POLITECHNIKA ŚLĄSKA

POLITECHNIKA ŚLĄSKA

POMIAR CIŚNIENIA

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

POLITECHNIKA ŚLĄSKA

GLIWICE

POMIAR CIŚNIENIA

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

POLITECHNIKA ŚLĄSKA

GLIWICE

POMIAR CIŚNIENIA

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

POLITECHNIKA ŚLĄSKA

GLIWICE

POMIAR CIŚNIENIA

Krzysztof Pisarski

Semestr VI zaoczny

POLITECHNIKA ŚLĄSKA

POMIAR CIŚNIENIA

Krzysztof Pisarski

Semestr VI zaoczny

POLITECHNIKA ŚLĄSKA

Krzysztof Pisarski

ZiIP gr. 2

Semestr VI zaoczny

Krzysztof Pisarski

ZiIP gr. 2

Semestr VI zaoczny

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

1. Wstęp

Ciśnienie to wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do

powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa, co przedstawia

zależność:

p =

୊

౤

ୗ

gdzie:
p – ciśnienie (Pa),
Fn – składowa siły prostopadła do powierzchni (N),
S – powierzchnia (m²).

Wartość mierzonego ciśnienia zależy od przyjętego poziomu odniesienia. Ciśnienie

zmierzone względem próżni jest nazywane ciśnieniem absolutnym lub

bezwzględnym i najczęściej bywa oznaczane literą P.

Ciśnienie manometryczne P

m

- jest to różnica ciśnienia absolutnego i ciśnienia

otoczenia, którym najczęściej jest ciśnienie atmosferyczne, wskazywane przez

barometr. Ciśnienie manometryczne może przyjmować wartości większe od zera i

wówczas mówi się o nadciśnieniu lub wartości mniejsze od zera i wówczas mówi

się o podciśnieniu lub tzw. „próżni".

Ciśnienie wywierane przez słup powietrza atmosferycznego nosi nazwę ciśnienia

barometrycznego (atmosferycznego) i oznaczane jest przez P

b

.

Rodzaje ciśnień

Ciśnienie hydrostatyczne

polu grawitacyjnym

aerostatycznego

zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości. Ciśnienie określa wzór:

gdzie :

– gęstoś

– przyspieszenie ziemskie

– głębokość zanurzenia w cieczy (od poziomu zerowego)

metrach

W układzie międzynarodowym jednostek miar SI podstawową jednostką ciśnienia

jest paskal.

równomiernie na

bardzo małą, np.: ciśnienie barometryczne wyraża się liczbą około 10

technice używa się wielokrotności tej jednostki:

megapaskali

Innymi jednostkami, w których wyraża się wielkość ciśnienia są:

Ciśnienie hydrostatyczne

polu grawitacyjnym

statycznego. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu

zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości. Ciśnienie określa wzór:

gęstość cieczy

przyspieszenie ziemskie

głębokość zanurzenia w cieczy (od poziomu zerowego)

metrach (m).

W układzie międzynarodowym jednostek miar SI podstawową jednostką ciśnienia

paskal. Jeden paskal jest to ciśnienie, które wywiera siła 1N działająca

równomiernie na

bardzo małą, np.: ciśnienie barometryczne wyraża się liczbą około 10

technice używa się wielokrotności tej jednostki:

megapaskali (l MPa = 10

Innymi jednostkami, w których wyraża się wielkość ciśnienia są:

Ciśnienie hydrostatyczne

polu grawitacyjnym. Analogiczne ciśnienie w

. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu

zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości. Ciśnienie określa wzór:

cieczy – w układzie SI w kg/m³

przyspieszenie ziemskie

głębokość zanurzenia w cieczy (od poziomu zerowego)

W układzie międzynarodowym jednostek miar SI podstawową jednostką ciśnienia

Jeden paskal jest to ciśnienie, które wywiera siła 1N działająca

równomiernie na powierzchnię o polu 1m

bardzo małą, np.: ciśnienie barometryczne wyraża się liczbą około 10

technice używa się wielokrotności tej jednostki:

(l MPa = 10

6

P

Innymi jednostkami, w których wyraża się wielkość ciśnienia są:

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

Ciśnienie hydrostatyczne – ciśnienie

. Analogiczne ciśnienie w

. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu

zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości. Ciśnienie określa wzór:

݌

௛௬ௗ௥

w układzie SI w kg/m³

przyspieszenie ziemskie (grawitacyjne)

głębokość zanurzenia w cieczy (od poziomu zerowego)

W układzie międzynarodowym jednostek miar SI podstawową jednostką ciśnienia

Jeden paskal jest to ciśnienie, które wywiera siła 1N działająca

powierzchnię o polu 1m

bardzo małą, np.: ciśnienie barometryczne wyraża się liczbą około 10

technice używa się wielokrotności tej jednostki:

Pa).

Innymi jednostkami, w których wyraża się wielkość ciśnienia są:

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

ciśnienie, wynikające z ciężaru cieczy znajdującej się w

. Analogiczne ciśnienie w gazie

. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu

zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości. Ciśnienie określa wzór:

௬ௗ௥

= ߩ

w układzie SI w kg/m³

(grawitacyjne) – w układzie SI w m/s²

głębokość zanurzenia w cieczy (od poziomu zerowego)

W układzie międzynarodowym jednostek miar SI podstawową jednostką ciśnienia

Jeden paskal jest to ciśnienie, które wywiera siła 1N działająca

powierzchnię o polu 1m

2

. Ponieważ paskal jest jednostką ciśnienia

bardzo małą, np.: ciśnienie barometryczne wyraża się liczbą około 10

technice używa się wielokrotności tej jednostki:

Innymi jednostkami, w których wyraża się wielkość ciśnienia są:

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

, wynikające z ciężaru cieczy znajdującej się w

gazie określane jest mianem

. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu

zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości. Ciśnienie określa wzór:

ൈ ݃ ൈ ݄

w układzie SI w m/s²

głębokość zanurzenia w cieczy (od poziomu zerowego)

W układzie międzynarodowym jednostek miar SI podstawową jednostką ciśnienia

Jeden paskal jest to ciśnienie, które wywiera siła 1N działająca

. Ponieważ paskal jest jednostką ciśnienia

bardzo małą, np.: ciśnienie barometryczne wyraża się liczbą około 10

technice używa się wielokrotności tej jednostki: kilopaskali

Innymi jednostkami, w których wyraża się wielkość ciśnienia są:

, wynikające z ciężaru cieczy znajdującej się w

określane jest mianem

. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu

zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości. Ciśnienie określa wzór:

݄

w układzie SI w m/s²

głębokość zanurzenia w cieczy (od poziomu zerowego) – w układzie SI w

W układzie międzynarodowym jednostek miar SI podstawową jednostką ciśnienia

Jeden paskal jest to ciśnienie, które wywiera siła 1N działająca

. Ponieważ paskal jest jednostką ciśnienia

bardzo małą, np.: ciśnienie barometryczne wyraża się liczbą około 10

kilopaskali (1 kPa = 10

Innymi jednostkami, w których wyraża się wielkość ciśnienia są:

, wynikające z ciężaru cieczy znajdującej się w

określane jest mianem ciśnienia

. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu

zbiornika, a zależy wyłącznie od głębokości. Ciśnienie określa wzór:

adzie SI w

W układzie międzynarodowym jednostek miar SI podstawową jednostką ciśnienia

Jeden paskal jest to ciśnienie, które wywiera siła 1N działająca

. Ponieważ paskal jest jednostką ciśnienia

bardzo małą, np.: ciśnienie barometryczne wyraża się liczbą około 10

5

Pa, stąd w

(1 kPa = 10

3

Pa) oraz

, wynikające z ciężaru cieczy znajdującej się w

ciśnienia

. Ciśnienie hydrostatyczne nie zależy od wielkości i kształtu

W układzie międzynarodowym jednostek miar SI podstawową jednostką ciśnienia

Jeden paskal jest to ciśnienie, które wywiera siła 1N działająca

. Ponieważ paskal jest jednostką ciśnienia

Pa, stąd w

Pa) oraz

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

2. Przyrządy do pomiaru ciśnienia

W zależności od przyjętego ciśnienia odniesienia wyróżniamy następujące rodzaje

ciśnieniomierzy:

absolutne – do pomiaru ciśnienia absolutnego,

różnicowe - do pomiaru różnicy ciśnienia,

manometry - do pomiaru nadciśnienia,

wakuometry - do pomiaru podciśnienia,

manowakuometry - do pomiaru nadciśnienia i podciśnienia,

Sprawdzaniem nazywa się czynność porównania wskazań przyrządu pomiarowego

z przyrządem wzorcowym w celu skontrolowania przyrządu i ewentualnego

wprowadzenia poprawek.

Wzorcowanie manometru polega na wyznaczaniu charakterystyki, czyli zależności

wskazań przyrządu od rzeczywistej (wzorcowej) wartości ciśnienia lub zależności

odchyłki wskazań przyrządu (w stosunku do przyrządu wzorcowego) od jego

podziałki.

Cechowaniem określa się operację umieszczania na narzędziu pomiarowym

oznaczeń stwierdzających jego zgodność z wymaganiami technicznymi, normami lub

przepisami legalizacyjnymi.

Klasyfikacja przyrządów pomiarowych ze względu na zasadę działania :

hydrostatyczne, cieczowe − pomiar różnicy poziomów cieczy, przemieszczenia

granicy międzyfazowej dwóch cieczy, wychylenia wagi; manometry: typu U-rurka,

naczyniowe, kompensacyjne, z rurką poziomą typu Roberts-Burka, waga

pierścieniowa

obciążeniowe − pomiar przesunięcia tłoka (obciążnika); manometr obciążnikowo –

tłokowy

prężne − pomiar odkształcenia elementu sprężystego; manometry: rurkowe,

przeponowe, mieszkowe, puszkowe

elektryczne − zjawisko piezoelektryczne, wpływ ciśnienia na opór elektryczny

przewodnika, zmiana pojemności kondensatora lub indukcji cewki wywołana

odkształceniem elementu sprężystego, zmiana przewodnictwa cieplnego

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

rozrzedzonego gazu, itd.; manometry: piezoelektryczne, tensometryczne, oporowe,

pojemnościowe, indukcyjne, termoelektryczne.

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

2a. Pomiar za pomocą rurki Pitota i Prandtla

Najprostszym przyrządem do pomiaru ciśnienia dynamicznego jest połączenie

rurki zgiętej, właściwej rurki Pitota, mierzącej ciśnienie całkowite, z rurką prostą,

mierzącą ciśnienia statyczne. Układ ten często niewłaściwie zwany jest także rurką

spiętrzającą Pitota. Udoskonaloną postacią tego połączenia jest rurka spiętrzająca

Prandtla ( na rysunku poniżej ), która powstała w wyniku wielu pomiarów

aerodynamicznych , zezwalająca na osiągnięcie współczynnika korekcyjnego

równego 1.

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

Rurka Prandtla ma w części cylindrycznej szczelinę do pomiaru ciśnienia, w takiej

odległości od czoła, aby strugi można było uważać za równoległe. Zamiast szczeliny

można wykonać kilka lub kilkanaście okrągłych otworków. Mierzone tutaj ciśnienie

odpowiada ciśnieniu statycznemu przepływającego czynnika. Szczelina wykonana

jest w rurce zewnętrznej, w której znajduje się druga rurka. Czoło drugiej

wewnętrznej rurki, skierowane przeciw prądowi, jest zaokrąglone i ma otwór

wynoszący 0,3 średnicy zewnętrznej rurki, który to otwór jest miejscem pomiaru

ciśnienia całkowitego.

2b. Manometr Recknagla

Przy pomiarze małych ciśnień rzędu kilku czy kilkunastu mm słupa cieczy stosuje się

przyrządy w których dokonuje się pomiaru długości słupa cieczy w pochyłym

ramieniu zamiast różnicy jej poziomów.

