśnienia natomiast działającym na stałym spadku ciśnienia, jaki wytwarza się w stożkowej
rurze z umieszczonym wewnątrz pływakiem o stałym przekroju. Na skutek przepływu
czynnika w szczelinie występuje różnica ciśnień po obu stronach pływaka. Jeżeli działająca
na pływak siła jest większa od jego ciężaru, unosi się on do góry. W miarę przesuwania się
pływaka do góry powierzchnia szczeliny rośnie. Pływak zatrzymuje się na wysokości h, gdy
ciężar zostaje zrównoważony siłą wywołaną różnicą ciśnień. Zakres pomiarowy rotametrów
wynosi od

7

10

2,5

−

⋅

do 0,25m

3

/s przy błędzie wynoszącym

±

2,5 % górnej wartości

granicznej. Podziałka wyskalowana jest w jednostkach natężenia przepływu dla określonego
czynnika.

Odrębną grupę stanowią przepływomierze elektryczne, które mogą być:

a) termoanemometryczne,
b) indukcyjne,
c) ultradźwiękowe,
d) jonizacyjne.

4.3.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Co to jest natężenie przepływu?
2. Jak dzielimy przepływy?
3. Co określa liczba Reynoldsa?
4. Jak dzielimy przepływomierze wirnikowe?
5. Co to są zwężki pomiarowe?
6. Od czego zależy natężenie przepływu mierzone zwężką?
7. Co to jest rotametr?

4.3.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Dokonaj pomiaru dokładności wodomierza. Podłącz wodomierz do stanowiska

pomiarowego zasilanego z sieci wodociągowej i wyposażonego w układ pomiarowy zgodny
ze schematem. Ustaw za pomocą zaworu odpowiedni strumień zgodnie z wymaganiami
instrukcji ćwiczeniowej. Określ na podstawie wyników pomiarów dokładność wodomierza.
Schemat stanowiska pomiarowego przedstawia poniższy rysunek.

Rys.

do ćwiczenia 1. Schemat stanowiska do sprawdzania wodomierza:
1–wodomierz, 2–zawór, 3–kryza, 4–manometr U–rurkowy, 5–zbiornik,
6–zawór [2, s.74]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

21

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) połączyć układ pomiarowy zgodnie ze schematem instrukcji ćwiczeniowej,
2) wykonać pomiary dla różnych położeń zaworu regulującego przepływ,
3) dokonać analizy przeprowadzonych pomiarów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

stanowisko pomiarowe z regulacją przepływu wody,

–

badany wodomierz wirnikowy,

–

kryza pomiarowa,

–

manometr U–rurkowy,

–

kalkulator do obliczeń,

–

arkusze pomiarowe.

Ćwiczenie 2

Dokonaj pomiarów strumienia objętości za pomocą kryzy pomiarowej. Pomiary wykonaj

na stanowisku pomiarowym wyposażonym w źródło powietrza (np. wentylator nadmuchu
samochodowy lub wentylator z odkurzacza). Do pomiaru spadku ciśnienia na kryzie użyj
manometru U–rurkowego różnicowego.

Rys. do ćwiczenia 2. Schemat stanowiska do sprawdzania przepływomierza

zwężkowego: 1–źródło powietrza, 2–przepustnica, 3–manometr różnicowy,
4–U–rurka, 5–termometr [2, s.80]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) pomierzyć spadki ciśnienia dla różnych nastaw przepływu,
2) przeprowadzić obliczenia natężenia przepływu Q,
3) sporządzić wykres z przeprowadzonych pomiarów jako zależność

α

= f (Q)

gdzie:

α

–kąt położenia przepustnicy,

Q–natężenie przepływu obliczone według wzoru:

ρ

Δp

k

Q

⋅

=

Wartość współczynnika k oblicz według wzoru podanego na stronie 19.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

22

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

stanowisko pomiarowe z regulacją przepływu powietrza,

–

zwężka pomiarowa–kryza,

–

kalkulator do obliczeń,

–

manometr różnicowy U–rurka,

–

arkusze pomiarowe.

4.3.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

wyjaśnić pojęcie natężenia przepływu?





2)

określić metody pomiaru natężenia przepływu?





3)

przedstawić zasadę pomiaru zwężkami?





4)

podłączyć i uruchomić rotametr?





5)

obliczyć moduł zwężki?





6)

obliczyć stałą zwężki?





7)

przeprowadzić analizę pomiaru zwężkami?





8)

sprawdzić dokładność wodomierza?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

23

4.4. Wykonywanie pomiarów ciśnienia

4.4.1. Materiał nauczania

Jeżeli na określoną powierzchnię wywierany jest nacisk siłą F przez ciało stałe, ciecz lub

gaz, to stosunek tego nacisku do pola powierzchni nazywamy ciśnieniem. Wg układu SI
jednostką ciśnienia jest 1Pa = N/m

2

(Pascal). Często podawaną jednostką ciśnienia jest

1 bar = 100 kPa. Pomiar ciśnienia jest bardzo ważnym składnikiem wielu procesów
technologicznych. W zależności od charakteru mierzonego ciśnienia przyrządy do pomiaru
ciśnienia dzielą się na:
a) barometry–przyrządy do pomiaru ciśnienia atmosferycznego,
b) wakuometry–przyrządy do pomiaru podciśnienia,
c) manometry różnicy ciśnień–przyrządy do pomiaru różnicy ciśnień

∆

p.

Największą grupę przyrządów do pomiaru ciśnienia stanowią manometry. Podział

manometrów z uwzględnieniem rozwiązań konstrukcyjnych przedstawia rysunek 19.

Rys. 19.

Podział manometrów

W zależności od sposobu wskazań manometry mogą być:

a) z odczytem słupa cieczy,
b) z odczytem wskazówkowym w miejscu pomiaru,
c) z odczytem wskazówkowym zdalnym,
d) z odczytem wskazówkowym i rejestracją wskazań,
e) z odczytem wskazówkowym i sygnalizacją optyczną lub akustyczną.

Manometry hydrostatyczne

Działanie tych manometrów opiera się ma zjawiskach fizycznych rządzących cieczą

pozostającą w spoczynku, w stanie równowagi. Podstawowym prawem jest prawo Pascala.
Najbardziej znanych manometry hydrostatyczne Zostały opisane niżej.

Manometry

Hydrostatyczne

Prężne

Elektryczne

Cieczowe

Obciążeniowe

Przeponowe

Mieszkowe

Z rurką
Bourdona

U–rurkowe

Naczyniowe

Tłokowe

Dzwonowe

Z pierścieniem
uchylnym

Rurka
pionowa

Rurka
pochylona

Ze stałym
obciążeniem

Ze zmiennym
obciążeniem

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

24

Manometr U–rurkowy z rurkami pionowymi. Schemat działania tego manometru

przedstawiono na rysunku 20. Zakres pomiarowy tego manometru określony jest długością
rurek oraz ciężarem właściwym użytej cieczy.

