Ćwiczenie 2
Badanie i wzorcowanie manometrów oraz przetworników ciśnienia
I. Celem ćwiczenia jest zapoznanie studentów z budową i zasadą działania
laboratoryjnych manometrów obciążnikowo-tłokowych oraz z metodyką
sprawdzania i wzorcowania manometrów sprężystych.
II. Wprowadzenie
Jeżeli w płynie na dowolny element powierzchni "A zawierający punkt M działa
parcie "P (wypadkowa sił powierzchniowych normalna do powierzchni), to siła
normalna do powierzchni w punkcie M wynosi:
dP
p = ;
dA
Wartość liczbową p nazywa się ciśnieniem w punkcie M. Z pojęciem ciśnienia w
płynach wiążą się następujące stwierdzenia:
- ciśnienie w danym punkcie płynu będącego w spoczynku jest jednakowe we
wszystkich kierunkach,
- ciśnienie w płynie znajdującym się w stanie równowagi jest w każdym punkcie
prostopadłe do powierzchni, na którą działa,
- przy pominięciu sił ciężkości i innych sił masowych ciśnienie w każdym punkcie
płynu jest jednakowe.
Biorąc pod uwagę powyższe stwierdzenia, ciśnienie można zdefiniować jako
stosunek siły do powierzchni, na którą ta siła działa.
Wartość mierzonego ciśnienia zależy od przyjętego poziomu odniesienia. Ciśnienie
zmierzone względem próżni jest nazywane ciśnieniem absolutnym lub
bezwzględnym i najczęściej bywa oznaczony literą p (p ).
a
Ciśnienie manometryczne p  jest to różnica ciśnienia absolutnego i ciśnienia
m.
otoczenia, którym najczęściej jest ciśnienie atmosferyczne, wskazywane przez barometr.
1
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.
Ciśnienie wywierane przez słup powietrza atmosferycznego nosi nazwę ciśnienia
barometrycznego (atmosferycznego) i oznaczane jest przez p .
b
Ciśnienie wywierane przez słup płynu nosi nazwę ciśnienia hydrostatycznego i jest
określone wzorem:
p = ÁÅ"g Å"h ;
gdzie: g  przyspieszenie grawitacyjne,
h  wysokość słupa cieczy,
Á - gÄ™stość cieczy manometrycznej.
Gdy płyn znajduje się w ruchu, to rozróżnia się pojęcie ciśnień: statycznego,
dynamicznego i całkowitego.
Ciśnienie statyczne p  ciśnienie jakie wskazywałby przyrząd poruszający się z
st
prędkością strugi w tym samym co ona kierunku.
Ciśnienie dynamiczne p  ciśnienie powstające w wyniku izentropowego
d
wyhamowania strumienia płynu do prędkości równej zero i zmiany jego energii
kinetycznej w energię potencjalną (ciśnienia). Dla płynów nieściśliwych oblicza się ją
wzorem:
ÁÅ" w2
pd = ;
2
gdzie: w  prędkość strumienia płynu.
Ciśnienie całkowite (spiętrzenia) p  ciśnienie absolutne jakie osiągnie
c
poruszający się płyn po izentropowym zahamowaniu do prędkości równej zero. Jest ono
sumą ciśnienia statycznego p i ciśnienia dynamicznego p .
st d
Zgodnie z elementarną definicją ciśnienia jego jednostkę tworzy stosunek jednostek
siły i powierzchni. W obowiązującym układzie jednostek miar SI jednostką podstawową
ciśnienia jest paskal [Pa], czyli [N/m2]. Ponieważ jest to jednostka bardzo mała, w
praktyce, poza pomiarami próżni, używane są jednostki wielokrotnie większe (np. 1
[hPa], 1 [MPa]).
2
Rys.2.1. Wzajemne zależności między ciśnieniami
Jednostka ciśnienia w różnych Odpowiadająca wartość ciśnienia w
układach jednostek układzie jednostek SI [Pa]
1 [at] = 1 [kG/cm2]  atmosfera techniczna 98066,5 [Pa]
1 [atm]  atmosfera fizyczna 101325 [Pa]
1 [bar] 105 [Pa]
1 [Tr] = 1 [mmHg] - tor 133,322 [Pa]
1 [mmH O] 9.80665 [Pa]
2
1 [lb/in2] = 1 [psi] 6894,76 [Pa]
III. Przyrządy do pomiaru ciśnienia
Podstawowymi kryteriami podziału przyrządów do pomiaru ciśnienia są:
 przeznaczenie,
 zasada działania.