Przyrząd ten, będący rozwinięciem technicznym manometru jednoramiennego przez

pochylenie ramienia pod określonym kątem α do poziomu, mierzy ciśnienie

określane różnicą poziomów h w wyniku pomiaru długości słupa cieczy l.

Uwzględniając, że wzrost poziomu cieczy h2 w rurce pochyłej odpowiada spadkowi

poziomu h1 w naczyniu i oznaczając odpowiednio przekrój naczynia i rurki przez An i

Ar otrzymuje się :

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

݄ = ݈ ൈ (

ܣ

௥

ܣ

௡

+ sin ߙ)

2c. Mikromanometr

Przyrząd służący do pomiaru ciśnienia względnego o wartości mniejszej niż 6000 Pa,

rodzaj ciśnieniomierza.

Mikro

Mikromanometr przeznaczony do pomiaru różnicy ciśnień gazów

nieagresywnych DP-Calc model 5815 / 5825 / 8710

Możliwości:

- Pomiary ciśnienia i prędkości w jednostkach metrycznych i angielskich

- Wyświetlanie do 3 różnych parametrów

- Możliwość dokonywania kalibracji przez użytkownika

- Łatwa obsługa i czytelny wyświetlacz

- Interfejs USB (dotyczy modelu 5825)

Zastosowanie:

- Testowanie i regulacja instalacji wentylacyjnych

- Kontrola bezpieczeństwa "czystych" laboratoriów

- Pomiary badawczo-rozwojowe

- Pomiary z zastosowaniem elementów spiętrzających

- Kontrola procesów przemysłowych

- Kontrola stanu filtrów

- Pomiary w ochronie środowiska

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

3. Przykładowe stanowiska pomiaru ciśnień

3a

. Stanowisko do wzorcowania manometru metodą porównania

Wykorzystuje się prasę hydrauliczną w celu dokonania wzorcowania manometru metodą porównania

ze wskazaniami manometru wzorcowego.

3b

. Stanowisko do wzorcowania termometru technicznego metodą

porównania

Zapoznanie się z budową i rodzajami termometrów technicznych oraz dokonanie wzorcowania

wybranych termometrów metodą porównania ze wskazaniami termometru wzorcowego. W badaniach

jako źródło ustalonej, regulowanej temperatury wykorzystuje się ultra termostat.

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

3c

. Stanowisko do wyznaczania charakterystyk termometrów

oporowych

Zapoznanie się z rodzajami i budową termometrów elektrycznych oraz wyznacza się charakterystykę

wybranych termometrów elektrycznych. W badaniach wykorzystuje się ultra termostat oraz termometr

wzorcowy.

3d

. Stanowisko do sprawdzania przepływomierza zwężkowego za

pomącą rurki spiętrzającej Prandtla

Zapoznanie się z metodami pomiaru objętościowego natężenia przepływu płynów oraz dokonanie

pomiaru natężenia przepływu powietrza za pomocą przepływomierza zwężkowego oraz rurki Prandtla.

W doświadczeniu do pomiaru ciśnienia dynamicznego i całkowitego oraz różnicy ciśnień wykorzystuje

się mikromanometry, między innymi Recknagla.

Krzysztof Pisarski

Pomiar Ciśnienia

4. Technologia przyszłości

W oparciu o doświadczenie w produkcji sensorów krzemowych, Fuji Electric

wyprodukowało unikalny krzemowy mikrosensor pojemnościowy, który jest sercem

przetworników serii FCX-AII V5.

Seria FCX-AII V5 to przetworniki wysokiej klasy, zaprojektowane do zastosowania

w najtrudniejszych aplikacjach, gdzie wymagane są specjalne materiały i konstrukcja.

Oferując szeroki wybór zakresów pomiarowych, seria FCXAII V5 została

skonfigurowana tak, by spełnić wszystkie wymagania aplikacyjne w każdej gałęzi

przemysłu.