Rys. 20. Schemat manometru U–rurkowego [1, s.141]

Dla manometru tego typu, który może mierzyć różnicę ciśnień lub nadciśnienie

względem ciśnienia atmosferycznego obowiązują następujące wzory:

γ

h

Δp

⋅

=

2

1

p

p

Δp

−

=

gdzie:

∆

p –różnica ciśnień [Pa],

h

–różnica poziomów [m],

γ

–ciężar właściwy cieczy [N/m

3

].

Mikromanometr z rurką pochyłą (Recknagla) U–rurkowy. W celu zwiększenia

dokładności odczytu różnicy ciśnień stosuje się manometr, który przedstawia rys. 21. Zakres
pomiarowy tego manometru wynosi 1kPa.

Rys. 21. Manometr cieczowy z rurką pochyłą [1, s.143]

Zmiana różnicy ciśnień przyłożonych do ramion tego manometru powoduje zmianę

przemieszczenia cieczy, które jest większe k razy:

sinα

1

k

=

Jednym z dokładniejszych manometrów cieczowych jest manometr kompensacyjny,

którego dokładność wynika z jego konstrukcji i można pomierzyć nim ciśnienia
z dokładnością 0,01 mm H

2

O i zakresie pomiarowym do 150 mm H

2

O.

Manometry obciążeniowe

Działanie tych manometrów opiera się na prawie Pascala. Pomiar za pomocą

manometrów obciążeniowych polega na wyznaczeniu wartości obciążenia działającego na
powierzchnię ruchomego tłoka, dzwonu lub innej przegrody. Ciecz znajdująca się
w manometrach obciążeniowych spełnia rolę uszczelnienia i pośredniczy w przekazywaniu

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

25

sił. Manometry te dzielą się na: tłokowe, dzwonowe i z pierścieniem uchylnym. Schemat
praski hydraulicznej przedstawiono na rys. 22. Manometry tłokowe dzielimy na:

−

ze stałym obciążeniem tłoka zwane praskami hydraulicznymi,

−

ze zmiennym obciążeniem, umożliwiające ciągły pomiar ciśnień.

Rys. 22.

Manometr tłokowy ze stałym obciążeniem tłoka: 1–cylinder pomiarowy,
2–tłok pomiarowy, 3–talerzyk,4–obciążnik, 5–tłok regulacyjny, 6–stanowisko
probiercze, 7–zawór odcinający komorę pomiarową, 8–zawór odcinający
manometr badany, 9–zawór spustu oleju, 10–pokrętło, 11–zbiornik z olejem
[1, s.155]

Praska hydrauliczna jest najczęściej przyrządem wzorcowym służącym do skalowania

manometrów prężnych (z rurką Bourdona) lub elektrycznych czujników ciśnienia. Zakres
pomiarowy tych manometrów jest znaczny i wynosi 100MPa, a w specjalnych wykonaniach
nawet do 3500 MPa. Jako wzorce w tym manometrze używamy obciążników (4) o znanej
wartości wywieranego ciśnienia, które nakładamy na tłok pomiarowy (2). Uruchomienie
praski wymaga napełnienia zbiorniczka olejem i jej odpowietrzenia. Praskę możemy również
używać stosując jako wzorce zamiast obciążników innego manometru o lepszej klasie
dokładności niż manometr badany.

Manometry prężne

Tego typu manometry działają na zasadzie odkształcenia elementów sprężystych pod

wpływem mierzonego ciśnienia lub różnicy ciśnień. Z uwagi na rodzaj elementu sprężystego
manometry dzielimy na:
a) z rurką Bourdona,
b) z mieszkiem sprężystym,
c) z membraną lub puszką membranową.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

26

Rys. 23.

Manometr prężny z rurką Bourdona: a) schemat ogólny, b) mechanizm
przekładniowy, 1–wskazówka, 2–rurka Bourdona, 3–widełki, 4–cięgno,
5–sektor zębaty, 6–korpus, 7–końcówka, 8–zębnik, 9–wkręt regulacji
położenia, 10–sprężyna spiralna [1, s.164]

Manometr z rurką Bourdona zbudowany jest z rurki o dużej sprężystości (mosiądz, brąz

lub stal) zwiniętej kołowo i zamkniętej na jednym końcu. Schemat tego manometru
przedstawia rysunek 23. Przekrój rurki zależy od wielkości mierzonego ciśnienia. Małe
ciśnienia–rurki owalne; średnie ciśnienia–rurki eliptyczne; wysokie ciśnienia–przekrój rurek
kołowy. Konstrukcje pozostałych manometrów prężnych różnią się od powyższego rodzajem
użytego elementu sprężystego.

Manometry elektryczne

Do tych manometrów zaliczamy przyrządy, w których pomiar opiera się na zjawiskach

elektrycznych, a sygnałem wyjściowym są wielkości elektryczne. Ze względu na działanie
dzielimy je na:
a) piezoelektryczne,
b) emisyjne,
c) rezystancyjne,
d) termoelektryczne,
e) indukcyjne.

Obecnie często stosowane w pomiarach ciśnień są czujniki piezorezystancyjne do

ciągłego pomiaru ciśnień. Czujniki piezoelektryczne mają zastosowania w pomiarach ciśnień
szybkozmiennych

np.

komora

spalania

silnika

spalinowego.

W

manometrze

piezoelektrycznym zasadniczym elementem jest płytka wykonana z substancji wykazującej
właściwości piezoelektryczne. Jeżeli płytka zostanie poddana działaniu ciśnienia to na jej
ściankach pojawią się ładunki elektryczne. Schemat działania manometru piezoelektrycznego
przedstawia rysunek 24.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

27

Rys. 24.

Manometr piezoelektryczny: 1–korpus, 2–komora, 3–komora ciśnieniowa,
4, 6–czujnik piezoelektryczny, 5–płytka metalowa, 7–przepona metalowa,
8–zaciski, 9–przewód pomiarowy, 10–sprężyna,11–izolator [1, s.170]

Manometry emisyjne używane są do pomiaru bardzo małych ciśnień. Działanie ich

opiera się na zależności między wartością emisji elektronowej, a ciśnieniem gazu, w którym
poruszają się emitowane elektrony.

W manometrach rezystancyjnych wykorzystano zjawisko zmian przewodnictwa

w metalach i półprzewodnikach pod wpływem ciśnienia.

Manometry termoelektryczne wykorzystują zjawisko przejmowania ciepła przez

otoczenie, gdy elementem pomiarowym jest podgrzewany drut, a zmieniają się warunki
ciśnienia. Manometry te służą najczęściej do pomiarów podciśnień, czyli są wakuometrami.

Manometr z czujnikiem indukcyjnym bazuje na elemencie sprężystym (na przykład

membranowym), którego ruch zostaje przeniesiony na cewkę indukcyjną. Sygnał wyjściowy
z tego manometru jest napięciowy. Schemat takiego manometru przedstawiono na
rysunku 25.

