ZAKRES EGZAMINU
DYPLOMOWEGO

Zagadnienia eksploatacyjne
(Zakres 3.1 )

3.1 Metody pomiaru temperatury,
ciśnienia i przepływu płynu

•

3.1.1 – Pomiar ciśnienia

•

3.1.1.1 – Przyrządy pomiarowe

•

3.1.1.2 – Pomiar ciśnienia

•

3.1.1.3 – Sprawdzenie dokładności przyrządów

•

3.1.2 – Pomiar temperatury

•

3.1.2.1 – Podstawowe pojęcia

•

3.1.2.2 – Przyrządy do pomiaru temperatury

•

3.1.2.3 – Sposoby pomiaru

•

3.1.3 – Pomiar przepływu płynu

3.1.1 Pomiar ciśnienia

3.1.1.1 Przyrządy do pomiaru ciśnienia

Przyrząd

Opis działania

Wygląd

Manometr cieczowy

Urządzenie wypełnione cieczką,
która pod wpływem nacisku
słupa innej cieczy lub substancji
poprzez zmianę położenia
obrazuje zmianę ciśnienia

Manometr tłokowy

Urządzenie przypominające
wagę z tłokiem, zegarem i
wypełnione w środku płynem.
Obciążenie tłoka powoduje
działanie sił ciężkości widocznych
na zegarze poprzez płyn.

Manometr sprężysty

Urządzenie działające na
zasadzie odkształcenia różnego
rodzaju elementów o
własnościach sprężystych pod
wpływem siły wywołanej przez
ciśnienie. Do elementu podłącza
się wskazówkę zegara.

Przyrząd

Opis działania

Wygląd

Elektryczny

Czujnik wykorzystujący zmianę
pewnych własności ciała pod
wpływem działania ciśnienia.
Zmiana wielkości zostaje
zamieniona na sygnał
elektryczny.

Klasa niedokładności – liczba równa dopuszczalnemu błędowi względnemu
przyrządu, gdzie błąd jest wyrażony w % i odniesiony do zakresu
pomiarowego
Błąd graniczny g =
Klasa niedokładności:

 

Laboratoryjne

Przemysłowe

Kotłowe

0,02

1,0

1,0

0,05

1,5

1,5

0,10

1,6

1,6

0,20

2,5

0,50

4,6

3.1.1.2 Pomiar ciśnienia – podstawowe pojęcia

Ciśnienie – stosunek siły wywieranej przez płyn na powierzchnię
danej powierzchni do pola tej powierzchni. Jednostką jest P [paskal].
Ciśnieni (siła ciężkości) – ciśnienie wywoływane siłą ciężkości słupa
płynu o jednorodnej gęstości i wysokości h na jednostkę powierzchni.
p =
Ciśnienie płynu w ruchu ustalonym () – suma ciśnień płynu, zwane
całkowitym
Ciśnienie statyczne () – ciśnienie, które oddziałuje na przyrząd
pomiarowy poruszający się z prędkością strumienia przepływjącego
płynu (hipotetycznie)
Ciśnienie dynamiczne () – przyrost ciśnienia na płaszczyźnie
prostopadłej do kierunku przepływu strumienia i wyhamowującego
całkowicie ten przepływ.
= +
=

•

 

Rodzaje ciśnień w powiązaniu z poziomem odniesienia
1) Ciśnienie bezwzględne (atmosferyczne )
Ciśnienie mierzone w porównaniu z próżnią
2) Ciśnienie absolutne atmosferyczne
(barometryczne)
Przedstawia nacisk atmosfery na powierzchnię
Ziemi.
3) Nadciśnienie
Ciśnienie wyższe od poziomu odniesienia
4) Podciśnienie
Ciśnienie niższe od poziomu odniesienia.
W wielu urządzeniach technicznych poziom odniesienia odnosi się do
wartości ciśnienia barometrycznego panującego aktualnie w miejscu
dokonywanie pomiaru.

