Kontrola emisji zanieczyszczeń ćwiczenie laboratoryjne nr 2
Zakład Miernictwa i Ochrony Atmosfery dr inż. Maria Mazur Wrocław, 2012/2013
2. WZORCOWANIE RÓZNICOWYCH SOND CIŚNIENIOWYCH
SPECJALNEJ KONSTRUKCJI
2.1. CEL ĆWICZENIA
Celem ćwiczenia jest wyznaczenie liczby kształtu B oraz stałej wzorcowania K sondy specjalnej
typu S i sondy walcowej w pomiarze porównawczym przy użyciu sondy znormalizowanej typu L.
2.2. CHARAKTERYSTYKA PRZYRZĄDÓW POMIAROWYCH
2.2.1. Sonda typu L
Według Prandtla „w jednostajnym
przepływie płynu z prędkością w,
jeżeli znajdzie się przeszkoda w
postaci
ciała
zanurzonego,
to
wówczas bezpośrednio przed nią
następuje spiętrzenie przepływu oraz
opływ rozdzielonych strug gazu
dookoła tej przeszkody”.
Ta prosta obserwacja posłużyła do opracowania metody pomiarowej pozwalającej na wyznaczenie
prędkości przepływu płynu za pomocą wprowadzonej do strugi sondy, nazwanej na cześć
wynalazcy „rurką Prandtla” a w krajach anglosaskich znanej jako rurka Pitota.
Odpowiednia lokalizacja otworów impulsowych do odbioru ciśnienia na pobocznicy sondy (rys. 1)
sprawia, że odbiera się nimi ciśnienie statyczne. Otworem czołowym odbiera się ciśnienie
całkowite będące sumą statycznego i dynamicznego. Mierząc różnicę ciśnienia całkowitego i
statycznego otrzymuje się wartość ciśnienia dynamicznego. Prędkość gazu w oblicza się ze wzoru
d
P
2
w
, m/s, (1)
gdzie: P
d
– ciśnienie dynamiczne, Pa
- gęstość gazu, kg/m
3
Wydłużony kształt głowicy znormalizowanej sondy typu L sprawia problemy przy wprowadzaniu
jej przez króciec pomiarowy do wnętrza kanału. W praktyce pomiarowej chętnie stosuje się sondy
L o skróconej głowicy, co zgodnie z zapewnieniem producenta nie wpływa na wynik pomiaru.
Zasadniczo jednak powinno się ten fakt potwierdzić badaniami.
Rys. 2.1. Rozkład ciśnienia przy opływie
rurki sondy typu L
Kontrola emisji zanieczyszczeń ćwiczenie laboratoryjne nr 2
Zakład Miernictwa i Ochrony Atmosfery dr inż. Maria Mazur Wrocław, 2012/2013
2.2.2. Sonda typu S i sonda walcowa
Kształt sondy typu L uniemożliwia jej ulokowanie w grubościennych kanałach przepływowych (np.
murowanych). Alternatywą są różnego typu sondy specjalne (rys. 2.2) , spośród których najlepsze
własności metrologiczne cechują sondę typu S.
Miarą prędkości gazu jest różnica ciśnień mierzonych po stronie napływu gazu na czujnik sondy i
po stronie przeciwnej, zwana ciśnieniem spiętrzenia. Prędkość gazu w wyznaczana jest ze wzoru
B
P
2
w
, m/s, (2)
gdzie:
P – ciśnienie spiętrzenia mierzone jako różnica ciśnień, Pa
- gęstość gazu, kg/m
3
B – liczba kształtu sondy, zdefiniowana jako
d
P
P
B
. (3)
W praktyce pomiarowej do równania (2) wprowadza się współczynnik kalibracyjny K
B
2
K
(4)
czyli
P
K
w
(5)
2.3. KOMENTARZ DO ĆWICZENIA
W wykonywanym ćwiczeniu za wzorcowy przyrząd pomiarowy uznaje się sondę typu L. Gazem
przepływającym kanałem pomiarowym jest powietrze o gęstości umownej przyjętej jako
u
= 1,293
kg/m
3
. Średnia wartość liczby kształtu B sondy typu S i sondy walcowej wyznacza się jako
min
max
P
P
sr
P
P
)
P
(
B
B
ma x
min
(6)
gdzie B(
P) – jest funkcją wyznaczoną doświadczalnie w badanym zakresie prędkości, któremu
odpowiadają zmierzone wartości p
di
i
P
i
. Wartość współczynnika kalibracyjnego K badanej sondy
specjalnej oblicza się dla średniej wartości liczby kształtu B
śr
.