Rys. 25. Manometr membranowy różnicowy z czujnikiem indukcyjnym do pomiaru

odkształceń membrany1–membrana, 2–rdzeń czujnika, 3–uzwojenie czujnika [4 s,.90]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

28

4.4.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Co to jest ciśnienie?
2. Jak dzielimy przyrządy do pomiaru ciśnienia?
3. Jakie znasz manometry hydrostatyczne?
4. Na jakiej zasadzie działa manometr prężny?
5. Co jest wzorcem w manometrze obciążnikowym?
6. Jak dzielimy manometry elektryczne?
7. Na jakiej zasadzie działa manometr membranowy?
8. Co to jest manometr emisyjny?

4.4.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przeprowadź wzorcowanie manometru prężnego za pomocą praski obciążnikowo–

tłokowej. Do pomiarów użyj manometru wzorcowego o dwie klasy dokładniejszego niż
manometru wzorcowanego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) zamontować manometry na prasce,
2) przygotować praskę do pomiarów,
3) przeprowadzić wzorcowanie manometru,
4) dokonać analizy błędów i oceny jakości wzorcowanego manometru.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

praska obciążnikowo–tłokowa z kompletem ciężarków,

–

manometr badany,

–

manometr wzorcowy,

–

kalkulator do obliczeń,

–

arkusze pomiarowe.

Ćwiczenie 2

Wykonaj pomiary niskich ciśnień manometrem membranowym z odczytem

elektrycznym oraz wzorcowym manometrem z rurką pochyłą (Recknagla). Przeprowadź
badania na stanowisku zasilanym z sieci sprężonego powietrza z regulacją ciśnienia.

Rys. do ćwiczenia 2

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

29

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) podłączyć układ elektryczny manometru elektrycznego,
2) odczytać ciśnienia wskazane przez manometr z rurką pochyłą,
3) dokonać analizy błędów pomiarowych.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

manometr membranowy z przetwornikiem elektrycznym,

–

manometr wzorcowy z rurką pochyłą,

–

woltomierz prądu stałego zakres 0–10V,

–

kalkulator do obliczeń,

–

arkusze pomiarowe.

4.4.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

dobrać przyrząd do pomiaru ciśnienia?





2)

wykonać sprawdzenie manometru na prasce?





3)

dokonać oceny klasy dokładności manometru?





4)

pomierzyć niskie ciśnienia?





5)

podłączyć manometr elektryczny do układu?





6)

dobrać zakres pomiarowy manometru?





7)

obliczyć błędy pomiarowe?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

30

4.5. Wykonywanie pomiarów temperatury

4.5.1. Materiał nauczania

Pomiar temperatury ciała fizycznego określa poziom energii kinetycznej ruchu cząstek

lub atomów tego ciała. Pomiar odbywa się przez porównanie temperatury ciała badanego
z pewną ściśle określoną temperaturą, przyjętą jako punkt stały skali temperatur. Punkty stałe
są bazą wyjściową zjawisk termodynamicznych (topnienie, wrzenie) i dzięki temu łatwo je
odtworzyć. Podstawowym stałym punktem termometrycznym jest temperatura potrójnego
punktu wody, na niej utworzono skalę Celsjusza. Działanie termometrów polega na
zastosowaniu w ich budowie tak zwanych ciał termometrycznych, których właściwości
zmieniają się pod wpływem temperatury. Przeliczenie temperatur ze skali Celsjusza na
stopnie Fahrenheita dokonywane jest następującym wzorem:

32

5t

F]

T[

C

0

+

=

Termometry dzielimy na:

a) rozszerzalnościowe,
b) manometryczne,
c) elektryczne,
d) pirometry optyczne.

Termometry rozszerzalnościowe wykorzystują zjawisko rozszerzalności ciała stałego

mogą być:
a) dylatacyjne–działanie

oparte

na

rozszerzalności

względnej

pręta

z

inwaru

i rozszerzalności obudowy mosiężnej. Schemat takiego termometru przedstawia rys. 26.

Rys. 26.

Termometr rozszerzalnościowy: a) przekrój, b) i c) zmiany wydłużenia względnego
w termometrze: 1 – rurka mosiężna, 2 – pręt inwarowy, 3 – śruba mocująca, 4 – dźwignia,
5 – sprężyna, 6 – wskazówka [1 s.97]

b) bimetaliczne–działanie oparte na odkształceniu taśmy lub blaszki składającej się z dwu

metali o różnym współczynniku rozszerzalności cieplnej. Schemat takiego termometru ze
spiralnie zwiniętą taśmą bimetalu przedstawia rys. 27.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

31

Rys. 27. Termometr termobimetaliczny: 1–termobimetal, 2–wskazówka, 3–podzielnia [1, s.100]

Termometry oparte na zjawisku rozszerzalności cieczy mogą być:

a) rtęciowe (obecnie wycofywane z użycia z uwagi na szkodliwe właściwości rtęci),
b) spirytusowe.

Termometry manometryczne

W

termometrach

manometrycznych

wykorzystano

współzależność

ciśnienia

i temperatury w wypełnionych cieczami lub gazami zamkniętych naczyniach. Z uwagi na
rodzaj czynnika roboczego termometry możemy podzielić na następujące grupy:
1) cieczowe,
2) gazowe,
3) parowe (wypełnione cieczą o niskiej temperaturze wrzenia).

Zakres pomiarowy termometrów manometrycznych cieczowych wynosi od–50

o

C do

+ 600

o

C. Termometry gazowe wypełnione są najczęściej azotem, a ich zakres pomiarowy

wynosi od 0 do 600

o

C. W termometrach parowych cieczą wypełniającą jest benzen lub

ksylen. Zakres pomiarowy tych termometrów od–50

o

C do + 380

o

C

Termometry elektryczne

Termometry elektryczne dzielimy na: generacyjne, to jest takie, w których wytwarzana

jest energia elektryczna pod wpływem temperatury oraz parametryczne, w których zachodzi
zmiana parametrów elektrycznych. Generacyjnymi termometrami są termoelementy zwane
termoparami. Termopara działa na zasadzie indukowania SEM (siły elektromotorycznej)
pomiędzy dwoma elektrodami połączonymi spoiną pomiarową pod warunkiem wystąpienia
różnicy temperatur pomiędzy „gorącym końcem’’–czyli spoiną 1, a „zimnymi końcami’’–
czyli pozostałymi końcami termopary 2. Schemat podłączenia termopary przedstawia rys. 28.

Rys. 28.

Termometr termoelektryczny 1–czujnik (gorący koniec), 2–złącza
odniesienia (zimne końce), 3–miliwoltomierz [1, s.110]

Typowe termopary posiadają następujące zakresy pomiarowe:

a) Cu–Ko–zakres max 350

o

C,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

32

b) Fe–Ko–zakres max 600

o

C,

c) Pt–Rh Pt–zakres max 1300

o

C,

d) V–Mo–zakres max 2100

o

C.