•

 

3.1.1.3 Sprawdzenie dokładności

1) Praska Ruchholz’a – metoda bezpośrednia wzorcowania
manometrów
Urządzenie wyposażone w manometr tłokowy, wpust na manometr
badany oraz wyplenione płynem. Obciążanie manometru tłokowego
wzorcowymi obciążnikami powoduje działanie siły ciężkości, która
wywiera nacisk na płyn, a zmiana ciśnienia płynu uwidacznia się na
manometrze badanym pod wpływem parcia płynu. Po kilku
pomiarach porównujemy wyniki.
2) Prasa hydrauliczna – metoda pośrednia wzorcowania manometrów
Urządzenie wyposażone w prasę i dwa wpusty umożliwiające
zamontowanie manometrów: sprawdzający i badany. Ruch tłoka
powoduje wystąpienie parcia na płyn przez zmianę objętości. Zmiana
parametrów ciśnienia uwidacznia się na manometrach. Dla każdej
zmiany tłoka odczytujemy pomiary i porównujemy je ze sobą.

3.1.2 Pomiar temperatury

3.1.2.1 Podstawowe pojęcia

•

Temperatura – parametr określający stopień ogrzania ciała, zależny
od średniej energii kinetycznej cząstek tego ciała

•

Pomiar temperatury – pośrednie sposób pomiaru polegający na
pomiarze innych wielkości fizycznych ciała jednoznacznie zależnych
od zmiany temperatury i dających się łatwo zmierzyć

•

Rodzaje pomiarów temperatury:

•

1) stykowy

•

Wymiana ciepła między badanym obiektem i dotykającym go
bezpośrednio czujnikiem

•

2) Bezstykowy

•

Określenie temperatury na odległość poprzez pomiar wielkość
umożliwiającej odczytanie temperatury bez konieczność
bezpośredniego dotyku przez czujnik

Skala

temperatury

Symbol/

jednostka

Krótki opis

Najważniejsz

e punkty

Celsjusza

C []

Opiera się na
założeniu , że
zależność
rozszerzalności
objętościowej cieczy i
temperatura jest
liniowa. Stopień to
1/100 obszaru między
najważniejszymi
punktami

0 - temperatura
topnienia lodu
100 - temperatura
wrzenia wody (p =
760 mm Hg)

Kelwina

K [K]

Oparta na II zasadzie
termodynamiki i
niezależności od
właściwości
fizycznych ciała.

273,16K – punkt
potrójny (woda w
jednym punkcie w
trzech stanach
skupienia)
0K – temperatura
najniższa do
osiągniecia (panuje w
próżni) – ustanie
wszelkich drgań
cząsteczek

Fahrenheita

F []

Skala temperatury
popularna w krajach
anglosaskich np. USA

- 32,7 - temperatura

topnienia lodu

212 temperatura
topnienia lodu

Skala

temperatury

Symbol/

jednostka

Krótki opis

Najważniejsz

e punkty

Celsjusza

Opiera się na
założeniu , że
zależność
rozszerzalności
objętościowej cieczy i
temperatura jest
liniowa. Stopień to
1/100 obszaru między
najważniejszymi
punktami

Kelwina

K [K]

Oparta na II zasadzie
termodynamiki i
niezależności od
właściwości
fizycznych ciała.

273,16K – punkt
potrójny (woda w
jednym punkcie w
trzech stanach
skupienia)
0K – temperatura
najniższa do
osiągniecia (panuje w
próżni) – ustanie
wszelkich drgań
cząsteczek

Fahrenheita

Skala temperatury
popularna w krajach
anglosaskich np. USA

3.1.2.2 Podział przyrządów do pomiaru temperatury

•

1) Nieelektryczne

•

2) Elektryczne

Przyrząd

Wielkość mierzona

Dylatacyjne, bimetaliczne

Zmiana długości

Ultradźwiękowe

Drgania akustyczne

Cieczowe (szklane, manometryczne)

Zmiana objętości cieczy

Manometryczne

Zmiana ciśnienia gazu

Światłowodowe, pirometry ręczne

Promieniowanie elektromagnetyczne
widzialne

Przyrząd

Wielkość mierzona

Pirometry samoczynne

Zmiana napięcia lub natężenie prądu

Kwarcowe

Zmiana częstotliwości

Termoelektryczne

Zmiana napięcia lub natężenie prądu

Tranzystorowe, krzemowe,
rezystancyjne, termistorowe

Zmiana rezystancji

3.1.2.3 Sposoby pomiaru temperatury

•

1) Termoelement

•

Najpopularniejszy przyrząd do pomiaru temperatury dzięki
szerokiemu zakresowi pomiarowemu, możliwości pomiarów
punktowych i dużą liczbą wkonań specjalnych.

