Pawlak Konrad 233633

ĆWICZENIE 6

Pomiary ciśnień i przepływów w gazach.

1. Wstęp

Celem ćwiczenia było przeprowadzenie pomiarów ciśnień oraz przepływów w gazach, zapoznając się przy tym ze zjawiskiem piezorezystancyjnym oraz jego zastosowaniem w wyżej pomiarach. Zjawisko piezorezystancyjne jest zjawiskiem kinetycznym polegającym na zmianie oporności półprzewodnika pod wpływem przyłożonych z zewnątrz sił powodujących jego odkształcenie.

Na podstawie znajomości ciśnienia gazu można wyliczyć jego prędkość z równania Bernoulliego:

Wzór 1:

gdzie:

ρ -gęstość płynu

oraz zakładając ciągłość przepływu:

Wzór 2:

można wyznaczyć zależność:

Wzór 3:

gdzie:

A1 i A2 – przekroje rur;

p1 i p2 – ciśnienia w odpowiednich częściach układu;

Strumień przepływającej cieczy (gazu) można wyznaczyć z zależności:

Wzór 4:

2. Kalibracja.

Do skalibrowania układu wykonano pomiary przy pomocy obu czujników używając ciśnienia, którego parametry były znane. Przetwornik 1 znajdował się przed zwężką, drugi zaś na niej. Wyniki pomiarów kalibracyjnych zostały zebrane w Tabeli 1.

Tabela 1: Dane kalibracyjne.

Uzyskane wartości wprowadzono do programu Origin i zrobiono dopasowanie liniowe, aby otrzymać współczynniki kalibracyjne, które następnie wprowadzono do programu pomiarowego, by wynik był podawany w kiloPascalach a nie w jednostkach pomiarowych przetwornika.

Wykres 1: Dopasowanie współczynników kalibracyjnych ADC 1

A= -0,070 ± 0,002

B= -1,350 ±1,150

Dla przetwornika drugiego, na zwężce:

Wykres 2: Dopasowanie współczynników kalibracyjnych ADC 2

A= -0,064 ± 0,006

B= -41,900 ±1,709

3. Test poprawności działania skalibrowanego układu:

W celu sprawdzenia poprawności kalibracji przeprowadziłem dodatkowe trzy pomiary, z uwzględnieniem otrzymanych współczynników A i B, których wyniki zebrałem w poniższej tabeli.

Tabela 2: Wyniki pomiarów skalibrowanym układem.

Na podstawie otrzymanych wyników mogę wnioskować, że kalibracja została przeprowadzona poprawnie, odchylenia były niewielkie i wynikały zapewne z niedokładności analogowego manometru.

4.Pomiar prędkości przepływu powietrza

Głównym celem ćwiczenia był pomiar prędkości przepływu powietrza przez czujnik w dwóch przypadkach. W przypadku braku zastosowania tłumika, oraz wraz z zastosowaniem tłumika, jako który służyła dokręcana rurka.

W tym celu odnotowano wskazania obydwu czujników dla zadanego ciśnienia, następnie korzystając z podanych w instrukcji przekrojów rurek – 3,2mm oraz 10mm, oraz założenia gęstości powietrza 1,185 kg/m³, skorzystano ze wzoru 3 w celu obliczenia prędkości przepływu V₁. Następnie ze wzoru 2 wyznaczono wartość V₂. Strumień przepływającego powietrza wyznaczono z zależności 4. Wyniki zostały zebrane w tabelach numer 3 oraz 4.

A₁ = π*((3,2*10^(-3))/2)^2 = 0,00007854 m²

A₂ = π*((10*10^(-3))/2)^2 = 0,000008042 m²

Tabela 3. Prędkości oraz strumień przepływu bez tłumika.

Ciśnienie [kPa]	10	20	30	40
P1 [Pa]	7.91	9.69	20.03	30.34
P2 [Pa]	-1.98	-2.46	-2.81	-3.36
V1 [m/s]	0.42054825	0.46612868	0.63909547	0.77630545
V2 [m/s]	4.10716982	4.55231865	6.24155159	7.58157551
Q [m^3]	0.00003303	0.00003661	0.00005019	0.00006097

Tabela 4. Prędkości oraz strumień przepływu z tłumikiem.

Ciśnienie [kPa]	10	20	30	40
P1 [Pa]	8.73	9.82	21.86	31.11
P2 [Pa]	4.37	4.71	7.64	5.52
V1 [m/s]	0.27922926	0.30229303	0.50427505	0.67647668
V2 [m/s]	2.72701646	2.95226246	4.92486480	6.60662502
Q [m^3]	0.00002193	0.00002374	0.00003961	0.00005313

5.Wnioski

Pomiary potwierdziły przypuszczenie, że im większe ciśnienie gazu, tym większa będzie prędkość jego przepływu. Można zauważyć, że w każdym przypadku prędkość gazu w zwężce była około dziesięciokrotnie większa niż przed zwężką. Ciężko stwierdzić cokolwiek na temat dokładności pomiarów, ponieważ nie wiadomo nic o dokładności manometru, który był urządzeniem analogowym i ciężko było uzyskać precyzyjne wartości. Niewątpliwie wpływ na wyniki miała również zmiana ciśnienia gazu w trakcie trwania jego przepływu przez układ.