Bardzo ważnym elementem w podłączeniu termopary jest poprawne podłączenie

termopary do wskaźnika (miliwoltomierza). W tym celu stosuje się różne metody podłączeń,
które mają na celu prawidłowe „termostatowanie zimnych końców„. Bardzo często łączy się
termoparę

stosując

kompensację

temperatury

odniesienia.

Połączenie

termopary

z kompensatorem przedstawia rysunek 29.

Rys. 29. Schemat połączenia kompensatora z termometrem [1, s.112]

1 – czujnik, 2 – złącze odniesienia, 3 –kompensator,
4 – miliwoltomierz

Do parametrycznych czujników temperatury zaliczamy termometry rezystancyjne.

Termometry te zbudowane są z materiałów metalowych charakteryzujących się liniową
zależnością rezystancji od temperatury i dodatnim współczynnikiem temperaturowym.
Rozróżniamy termometry: Pt100, Ni100, Cu100; gdzie liczba 100 oznacza rezystancję
czujnika 100

Ω

w temperaturze 0

o

C. Istnieją ponadto termometry o ujemnym współczynniku

temperaturowym zwane termistorami–konstrukcja ich oparta jest na półprzewodnikach.
Budowę termometru rezystancyjnego przedstawia rys. 30.

Rys. 30. Budowa termometru rezystancyjnego [4, s.115] 1–płytka miki, 2–drut

rezystorowy, 3 – doprowadzenia, 4 – przekładki mikowe, 5 – taśma
metalowa, 6 – obudowa

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

33

Termometry rezystancyjne podłączane są najczęściej linią dwu lub trzy przewodową do

przetworników pomiarowych

Pirometry optyczne

Pirometrami nazywamy urządzenia do pomiarów wysokich temperatur powyżej 600

o

C.

Rozróżniamy pirometry:
–

częściowego promieniowania z ręcznym odczytem mierzonej temperatury powyżej
600

o

C,

–

całkowitego promieniowania z odczytem automatycznym.
Pirometr optyczny częściowego promieniowania posiada wewnątrz źródło światła

o regulowanym natężeniu. Pomiar temperatury polega na porównaniu barwy włókna
żarowego z barwą tła i odczytaniu temperatury z miliamperomierza wyskalowanego w

o

C.

Schemat tego pirometru przedstawia rysunek 31.

Rys. 31. Pirometr optyczny: a) budowa, b) c) d) obraz obserwowany przez lunetę

4, 1 – okular, 2 – żarówka wzorcowa, 3 – filtr, 4 – obiektyw,
5 – miliamperomierz, 6 – bateria, 7 – potencjometr, 8 – filtr zakresu
[1, s.128]

W pirometrze optycznym całkowitego promieniowania fala skupiona jest na poczernionej

płytce, do której przymocowana jest spoina termopary.

4.5.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Jak dzielimy czujniki temperatury?
2. Co jest elementem pomiarowym w czujniku dylatacyjnym?
3. Jakie znasz czujniki manometryczne?
4. Co to jest termopara?
5. Jakie mogą być czujniki rezystancyjne?
6. Jak podłączamy czujniki rezystancyjne?
7. Jak podłączamy termopary?
8. Jak działa pirometr optyczny częściowego promieniowania?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

34

4.5.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wyznacz charakterystykę statyczną termometru manometrycznego stosując jako wzorzec

termometr cieczowy. Określ błędy pomiarowe oraz klasę dokładności termometru
manometrycznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) uruchomić stanowisko pomiarowe z badanym termometrem,
2) wykonać pomiary umieszczając je w tabelach zaproponowanych przez nauczyciela.
3) przeprowadzić analizę wykonanych obliczeń ustalając czy termometr wskazuje

temperaturę zgodnie z określoną klasą dokładności.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

ultratermostat z regulacją temperatury,

–

termometr manometryczny,

–

termometr kontrolny,

–

kalkulator do obliczeń,

–

arkusze pomiarowe.

Ćwiczenie 2

Podłącz termometry rezystancyjne i termopary do wskaźników pomiarowych. Wykonaj

charakterystyki statyczne tych czujników stosując jako wzorzec termometr cieczowy.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) podłączyć czujniki rezystancyjne do wskaźników,
2) podłączyć termoelementy do wskaźników,
3) uruchomić stanowisko badawcze,
4) przeprowadzić pomiary temperatury zgodnie z wymogami instrukcji ćwiczeniowej,
5) dokonać analizy przeprowadzonych obliczeń.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

ultratermostat z regulacją temperatury,

–

termometr rezystancyjny Pt100,

–

termopara Fe–Ko,

–

wskaźniki do termometrów elektrycznych,

–

termometr wzorcowy cieczowy,

–

kalkulator do obliczeń,

–

arkusze pomiarowe.

Ćwiczenie 3

Uruchom pirometr optyczny częściowego promieniowania na stanowisku pomiarowym

oraz zmierz temperaturę włókna żarówki samochodowej dla różnych prądów żarzenia.
Schemat układu pomiarowego przedstawiono na poniższym rysunku.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

35

Rys.

do ćwiczenia 3. Schemat stanowiska do sprawdzania pirometrów: 1–opornica
suwakowa, 2 – żarówka samochodowa, 3 – pirometr optyczny, 4 – zasilacz 12V,
5 – amperomierz [2, s.87]

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) podłączyć i zestawić przyrządy na stanowisku pomiaru wysokich temperatur,
2) odczytać wskazania pirometru optycznego wpisując wyniki do tabeli,
3) przeprowadzić analizę dokładności pomiarów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

pirometr optyczny,

–

zasilacz prądu stałego–napięcie regulowane do 15V,

–

stanowisko z żarówką samochodową,

–

opornicę suwakową do 25

Ω

,

–

kalkulator do obliczeń,

–

arkusze pomiarowe.

4.5.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

dobrać termometr do pomiaru temperatury?





2)

podłączyć termometr rezystancyjny do wskaźnika?





3)

podłączyć termoparę do układu pomiarowego?





4)

uruchomić pirometr optyczny?





5)

określić błędy pomiarowe z pomiarów temperatur?





6)

określić zakres pomiarowy czujnika temperatury?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

36

4.6. Wykonywanie pomiarów czynników środowiska

4.6.1. Materiał nauczania

Pomiary wielkości ekologicznych dotyczą oceny procesów, które mają wpływ na

środowisko naturalne. Należy do nich pomiar składu chemicznego spalin, pomiar hałasu oraz
pomiary promieniowania. Ocena procesów spalania dokonywana jest przy pomocy
analizatorów. Mamy następujące rodzaje analizatorów:
–

chemiczne,

–

fizykochemiczne,

–

fizyczne.

Analizator chemiczny

Pomiary składu gazu za pomocą analizatorów chemicznych polega na wchłonięciu przez

absorbent oznaczanego składnika, ze ściśle odmierzonej objętości mieszaniny. Następnie
mierzy się pozostałą po absorpcji ilość gazu. Różnica objętości określa ilość oznaczanego
składnika w użytej próbce do pomiaru mieszaninie. Najbardziej znanym analizatorem
chemicznym jest analizator Orsata.

