ĆWICZENIE 9.
POMIARY CIÅšNIENIA
Kursywą oraz * zaznaczono rozszerzony program ćwiczenia
Kalibracja membranowego manometru tensometrycznego na prasie olejowej.
Porównawcze pomiary małych ciśnień statycznych za pomocą zintegrowanego czujnika
ciśnienia i U  rurki.
Opracowanie sprawozdania.
Przyrządy do pomiarów ciśnienia mierzą albo ciśnienie bezwzględne albo najczęściej
ciśnienie względne, mierzone jako nadwyżka ciśnienia względem ciśnienia atmosferycznego.
Ponieważ to ostatnie nie jest stałe może prowadzić to do istotnych błędów wyników
pomiarów małych ciśnień.
Wszystkie współcześnie stosowane przyrządy do pomiaru ciśnienia (poza być może tylko U-
rurką) działają na zasadzie odkształcania elementu sprężystego przez siłę wywołaną
mierzonym ciśnieniem. Wielkość odkształcenia, proporcjonalna do ciśnienia jest następnie
przetwarzana bÄ…dz
na wychylenie wskazówki, tak jak w manometrze sprężynowym, bądz
na
sygnał elektryczny, za pośrednictwem tensometrów, tak jak w manometrach membranowych.
1. Kalibracja czujnika ciśnienia MPX5100 na podstawie pomiaru ciśnienia za
pomocÄ… manometru U  rurkowego.
Czujnik MPX5100 jest zintegrowanym membranowym czujnikiem ciśnienia różnicowego. W
jego obudowie znajduje się wytrawiona w płytce krzemowej membrana z implementowanymi
piezorezystorami (tensometrami półprzewodnikowymi), które reagują na odkształcenia
membrany wywołane różnicą ciśnień. Zmiany rezystancji piezorezystorów przetwarzane są
na napięcie przez zintegrowany z membraną wzmacniacz elektroniczny. Czujnik wymaga
zasilania z zewnątrz napięciem stałym, a wyjściem czujnika jest sygnał napięciowy
proporcjonalny do różnicy ciśnień działających na membranę.
Układ pneumatyczny do kalibracji czujnika przedstawia rysunek 9.1.
Po
Czujnik
Zasilanie
P
Membrana
Po
V
h P
Wzmacniacz
Zadajnik
P
ciśnienia
Rys. 9.1.
Układ składa się z zadajnika ciśnienia w postaci gumowej gruszki, która połączona jest przez
trójnik ze skalowanym czujnikiem oraz manometrem U  rurkowym wypełnionym wodą.
Odkształcając gruszkę poprzez obciążenie odważnikami wytwarza się w układzie ciśnienie
powietrza, które może być zmierzone względem ciśnienia atmosferycznego poprzez odczyt
różnicy wysokości słupków wody w U  rurce.
Ciśnienie powietrza w układzie, względem ciśnienia atmosferycznego, można obliczyć wg
wzoru:
N kg
P-Po=cÅ"hÅ"g [Pa = = ] (1)
m2 mÅ"s2
gdzie: c - masa właściwa wody (należy przyjąć c = 1 g/cm3 = 1000 kg/m3)
h  wysokość różnicy słupków wody w U  rurce [ cm = 0.01m]
g  przyspieszenie ziemskie ( należy przyjąć g = 9.81 m/s2)
Przed przystąpieniem do kalibracji należy sprawdzić czy ciśnienie w układzie jest równe
ciśnieniu otoczenia, o czym świadczy zerowa różnica wysokości słupków wody w U  rurce.
Jeżeli różnica taka występuje należy na chwilę rozszczelnić układ pneumatyczny.
Załączyć zasilanie czujnika i po chwili odczytać i zapisać w tabelce, w rubryce P-Po=0,
wskazania woltomierza.
Obciążyć zadajnik ciśnienia, tak aby uzyskać różnicę wysokości słupków wody w U  rurce
około 20 cm.
Zmierzyć różnicę wysokości słupków wody w U  rurce i odczytać wskazanie woltomierza.
Wyniki zapisać w tabelce.