W zależności od przeznaczenia przyrządów do pomiaru ciśnienia rozróżnia się:
a) manometry  do pomiaru nadciśnienia,
b) wakumetry  do pomiaru podciśnienia,
c) manowakumetry  do pomiaru nadciśnienia i podciśnienia,
3
d) mikromanometry  do pomiaru małych wartości nadciśnienia, podciśnienia i różnicy
ciśnień,
e) barometry  do pomiaru ciśnienia barometrycznego (atmosferycznego).
Ze względu na zasadę działania ciśnieniomierze możemy podzielić na:
a) manometry hydrostatyczne  w przyrządach tego rodzaju mierzone ciśnienie
równoważone jest hydrostatycznym ciśnieniem słupa cieczy. Do najważniejszych
przyrządów tego typu należą: manometr dwuramienny tzw. U  rurka, manometr
jednoramienny, manometr z rurką pochyłą, manometr pierścieniowy (waga
pierścieniowa), manometr dzwonowy oraz barometry.
Na dokładność pomiaru manometrami cieczowymi w głównej mierze ma wpływ:
 zmiana temperatury otoczenia (wpływ złożony przez oddziaływanie na długość
skali, gęstość cieczy manometrycznej i napięcie powierzchniowe),
 podniesienie poziomu cieczy w rurce wskutek zjawiska włoskowatości
(kapilarności),
 poziom zamocowania manometru,
 niedokładność ustawienia pionu rurek manometrycznych oraz dla niektórych
typów manometrów złe ustawienie zera.
b) manometry tłokowe  w przyrządach tych ciśnienie równoważone jest
zewnętrznymi siłami działającymi na tłok. Na tłok poruszający się w cylindrze
działają następujące siły: siła ciężkości tłoka i obciążników, siła spowodowana
ciśnieniem cieczy manometrycznej oraz siła tarcia, która przeciwdziała ruchowi
tłoka w cylindrze. Manometry tłokowe budowane są w dwóch podstawowych
odmianach: jako manometry techniczne i obciążnikowo-tłokowe. O ile pierwsza
grupa nie jest szeroko stosowana w praktyce, z powodu skomplikowanej budowy i
niewielkiej pewności ruchu, o tyle manometry obciążnikowo-tłokowe znalazły
szerokie zastosowanie do sprawdzania i wzorcowania manometrów innych typów.
Zasadnicze błędy przy pomiarze ciśnienia manometrami tłokowymi wynikają z:
 niedokładnego wyznaczenia ciężarów tłoka i obciążników,
 pominięcia sił tarcia (w celu zmniejszenia wpływu sił tarcia bezpośrednio przed
dokonaniem odczytu wprawia się talerz wraz z obciążnikami w ruch obrotowy),
4
 błędów w określeniu powierzchni czynnej tłoka (powierzchnia, na którą działa
wytworzone ciśnienie).
c) manometry sprężyste - zasada działania tych manometrów polega na
wykorzystaniu do pomiaru ciśnienia sprężystych odkształceń elementów różnego
rodzaju. Przyjmując jako podstawę klasyfikacji manometrów rodzaj elementu
sprężystego rozróżnia się: manometry rurkowe, przeponowe i mieszkowe.
Podstawowe przyczyny błędów występujących przy pomiarze ciśnienia za
pomocą manometrów sprężystych:
 zmiany temperatury czujnika pomiarowego,
 zjawisko histerezy elementu sprężystego, czyli opóz
nienie sprężyste, powodujące że
element sprężysty nie nadąża za zmianami ciśnienia,
 tarcie i luzy w mechanicznym układzie przenoszenia odkształcenia czujnika.
d) manometry elektryczne  pod tym pojęciem należy rozumieć przyrządy, które
działają na zasadzie zjawiska elektrycznych zachodzących w materiałach poddanych
działaniu ciśnienia, a nie takie które zaopatrzone są w przekaz
niki elektryczne
impulsów mechanicznych. Rozróżniamy dwie grupy manometrów elektrycznych:
pierwsza, w której mierzone ciśnienie powoduje zmianę właściwości elektrycznych
czujnika oraz druga, w której ciśnienie powoduje zmianę właściwości elektrycznych
ośrodka, w którym mierzone jest ciśnienie. Druga grupa manometrów
elektrycznych dzieli siÄ™ na manometry termoelektryczne i jonizacyjne.