Rys. 33.

Schemat

analizatora

absorpcyjnego

Orsata:

1–przewód,

2–zaworki, 3 – naczynie poziomujące,4, 5, 6 – naczynia
absorpcyjne, 7 – źródło gazu, 8–zawór trójdrogowy, 9 – biureta
[2, s.95]

Umożliwia on określenie procentowej zawartości w mieszaninie gazów:

–

tlenku węgla CO,

–

dwutlenku węgla CO

2

,

–

tlenu O

2.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

37

Istnieją rozwiązania analizatorów zaopatrzone w piec do spalania, co umożliwia

określenie zawartości wodoru w mieszaninie gazów. Analizę gazu przeprowadza się w celu
oceny jakości spalania i zawartości szkodliwych gazów w atmosferze. W komorach
absorpcyjnych analizatora znajdują się substancje chemiczne pochłaniające składniki gazu
z mieszaniny:

−

roztwór KOH pochłania CO

2,

−

roztwór kwasu pyrogalusowego (pirogalol) pochłania O

2,

−

roztwór

α

–naftolemu pochłania CO.

Kiedy zawartość CO

2

w spalinach jest duża świadczy to o spalaniu zupełnym. Na rys. 33

przedstawiona jest budowa analizatora Orsata oraz pozycje zaworu trójdrogowego (8)
przełączanego podczas pomiarów.

Analizatory fizykochemiczne

Analiza gazu może się odbywać w następujących typach analizatorów:

−

elektrokonduktometryczne,

−

termochemiczne,

−

kolorymetryczne.
Analizator elektrokonduktometryczny wykorzystuje zależność pomiędzy przewodnością

elektryczną cieczy reagującej z badanym gazem, a składem chemicznym gazu. Ze względu na
konieczność przeprowadzenia reakcji chemicznej przed właściwym pomiarem, metodę
zaliczamy do fizykochemicznych.

Analizator termochemiczny działanie swoje opiera na zjawisku egzotermiczności reakcji

chemicznych. Ciepło wydzielane podczas reakcji badanego gazu z cieczą znajdującą się
w analizatorze powoduje ogrzanie cieczy. Pomiar przyrostu temperatury cieczy umożliwia
określenie zawartości danego składnika.

Analizator kolorymetryczny wykorzystuje zjawisko zabarwiania się substancji

chemicznych podczas reakcji chemicznych. Układ pomiarowy analizatora zawiera czujniki
fotoelektryczne, które reagując na zmianę natężenia światła przechodzącego przez naczynie
z cieczą wysyłają sygnał elektryczny do miernika wyskalowanego w % zawartości składnika.

Analizatory fizyczne

Wśród analizatorów fizycznych rozróżniamy analizatory:

−

oparte na zjawiskach optycznych (interferometr Jamina),

−

oparte na zjawiskach cieplnych (analizator termokonduktometryczny),

−

analizatory masowe,

−

chromatografy gazowe,

−

analizatory magnetyczne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

38

Rys. 34. Schemat elektryczny analizatora termokonduktometrycznego: 1 – drucik

platynowy, 2 – komora pomiarowa, 3 – miliamperomierz, 4 – komora
wzorcowa, [2, s.97]

Działanie analizatora termokonduktometrycznego opiera się na zjawisku przewodnictwa

ciepła. Schemat tego analizatora przedstawia rysunek 34. Czujnikami są cienkie druty
platynowe umieszczone w komorach 2 i 4. Druty nagrzewane są do temperatury ok. 200

o

C

przepływającym przez nie prądem elektrycznym. Drut platynowy czujnika 1 otoczony jest
badanym gazem, który przepływa przez komorę 2. Zamknięta komora 4 zawiera gaz
wzorcowy (najczęściej powietrze). Różnica temperatur drutów wywołana różną
przewodnością cieplną gazów spowoduje zmianę oporności obu drutów w stopniu zależnym
od składu chemicznego badanego gazu. Analizator ten wyznacza zawartość CO

2

w spalinach.

Pomiar hałasu

Do pomiaru poziomu hałasu używa się miernika poziomu głośności. Przyrząd ten składa

się z wzorcowanego mikrofonu, wzmacniacza, dzielnika napięć oraz przyrządu
wskazówkowego. Miernik jest przyrządem przenośnym, zasilanym z własnej baterii. Dzielnik
napięć oraz przyrząd wskazówkowy są wycechowane w decybelach względem poziomu
odniesienia, który odpowiada dolnej granicy słyszalności ucha ludzkiego.

Pomiary wykonuje się przez dobranie odpowiedniego zakresu dzielnika w celu

otrzymania wyraźnych wahań wskazówki przyrządu. W celu dostosowania w przybliżeniu
wyników pomiarów do krzywych słyszalności ucha ludzkiego w miernikach poziomu
głośności znajdują się korektory częstotliwości, które włącza się za pomocą odpowiedniego
przełącznika oznaczonego literami A, B, C.

W położeniu A wykonuje się pomiary dźwięków cichych, których poziom głośności nie

przekracza 55 dB, położenie B zakres 55 do 85 dB, położenie C powyżej 85 dB. Pomiary
hałasu takim miernikiem umożliwiają orientacyjną ocenę hałasu, zarówno pod względem
szkodliwości hałasu jak i ocenę głośności pracującego urządzenia. Miernik głośności
przedstawia rysunek 35.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

39

Rys. 35. Miernik głośności [www.sonopan.com.pl]

Pomiar promieniowania

Promieniowanie to wysyłanie i przenoszenie energii na odległość. Energia może być

wysyłana w postaci ciepła, światła, fal elektromagnetycznych oraz w postaci cząstek.
W naszym otoczeniu znajduje się wiele różnych źródeł promieniowania. Są źródła naturalne
jak Słońce i sztuczne, jak lampa, grzejnik, nadajnik telewizyjny czy radiowy.

Szczególnym rodzajem promieniowania jest promieniowanie jonizujące, wywołuje ono

w obojętnych atomach i cząsteczkach materii zmiany w ładunkach elektrycznych, czyli
jonizację. Promieniowanie jonizujące może mieć postać promieniowania korpuskularnego
(cząstki:

α

,

β

, neutrony) albo elektromagnetycznego (promieniowanie X, gamma).

Promieniowanie jonizujące nie oddziałuje na nasze zmysły. Wszystkie te rodzaje
promieniowania są mniej lub bardziej szkodliwe dla organizmu człowieka ze względu na to,
że powodują uszkadzanie tkanek organizmu.