Ciśnienie P-Po [cm-H2O] 0 ----------------------
Odczyt woltomierza [V] U0 = U = ----------------------
Ciśnienie [Pa] 0 ----------------------
Stała czujnika k [Pa/V] -------------------- ------------------------
Przeliczyć ciśnienie wg wzoru (1) tzn. wyrazić jego wartość w Paskalach [Pa] i zapisać wynik
w tabelce.
Obliczyć stałą k [Pa/V] czujnika wg wzoru :
P-Po
k=
U-U0
Wynik zapisać w tabelce.
Zmienić obciążenia zadajnika ciśnienia, kładąc na szalce dowolny ciężar i odczytać wartość
napięcia U1 wskazywanego przez woltomierz. Zapisać wynik w tabelce poniżej. Obliczyć
ciśnienie P1 w układzie, wynik zapisać w tabelce:
Napięcie [V] Stała czujnika k [Pa/V] Ciśnienie P1 [Pa]
P1=kÅ"(U1-U0)
2. Kalibracja membranowego czujnika ciśnienia za pomocą manometru
sprężynowego z rurką Bourdone a.
Uwaga! Nie poruszać śrubą napędzającą tłok nie kontrolując wskazania manometru.
Przekroczenie maksymalnego ciśnienia wskazywanego przez manometr może być
niebezpieczne a oprócz tego spowodować uszkodzenie aparatury.
Układ hydrauliczny do kalibracji membranowego czujnika ciśnienia przedstawiono na
rysunku 9.2. Układ wypełniony jest olejem, który sprężany jest tłokiem poruszanym za
pomocą śruby. Ciśnienie w układzie działa równocześnie na manometr sprężynowy i
przemysłowy membranowy czujnik ciśnienia. Czujnik ma w obudowie również odpowiedni
układ elektroniczny, nie jest to jednak czujnik zintegrowany. Czujnik wymaga zasilania z
zewnątrz napięciem stałym 12 do 30 V, a sygnałem wyjściowym jest napięcie mierzone w
układzie woltomierzem cyfrowym.
Manometr
V
sprężynowy
Zawór
Zasilanie
Czujnik
membranowy
Olej
TÅ‚ok
Rys. 9.2
Przed przystąpieniem do pomiaru należy sprowadzić do zera ciśnienie w układzie. Poruszając
tłokiem należy sprowadzić wychylenie manometru w okolice zera a następnie otworzyć
(odkręcić) zawór na krótką chwilę.
Odczytać i zapisać wskazanie woltomierza: U0 =
Przy zamkniętym zaworze (zakręconym) należy kręcić śrubą poruszającą tłok obserwując
wskazania manometru, tak aby wskazówka zatrzymywała się na głównych działkach jego
skali. Dla każdej ustalonej pozycji wskazówki należy odczytać wartość ciśnienia i
równocześnie wskazanie woltomierza. Wyniki zapisać w tabelce i obliczyć średnią wartość
stałej.
Ciśnienie P odczytane
z manometru [Pa]
Odczyt woltomierza
U [V]
Stała czujnika
C=P/(U-U0) [Pa/V]
Średnia wartość stałej -------------- --------------- -------------- ------------
Cśr = "C/n
Poprzez poruszenie tłoka ustalić dowolną wartość ciśnienia w układzie. Odczytać woltomierz
i zapisać jego wskazania. Odjąć wartość U0. Mnożąc różnicę napięć przez średnią wartość
stałej czujnika obliczyć ciśnienie w układzie. Zapisać jego wartość w tabelce:
Napięcie U [V] Cśr [Pa/V] Ciśnienie P [Pa]
* Odczytać wskazania manometru Pm i zapisać poniżej:
Pm =
* Obliczyć różnicę ciśnienia P wyznaczonego z odczytu napięcia i ciśnienia Pm odczytanego z
manometru. Traktując manometr jako wzorzec określić wartość błędu bezwzględnego
pomiaru ".
" = P - Pm =
Aparatura:
1. Zadajnik ciśnienia
2. U  rurka
3. Scalony membranowy czujnik ciśnienia ze wzmacniaczem
4. Woltomierz cyfrowy
5. Odważniki
6. Prasa olejowa
7. Manometr sprężynowy
8. Membranowy czujnik ciśnienia