•

Przepływ prądu w obwodzie zamkniętym utworzonym przez dwa
różne metale. Przepływ następuje dzięki różnicy temperatur spoin.
Jeżeli obwód otworzono to na końcu otrzymano siłę
termoelektryczną zależną od temperatury i rodzaju użytych metali.
Spoina odniesienia powinna mieć stałą temperaturę, a spoina
mierzona zmienną. Różnica temperatur spoin powoduje powstanie
różnicy potencjałów – napięcie termoelektryczne – mierzonego za
pomocą woltomierza podłączonego do układu. Znając napięcie w
oparciu o oznaczony rodzaj termoelementu odczytujemy
charakterystykę zależności napięcia od temperatury.

•

2) Układ Lindeck’a

•

Układ służący do pomiaru temperatury za pomocą termoelementu
metodą kompensacji (niwelacje skutków działania obiektu
mierzonego detektora). Na oporniku o zmiennej rezystancji ()
ustalono opór tak aby galwanometr wskazywał brak przepływu
prądu w obwodzie termoelementu. Napięcie w układzie równe jest
iloczynowi rezystancji wzorcowej R oraz wartości natężenie prądu I –
mierzonego miliamperomierzem.

•

U = E = RI gdzie R = 1

•

Pomiar temperatury termoelementem metodą wychylenia jest
obarczony błędem wynikającym z oporności termoelementu,
przewodów łączących i miernika:

•

U = E =

•

Im większa oporność miernika tym dokładniejszy jego pomiar.

•

 

•

3) Pirometr

•

Pomiar polegający na określeniu parametrów energii termicznej
wypromieniowanej prze obiekt mierzony. Opiera się na prawach:
Plancka, Wien’a i Stefan’a – Boltzmann’a dla promenowania ciał
rzeczywistych. Praktycznie wykorzystuje się promieniowanie
widzialne i podczerwone.

3.1.3 Pomiar przepływu płynu

•

1) Rotametr

•

Przepływomierz o zmiennym przekroju służącym do pomiaru natężenia

•

przepływu. Ruch płynu powoduje unoszenie pływaka do położenia,

•

w którym zrównoważą się działające nań siły (siła ciężkości pływaka,

•

siła tarcia przepływającego płynu o powierzchnię boczną pływaka i

•

siła wyporu). Wartość mierzonego natężenia przepływu wskazuje górna

•

krawędź pływaka. Można przekształcić natężenie na sygnał elektryczny.
Rotametr dający możliwość przesyłania sygnału na odległość nazywa się
telerotametrem.

•

2) Przepływomierz błonkowy

•

Działanie oparte na optycznej detekcji przesunięcia „bańki mydlanej”

•

w rurce o dokładnie określonej objętości. Znajomość objętości rurki

•

i czas przejścia „bańki mydlanej "pozwala na dokładne określenie przepływu.

•

Czas mierzy się elektronicznie. Stosowany do współpracy z chromato-

•

grafem gazowym kalibracji rotametrów lub innych przepływomierzy

•

czy aspiratorów.

•

3) Przepływomierz oscylacyjny – podział

•

A) Strumieniowe

•

- wirowe, z wirem precesyjnym, z wykorzystaniem efektu Candy

•

B) Mechaniczne

•

- z magnesem i cewką elektromagnetyczną, z hallotronowym
czujnikiem częstotliwości drgań

•

4) Przepływomierz oscylacyjny wirowy

•

Częstotliwość spływu wirów inicjowane jest

•

wirami Karmena. Powstają przy opływie

•

umieszczonej w strudze płynu w wyniku

•

okresowego odrywania się warstw

•

przyściennych od przegrody. Wiry powstają

•

powyżej liczby Re określonej jako krytyczna.

•

Wykorzystanie zjawiska generacji wirów na

•

elemencie umieszczonym w przepływającej strudze.

•

5)Przepływomierz oscylacyjny z wirem precesyjnym

•

Wymuszenie zawirowania strugi wokół osi środkowej przewodu
poprzez zastosowanie nieruchomego elementu o kształcie turbiny.

•

6) Przepływomierz oscylacyjny z wykorzystaniem efektu Coandy

•

7) Przepływomierz oscylacyjny mechaniczny

•

Do pomiarów czystych lub słabo zanieczyszczonych cieczy i gazów.
Zasada działania polega na odpowiednim ukształtowaniu strug
napływowych rozdzielaczem strugi umieszczonym w
przepływającym płynie i wykorzystywaniu ich energii do pobudzenia
drgań mechanicznego oscylatora.