Skutki biologiczne napromieniowania organizmu człowieka zależą od rodzaju

promieniowania, narządu jaki został napromieniowany i rodzaju tkanki. Miarą (uśrednioną)
uwzględniającą rodzaj promieniowania oraz rodzaj tkanki jest dawka skuteczna [Sv]. Na
terenie Polski w ciągu roku od źródeł promieniowania naturalnego organizm ludzki otrzymuje
dawkę 2,7 mSv, a ze źródeł sztucznych (głównie medycznych)–dodatkowo około 0,9 mSv.
Przy ustalaniu dawek granicznych brano pod uwagę człowieka standardowego, czyli osobę
dorosłą, o wadze 70 kg, wzroście 174 cm, pracującą 8h dzienne przez 5 dni w tygodniu,
spożywającą 1,5 kg żywności i 1,2l płynów dzienne. Jego zużycie powietrza wynosi 20 m

3

na

dobę, w tym 10 m

3

w ciągu 8h pracy. Do pomiaru wielkości napromieniowania wykorzystuje

się czujniki dozymetryczne.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

40

Rys. 36. Schemat komory jonizacyjnej

Schemat komory jonizacyjnej ilustruje najlepiej zasadę działania gazowych liczników

jonizacyjnych. Cząstka naładowana, poruszając się w gazie między elektrodami, jonizuje
atomy gazu, tracąc przy tym energię. W wyniku jonizacji w gazie wytworzone są jony
dodatnie i elektrony. Powstałe jony dodatnie przemieszczają się w polu elektrycznym
w kierunku katody, a elektrony w kierunku anody. Zebranie się ładunków na elektrodach
powoduje dodatkowy prąd w obwodzie zewnętrznym i powstanie impulsu napięciowego na
oporze RL. Impuls napięciowy może być wzmocniony i zarejestrowany oraz wyświetlony
w formie cyfrowej po wcześniejszym przeliczeniu na odpowiednie jednostki.

Do pomiaru promieniowania służą dozymetry oraz liczniki Geigera–Millera.

4.6.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Do czego służą analizatory?
2. Na jakiej zasadzie działa analizator Orsata?
3. Jakie absorbenty umieszczone są w analizatorze Orsata?
4. Jakie znasz analizatory fizykochemiczne?
5. Jak działa analizator konduktometryczny?
6. W jakich jednostkach mierzy miernik głośności?
7. Co to jest promieniowanie jonizujące?

4.6.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj analizę składu chemicznego gazów z butli gazowej za pomocą analizatora

chemicznego Orsata. Do pomiaru użyj butli z dwutlenkiem węgla. Na podstawie analizy
określ procentową zawartość badanego gazu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przygotować analizator do pomiarów,
2) przeprowadzić analizę gazu zgodnie z zasadami bezpieczeństwa,
3) dokonać analizy z wykonanych pomiarów.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

analizator chemiczny Orsata,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

41

–

butla z dwutlenkiem węgla lub inne źródło spalin,

–

kalkulator do obliczeń,

–

arkusze pomiarowe.

Ćwiczenie 2

Wykonaj

analizę

składu

chemicznego

gazu

za

pomocą

analizatora

termokonduktometrycznego. Do badań użyj tych samych gazów, których używałeś podczas
badań analizatorem Orsata.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przygotować analizator do badań,
2) przeprowadzić analizę gazu,
3) oszacować błędy pomiarowe.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

analizator termokonduktometryczny,

–

zasilacz prądu stałego–napięcie regulowane do 15 V,

–

butla z dwutlenkiem węgla lub innym gazem,

–

kalkulator do obliczeń,

–

arkusze pomiarowe.

Ćwiczenie 3

Wykonaj pomiary natężenia dźwięku (hałasu) decybelomierzem. Wykonaj te badania dla

pracującego silnika elektrycznego. Oceń badania mierząc również głośność tła.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) uruchomić miernik hałasu,
2) dobrać właściwy zakres pomiarowy,
3) ocenić szkodliwość hałasu pracujących urządzeń na podstawie norm.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

miernik pomiaru hałasu,

–

zestawy silników elektrycznych z regulowaną prędkością,

–

arkusze pomiarowe.

4.6.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

przygotować analizator Orsata do pomiarów?





2)

przeprowadzić analizę gazu?





3)

uruchomić analizator konduktometryczny?





4)

wykonać pomiar hałasu?





5)

ocenić dopuszczalne normy hałasu?





6)

określić metodę pomiaru promieniowania?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

42

4.7. Wykonywanie pomiarów wilgotności

4.7.1. Materiał nauczania

Wilgotność powietrza, czyli zawartość cząsteczek wody w powietrzu jest bardzo ważna

ze względu na korozję części metalowych. Wilgotność powietrza może być określana jako:
1. Wilgotność względna określa procentowy stosunek pary zawartej w powietrzu

do największej ilości wody, jaka w tej ilości powietrza w danych warunkach może
odparować, tworząc stan nasycenia.

2. Wilgotność bezwzględna jest to wyrażona w gramach masa wody zawarta w m

3

powietrza.

3. Temperatura punktu rosy jest parametrem pośrednim i wyraża w

o

C temperaturę, w której

przy danym ciśnieniu powstaje stan nasycenia badanego powietrza.

Pomiary wilgotności mogą odbywać się wieloma sposobami, a przyrządy do pomiaru

wilgotności nazywamy higrometrami i można je podzielić na następujące grupy:
–

higrometry higroskopowe,

–

psychrometry,

–

higrometry kondensacyjne,

–

higrometry absorpcyjne,

–

higrometry elektrokonduktancyjne,

–

higrometry pojemnościowe.

Higrometr higroskopowy

Najbardziej znanym tego typu higrometrem jest higrometr włosowy (koński włos),

stosowany do ciągłego pomiaru wilgotności względnej powietrza w zakresie 0 do 100 %
z dokładnością do 3 %. Aby zapewnić prawidłowe działanie tego higrometru powierzchnia
włosa powinna być całkowicie wolna od tłuszczu. Schemat tego higrometru przedstawia
rys. 37.

Rys. 37. Higrometr włosowy: 1 – włos, 2 – podzielnia,

3 – szybka, 4 – wskazówka, 5 – cięgno,
6 – sprężyna [1, s.284]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

43

Psychrometry

Metoda psychrometryczna polega na pomiarze różnicy temperatur wskazanych przez dwa

praktycznie jednakowe termometry, z których jeden ma zbiornik suchy, a drugi otoczony gazą
zwilżoną wodą. Parowanie tej wody powoduje obniżenie temperatury termometru. Różnica
temperatur obu termometrów

∆

t (w stanie ustalonym), czyli różnica psychrometryczna, jest

zależna od wilgotności. Do wyznaczenia z psychrometru wartości wilgotności służą tablice
psychrometryczne, z których na podstawie odczytu temperatur termometru suchego i różnicy
psychrometrycznej odczytujemy wilgotność w %.

Rozróżniamy dwa typy psychrometrów:

–

psychrometr Augusta; bez wymuszonego przepływu powietrza,

–

psychrometr Assmana (aspiracyjny); z wymuszonym przepływem powietrza.
Na rysunkach 38 i 39 przedstawiono oba psychrometry, a tabela 2 przedstawia tablicę do

odczytania wilgotności względnej.