Rys. 2.2. Różnicowe sondy
ciśnieniowe specjalnej konstrukcji
(zaznaczone na rysunku ciśnienie
p
st
należy traktować jako ciśnienie
quasistatyczne - odmiennie niż w
przypadku sondy L):
a) sonda typu S
(l
1
= l
2
, 3 mm
d
w
8 mm),
b) sonda walcowa
(l =0,5 d
z
, d
w
= (1/5
1/7), d
z
3 mm)
a)
b)
a)
b)
Kontrola emisji zanieczyszczeń ćwiczenie laboratoryjne nr 2
Zakład Miernictwa i Ochrony Atmosfery dr inż. Maria Mazur Wrocław, 2012/2013
Przystąpienie do ćwiczeń laboratoryjnych poprzedzone będzie kartkówką z następujących
zagadnień: związek pomiędzy ciśnieniem dynamicznym a prędkością, definicja liczby kształtu
sondy specjalnej konstrukcji i sposób wyznaczenia współczynnika kalibracyjnego K.
2.4. ZAKRES ĆWICZENIA
odczyt parametrów otoczenia (ciśnienie, temperatura)
sporządzenie szkicu schematu stanowiska laboratoryjnego i zebranie informacji o przyrządach
na nim zainstalowanych
odczyty parametrów mierzonych (ciśnienie dynamiczne – sonda typu L, ciśnienie spiętrzenia –
sonda typu S i sonda walcowa, ciśnienie manometryczne i temperatura gazu w kanale
przepływowym) dla 5 zadanych wartości prędkości w zakresie od ok. 3 m/s do ok. 23 m/s
sporządzenie charakterystyki B = f(w) dla sondy typu S i sondy walcowej (na jednym
wykresie), gdzie w jest prędkością zmierzona sondą typu L,
sporządzenie odrębnych charakterystyk B = f(
P) dla sondy typu S i sondy walcowej oraz
wyznaczenie średniej wartości liczby kształtu B
śr
i współczynnika kalibracyjnego K dla
badanych różnicowych sond ciśnieniowych specjalnej konstrukcji
2.5. ZAKRES SPRAWOZDANIA
nazwa laboratorium
nazwa ćwiczenia
imię i NAZWISKO studenta
data pomiaru
parametry otoczenia
schemat stanowiska laboratoryjnego wraz z identyfikacją zainstalowanych przyrządów
pomiarowych
wyniki pomiarów i obliczeń, charakterystyki badanych funkcji
Literatura uzupełniająca
[1] Mazur. M.: Kontrola emisji zanieczyszczeń, prezentacja wykładu w wersji elektronicznej
Wrocław, 2012/2013: rozdz. 2. Okresowe pomiary przepływu - Przykład 1, rozdz. 3 Okresowe
pomiary stężenia pyłu,
[2] PN–Z-04030-7:1994: Badania zawartości pyłu. Pomiar stężenia i strumienia masy pyłu w
gazach odlotowych metodą grawimetryczną
[3] Mazur. M., Teisseyre M.: Zasilanie palników pyłowych kotła energetycznego – zagadnienia
pomiarowe (rozdz. 2.2.5. Ciśnienie dynamiczne i prędkość gazu), Oficyna Wydawnicza
Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2008
Wrocław, 07.12.2012