IV. Manometry sprężyste
Zasada działania manometrów sprężystych oparta jest jak wspomniano, na
zależności odkształceń sprężystych elementu prężnego od ciśnienia wywołującego to
odkształcenie. Klasyfikacja przyrządów tej grupy oparta jest o rodzaje elementów
sprężystych.
 Manometry rurkowe
W manometrach rurkowych element sprężysty stanowi zwinięta rurka, tzw. rurka
Bourdona, najczęściej o przekroju eliptycznym lub owalnym. Rurka wykonana jest ze
sprężystego materiału: stali, brązu lub stali specjalnych, przy czym rodzaj stosowanego
5
materiału zależy od właściwości płynu, którego ciśnienie jest mierzone oraz od
wymaganego zakresu pomiarowego. Do niższych ciśnień i do mniejszych średnic osłony
manometru stosuje się rurki Bourdona ze stopów miedzi, utwardzonych zgniotem. Do
wyższych ciśnień i większych średnic stosuje się rurki stalowe obrabiane termicznie.
Rurki stalowe są wiercone a po spłaszczeniu i zgięciu hartowane. Jeden koniec rurki jest
zamknięty, natomiast drugi jest zamocowany w króćcu zakończonym złączką z gwintem;
za pomocą złączki łączy się rurkę z przestrzenią, w której panuje mierzone ciśnienie.
Jeżeli do rurki doprowadzi się płyn o ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego,
to krzywizna rurki zmniejszy się; w przypadku gdy czujnik wskazuje podciśnienie,
wtedy krzywizna rurki powiększa się. Ponieważ jeden koniec rurki jest sztywno
zamocowany, zmiana krzywizny powoduje przemieszczenie siÄ™ drugiego, swobodnego
końca. Ruch swobodnego końca rurki oddziałuje na przekładnię zębatą przez układ
wodzik-przegub. Proporcjonalnie do obrotu kółka zębatego przekładni obraca się
wskazówka manometru.
Rys.2.2. Mechanizm pomiarowy manometru rurkowego
1 - rurka Bourdona, 2  króciec, 3  obudowa, 4  cięgno, 5  korek, 6  przekładnia zębata,
7- wskazówka
Liniowa zależność przemieszczenia swobodnego końca rurki jest proporcjonalna
do ciśnienia tylko w określonym zakresie długości. Graniczne ciśnienie, przy którym
zależność ta jest jeszcze zachowana nosi nazwę granicy proporcjonalności; jest ona
6
ważną wielkością charakteryzującą manometr. Jest zasadą, że granica proporcjonalności
nie może być osiągana w zakresie pomiarowym manometru.
 Manometry przeponowe
W manometrach tego rodzaju czujnikiem jest przepona (membrana), wykonana ze
sprężystego materiału, szczelnie zamocowana na obwodzie pomiędzy kołnierzami
górnej o dolnej części obudowy przyrządu. Impuls mierzonego ciśnienia jest
doprowadzany do jednej z komór utworzonych przez przeponę i obudowę czujnika.
Ugięcie środka przepony, odkształcającej się pod wpływem ciśnienia, jest przekazywane
za pośrednictwem układu dz
wigni i przekładni zębatej na wskazówkę, której
wychylenie jest miarą ciśnienia. W celu uzyskania liniowej zależności pomiędzy
odkształceniami a działającym ciśnieniem stosuje się przepony z wytłaczanymi falami.
Manometry przeponowe stosuje się do pomiarów ciśnień, których wartość nie
przekracza 3 [MPa]. Najczęściej jednak manometry te stosowane są do pomiaru
podciśnień i różnic ciśnień.
Rys.2.3. Manometr z przeponą sprężystą prostopadłą do podzielni.