Rys. 38. Psychrometr Assmana

Rys. 39. Psychrometr Augusta

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

44

Tabela 2. Tablica psychrometryczna

Różnica psychrometryczna

∆

t

o

C

Temperatura

suchego

termometru

t

o

C

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

–10

67

35

–8

71

43

15

–6

74

49

25

–4

77

55

33

12

–2

79

60

40

22

0

81

64

46

29

13

2

84

68

52

37

22

7

4

85

71

57

43

29

16

6

86

73

60

48

35

24

11

8

87

75

63

51

40

29

19

8

10

88

77

66

55

44

34

24

15

6

12

89

78

68

58

45

39

29

21

12

14

90

79

70

60

51

42

34

26

18

10

16

90

81

71

63

54

46

38

30

23

15

18

91

82

73

65

57

49

41

34

27

20

20

91

83

74

66

59

51

44

37

31

24

22

92

83

76

68

61

54

47

40

34

28

24

92

84

77

69

62

56

49

43

37

31

26

93

85

78

71

64

58

51

46

40

34

28

93

85

78

71

65

59

53

48

42

37

30

93

86

79

73

67

61

55

50

44

40

32

93

86

80

74

68

62

57

51

46

41

34

94

87

81

75

69

63

58

53

48

43

36

94

87

81

75

70

64

59

54

50

45

38

94

88

82

76

71

66

61

56

51

47

40

94

88

82

77

72

67

62

57

53

48

Higrometr kondensacyjny

Higrometry takie działają na podstawie skraplania się pary wodnej przy różnej

wilgotności powietrza. Schemat automatycznego higrometru kondensacyjnego przedstawia
rysunek 40.

Rys. 40. Automatyczny higrometr kondensacyjny: 1 – żarówka, 2 – fotoopornik,

3–zwierciadło, 4 – termoelement pomiarowy, 5 – termoelement,
6 – wzmacniacz, 7 – miernik, 8 – przekaźnik, 9 – zasilanie,
10 – termoelement pomiarowy [1, s.290]

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

45

Urządzeniem ochładzającym powietrze w celu wywołania kondensacji jest termoelement

(5). Działanie jego opiera się na odwracalności zjawiska termoelektrycznego. Jeżeli przez
termoelement przepłynie prąd z obcego źródła (9), to temperatura termoelementu ulegnie
zmianie. Kierunek zmiany będzie zależał od kierunku przepływu prądu. Zmianę kierunku
przepływu prądu dokonuje przekaźnik (8). Gdy przez uzwojenie przekaźnika przepływa prąd,
styki znajdują się w górnym położeniu, a termoelement (5) zasilany jest prądem
o biegunowości zaznaczonej na rysunku 40. Ten kierunek prądu powoduje obniżenie
temperatury termoelementu. W pewnym momencie temperatura zwierciadła (3) obniży się, aż
nastąpi kondensacja pary wodnej, a samo zwierciadło pokryje się mgiełką. Wskutek tego
wiązka światła padająca na zwierciadło z oświetlacza (1) ulegnie rozproszeniu. Zmniejszy się
zatem strumień świetlny dochodzący do fotoopornika (2). Oporność jego gwałtownie
wzrośnie, co spowoduje poprzez wzmacniacz (6) zanik prądu sterującego przekaźnikiem (8).
Styki przekaźnika przemieszczą się w dolne położenie i zmieni się kierunek prądu płynącego
przez termoelement powodując nagrzanie zwierciadła (3). W opisany sposób temperatura
zwierciadła utrzymywana będzie cały czas na pograniczu kondensacji–będzie, więc
odpowiadać wilgotności powietrza.

Higrometr absorpcyjny

Higrometry te stosowane są jako przyrządy wzorcowe do badania wilgotności powietrza.

Określenie wilgotności odbywa się metodą wagową. Mierzony jest przyrost masy substancji
pochłaniającej wilgoć, przez którą przepływa określona objętość badanego powietrza.
Substancją absorbującą jest najczęściej pięciotlenek fosforu. Schemat higrometru przedstawia
rysunek 41

Rys. 41.

Higrometr absorpcyjny: 1 – absorber, 2 – nawilżacz, 3 – zbiornik [1, s.292]

Substancja pochłaniająca wilgoć znajduje się w absorberze (1), połączonym przewodem

z miejscem poboru powietrza do analizy. Pod wpływem podciśnienia wywołanego
wypływem wody ze zbiornika (3) powietrze zasysane jest do absorbentów, a stąd przez
nawilżacz (2) dostaje się do zbiornika. Objętość wody, jaka ze zbiornika wypłynęła,
odpowiada objętości zassanego powietrza przy uwzględnieniu zmiany ciśnienia i temperatury
powietrza. Po zassaniu pewnej ilości powietrza określa się–przez dokładne ważenie–przyrost
masy absorberów

∆

m. Absorbery są w tym celu odłączane od przyrządu. Następnie określa

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

46

się objętość powietrza V, jaka przepłynęła przez absorbery. Wilgotność bezwzględną oblicza
się wg wzoru:

V

Δm

a

=

gdzie:
a

–wilgotność bezwzględna [g/m

3

],

∆

m –przyrost masy absorbentów [g],

V –objętość powietrza [m

3

].

Higrometry elektryczne

Działanie tych higrometrów opiera się na zmianie właściwości elektrycznych ciał pod

wpływem wilgoci w nich zawartej. Najczęściej są to zmiany rezystancji lub zmiany
przenikalności elektrycznej. W tej grupie higrometrów dominują higrometry rezystancyjne
i pojemnościowe. Pomiary wilgotności tymi higrometrami najczęściej dotyczą wilgotności
ciał stałych (np. ziarna zbóż, piasku).

4.7.2. Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1. Co to jest wilgotność?
2. Jakie znasz metody pomiaru wilgotności?
3. Czym różni się psychrometr Augusta od Assmana?
4. Na czym polega działanie higrometru kondensacyjnego?
5. Co mierzy higrometr absorpcyjny?

4.7.3. Ćwiczenia

Ćwiczenie1

Wykonaj pomiary wilgotności otaczającego powietrza za pomocą psychrometru

aspiracyjnego Assmana oraz za pomocą higrometru włosowego. Włączając w pomieszczeniu
nawilżacz wykonaj pomiary dla różnych warunków otoczenia.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przygotować psychrometr do pomiarów,
2) przygotować higrometr,
3) zmierzyć higrometrem wilgotność,
4) odczytać wskazania termometrów oraz posługując się nomogramem określić wilgotność

względną,

5) dokonać analizy z wykonanych pomiarów higrometrem i psychrometrem.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

psychrometr Assmana,

–

higrometr włosowy,

–

nawilżacz powietrza.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

47

Ćwiczenie 2

Wykonaj

pomiary

wilgotności

automatycznym

higrometrem

kondensacyjnym.

Zmieniając wilgotność powietrza nawilżaczem wykonaj pomiary dla zmieniających się
warunków otoczenia.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1) przygotować higrometr kondensacyjny do pomiarów,
2) odczytać wskazania wilgotności względnej,
3) dokonać analizy z wykonanych pomiarów higrometrem.

Wyposażenie stanowiska pracy:

–

higrometr kondensacyjny,

–

nawilżacz powietrza,

–

arkusze pomiarowe.

4.7.4. Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

zdefiniować pojęcia wilgotności?





2)

określić metody pomiaru wilgotności?





3)

uruchomić psychrometry?





4)

pomierzyć wilgotność higrometrem kondensacyjnym?





5)

dokonać analizy metod pomiarowych?





„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

48

5. SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1. Przeczytaj uważnie instrukcję.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Udzielaj odpowiedzi tylko na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej

rubryce znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem
a następnie ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

5. Test zawiera 20 zadań. Do każdego zadania dołączone są 4 możliwości odpowiedzi.

Tylko jedna jest prawdziwa.

6. Pracuj samodzielnie, gdyż tylko wówczas będziesz miał satysfakcję z wykonanego

zadania.

7. Jeśli udzielanie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie

na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci czas wolny.

8. Na rozwiązanie testu masz 35 minut.

Powodzenia!

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

49

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1. Klasa dokładności wyrażona jest w

a) milimetrach.
b) procentach.
c) jednostkach mierzonych.
d) promilach.

2. Wybierając aparaturę do pomiarów laboratoryjnych kierujemy się

a) producentem i ceną.
b) klasą dokładności i parametrem mierzonym.
c) wymiarami przyrządu.
d) wyglądem zewnętrznym.

3. Psychrometr Assmana mierzy

a) ciśnienie otoczenia.
b) różnicę temperatur.
c) wilgotność względną.
d) psychikę ucznia.

4. Pomiar poziomu cieczy metodą „bąbelkową„ polega na

a) zmianie temperatury otoczenia,
b) zmianie przepływu wody.
c) zmianie ciśnienia słupa cieczy.
d) zastosowaniu specjalnego gazu.

5. Zwężki pomiarowe służą do pomiaru

a) długości rury,
b) wysokości tłoczenia.
c) głębokości przewężenia.
d) natężenia przepływu.

6. Legalizacja manometru polega na

a) sprawdzeniu wymiarów manometru badanego.
b) sprawdzeniu wytrzymałości manometru.
c) sprawdzeniu klasy dokładności z manometrem wzorcowym.
d) sprawdzeniu ciężaru manometru.

7. Mikromanometr mierzy

a) ciśnienie i temperaturę.
b) ciśnienie i różnicę ciśnień.
c) poziom cieczy.
d) przepływ i ciśnienie.

8. Termometr dylatacyjny opiera swoje działanie na

a) wydłużeniu względnym ciała stałego.
b) rozszerzalności cieczy.
c) rozszerzalności gazu.
d) rozszerzalności cieczy i gazu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

50

9. Liczba 100 w oznaczeniu termometru Pt100 wyraża

a) 100

o

C przy rezystancji 0

Ω

.

b) 100

Ω

w temperaturze 100

o

C.

c) 100

Ω

w temperaturze 0

o

C.

d) 100

o

C przy rezystancji 100

Ω

.

10. Działanie termopary zależy od

a) długości przewodów,
b) średnicy przewodów termoelementu.
c) różnicy temperatur pomiędzy „gorącym” i „zimnymi końcami”.
d) zasilania elektrycznego termoelementu.

11. Pirometr optyczny mierzy temperaturę

a) otoczenia.
b) w lodówce.
c) w rozgrzanym piecu.
d) w rurociągu.

12. Aparat Orsata stosuje następujące absorbery

a) kwas solny, KOH, wodę.
b) wodę, kwas octowy, KOH.
c) KOH, pirogalol i

α

–naftol.

d) jodynę, KOH, kwas siarkowy.

13. Analizator Orsata umożliwia wyznaczenie zawartości

a) N, H

2

O, CO w spalinach.

b) S, CO, H

2

O w spalinach.

c) CO, CO

2

, O

2

w spalinach.

d) CO

2

, S, N w spalinach.

14. Analizator termokonduktometryczny wyznacza

a) CO w spalinach.
b) N w spalinach.
c) CO

2

w spalinach.

d) H w spalinach.

15. Jaki

powinien

być

strumień

wypływu

gazu

na

rotametrze

analizatora

termokonduktometrycznego:
a) 1 dm

3

/s.

b) 0,5 dm

3

/s.

c) 0,03 dm

3

/s.

d) 0,1 dm

3

/s.

16. Poziom hałasu mierzony miernikiem odniesiony jest do poziomu:

a) morza.
b) tła.
c) ciśnienia.
d) temperatury.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

51

17. 1 bar to:

a) 100 kPa.
b) 0,1 kPa.
c) 1 MPa.
d) 100 hPa.

18. Jeżeli ocena spalin wykazała wyraźny nadmiar CO

2

w spalinach nad CO; to spalanie

określamy jako
a) zupełne.
b) niezupełne.
c) częściowe.
d) niewłaściwe.

19. Liczba Reynoldsa określa następujący rodzaj przepływu

a) spokojny.
b) niespokojny.
c) laminarny i burzliwy.
d) szybki.

20. Dokonując przeglądu przyrządu pomiarowego zwracamy uwagę na

a) kolor obudowy.
b) ważność legalizacji oraz elementy konserwacji przyrządu.
c) wymiary przyrządu.
d) wagę przyrządu.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

52

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko..........................................................................................

Wykonywanie pomiarów przemysłowych

Zakreśl poprawną odpowiedź.

Nr

zadania

Odpowiedź

Punkty

1

a

b

c

d

2

a

b

c

d

3

a

b

c

d

4

a

b

c

d

5

a

b

c

d

6

a

b

c

d

7

a

b

c

d

8

a

b

c

d

9

a

b

c

d

10

a

b

c

d

11

a

b

c

d

12

a

b

c

d

13

a

b

c

d

14

a

b

c

d

15

a

b

c

d

16

a

b

c

d

17

a

b

c

d

18

a

b

c

d

19

a

b

c

d

20

a

b

c

d

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

53

6. LITERATURA

1. Dąbrowski A.: Konstrukcja przyrządów precyzyjnych. WSiP, Warszawa 1994
2. Dąbrowski A.: Pracownia techniczna mechaniki precyzyjnej. WSiP, Warszawa 1985
3. Kamiński L.: Technologia i pomiary dla ZSZ. WSiP, Warszawa 1985
4. Komor Z.: Pracownia automatyki. WSiP, Warszawa 1996
5. Kostro J.: Elementy, urządzenia i układy automatyki. WSiP, Warszawa 1994
6. Rozporządzenia i normy z zakresu bezpieczeństwa i higieny pracy

Czasopisma specjalistyczne:

−

Mechanik,

−

Przegląd mechaniczny,

−

Bezpieczeństwo Pracy,

−

Maszyny technologie materiały,

−

Elektronika Praktyczna,

−

Elektronika,

−

Pomiary Automatyka Kontrola,

−

Pomiary Automatyka Robotyka.