1  przepona (membrana), 2  dolna część korpusu, 3  górna część korpusu, 4  cięgno,
5  wskazówka
7
 Manometry mieszkowe
Czujnikiem pomiarowym w tego rodzaju manometrach jest cylindryczne naczynie
cienkościenne z pierścieniowymi obwodowymi wytłoczeniami, czyli tzw. mieszek
sprężysty albo sylfon. Mieszek pod działaniem nawet niewielkiego ciśnienia
zewnętrznego lub wewnętrznego odkształca się; jest to najczulszy element sprężysty.
Manometry mieszkowe stosuje się najczęściej do pomiaru małych ciśnień rzędu
dziesiątek [kPa], różnic ciśnień i podciśnień.
Rys.2.4. Zachowanie siÄ™ puszki manometru puszkowego przy pomiarze:
b) nadciśnienia, c) podciśnienia, d) różnicy ciśnień
Odmianą manometrów tego rodzaju są manometry puszkowe. Czujnikiem w tych
przyrządach jest puszka cylindryczna, która może mieć membrany na jednej lub obu
powierzchniach czołowych. Jeśli z puszki przyrządu lub szeregu puszek umieszczonych
jedna nad drugą, w celu powiększenia odkształcenia, zostanie usunięte powietrze, to
uzyskujemy możliwość pomiaru ciśnienia barometrycznego, a przyrząd taki nosi nazwę
aneroidu.
V. Ogólne zasady doboru oraz instalowania manometrów sprężystych
A. Przyrząd powinien być dostosowany do przewidywanego zakresu ciśnień oraz do
warunków, w jakich dany pomiar ma być przeprowadzony.
B. Przy pomiarze ciśnień stałych lub wolnozmiennych o małej amplitudzie wahań
ciśnienia zakres wskazań manometru powinien być taki, aby zakres mierzonych
ciśnień zawarty był w granicach od 1/3 do 2/3 górnej granicy wskazań manometru.
8
C. Przy pomiarze ciśnień pulsujących zakres ciśnień roboczych powinien stanowić od
1/3 do 1/2 górnej granicy wskazań manometru, przy czym należy raczej stosować
przyrzÄ…dy z mechanizmami dz
wigniowymi. Ponadto przed manometrami powinny
być zainstalowane amortyzatory ciśnienia; dławienie ciśnienia pulsującego za
pomocą zaworów jest niedopuszczalne.
D. Temperatura otoczenia w miejscu zainstalowania manometru nie powinna
wykraczać poza zakres ok. +5 do +40oC. W przypadku gdy manometr znajduje się
pod wpływem promieniowania cieplnego, należy stosować ekrany z pomalowanej na
biało blachy lub materiału izolacyjnego.
E. W przypadku instalowania manometrów w miejscach narażonych na wstrząsy i
wibracje (np. na maszynach tłokowych) należy stosować odpowiednie podkładki
amortyzujÄ…ce.
F. Do pomiaru ciśnienia płynu korodującego należy stosować przyrządy w wykonaniu
specjalnym, odpowiednio oznakowane lub zabezpieczyć je stosując komory
rozdzielcze.
G. Do pomiaru ciśnienia acetylenu nie wolno stosować manometrów, których elementy
poddane działaniu gazu wykonane są ze stopów zawierających więcej niż 70%
miedzi, gdyż w wyniku reakcji acetylenu z miedzią powstają związki wybuchowe.
H. Do pomiaru ciśnienia tlenu nie wolno stosować manometrów zanieczyszczonych
tłuszczem, olejem lub innymi związkami organicznymi (niebezpieczeństwo pożaru).
I. W przypadku pomiaru ciśnienia bardzo lepkiej cieczy należy brać pod uwagę wpływ
lepkości powodującej znaczne opóz
nienie wskazań. W tym przypadku należy raczej
zastosować manometr przeponowy.
J. W instalacjach podlegających okresowym kontrolom manometr należy łączyć
poprzez kurek trójdrożny. Istnieje wtedy możliwość zamontowania manometru
wzorcowego lub odciążenie manometru roboczego.
K. Manometry należy instalować tak, aby na jego wskazania nie wywierał wpływu słup
cieczy w przewodzie doprowadzającym ciśnienie. W przypadku zaistnienia takich
okoliczności, różnicę wysokości między miejscem odbioru ciśnienia i manometrem
należy przy odczycie odpowiednio uwzględnić.
L. Wszystkie elementy łączące manometr z przestrzenią, w której chcemy zmierzyć
ciśnienie winny być bezwzględnie szczelne.
9
M. Manometr powinien być zainstalowany w miejscu łatwo dostępnym i bezpiecznym
w takiej pozycji, w jakiej był wzorcowany. Podzielnia manometru musi być dobrze
widoczna z miejsca pracy obsługującego.
VI. Manometry kontrolne i wzorcowe.
Manometry kontrolne służą do sprawdzania manometrów ruchowo-technicznych.
Wyróżniają się staranniejszym wykonaniem oraz większą dokładnością. Wyposażone są
one w dwa niezależnie działające układy pomiarowe tzn. dwie rurki Bourdona, dwie
przekładnie, dwie wskazówki oraz jedną lub dwie podziałki. Ilość działek na podziałce
manometrów kontrolnych nie może być mniejsza od 40. Króciec takiego manometru jest
przystosowany do dołączenia go do kurka trójdrożnego zainstalowanego przy
manometrze badanym. Manometry kontrolne muszą odpowiadać następującym
warunkom:
a) odległość wskazówki od podziałki nie powinna przekraczać 1 [mm],
b) błąd wskazania nie powinien przekraczać określonej tolerancji (zazwyczaj ą0.2%),
c) przy lekkim stuknięciu w przyrząd, wskazówka manometru może zmienić swoje
położenie jedynie w granicach określonej tolerancji,
d) manometr kontrolny (dwuwskazówkowy) powinien pozostawać pod niewielkim
nadciśnieniem.
Manometry wzorcowe służą do sprawdzania manometrów kontrolnych i roboczych.
Wyższą klasę manometru wzorcowego uzyskuje się jedynie przez zastosowanie
wysokiej jakości materiałów na elementy prężne i staranne wykonanie wszystkich
mechanizmów przyrządu. Manometry kontrolne i wzorcowe muszą posiadać metryki
zawierające tabele odchyłek w cyfrowych punktach podziałki.
VII. Przetworniki ciśnienia
Przetworniki ciśnienia są urządzeniami do pomiaru ciśnienia, które zmieniają sygnał
z czujnika ciśnienia na sygnał analogowy (najczęściej jest to sygnał 4-20 mA, zazwyczaj
liniowy względem zmian ciśnienia). Przetworniki ciśnienia umożliwiają pomiary
ciśnienia w zakresie od kilku milibar do 10000 bar.
Podstawowe pojęcia związane z przetwornikami ciśnienia:
10
 Czujniki piezorezystancyjne  działanie tych czujników wykorzystuje zjawisko
piezoelektryczne, czyli powstawanie w materiale napięcia (lub zmian rezystancji)
pod wpływem odkształcenia mechanicznego. Czujniki piezorezystancyjne umieszcza
się na płytce stykającej się z membraną pomiarową. Ciśnienie przyłożone do
membrany powoduje jej odkształcenie, a tym samym zmianę rezystancji czujnika
mierzonÄ… w obwodzie pomiarowym. Czujniki piezorezystancyjne wykorzystywane
są do pomiaru ciśnień do 16 bar.
 Czujniki cienkowarstwowe  w tego typu czujnikach cienka warstwa specjalnego
materiału naniesiona na jedną ze stron membrany pomiarowej działa podobnie do
czujnika piezoelektrycznego  następuje zmiana rezystancji po jego odkształceniu,
wskutek podania ciśnienia na drugą stronę membrany. Czujniki cienkowarstwowe
wykorzystywane są zazwyczaj dla ciśnień powyżej 16 bar.
 Czujniki hallotronowe  w czujnikach tych wykorzystuje siÄ™ zjawisko Halla, czyli
powstawania napięcia w półprzewodniku umieszczonym w polu magnetycznym.
Odkształcenie membrany zmienia pole magnetyczne, co jest mierzone przez czujnik
hallotronowy. Czujniki tego typu można stosować dla wszystkich zakresów ciśnień.
 Dokładność  definiowana jest jako maksymalne odchylenie wartości mierzonej od
charakterystyki idealnej. Dokładność zgodnie z metodą BFSL (Best Fit Straight Line)
odpowiada około połowie dokładności bezwzględnej.
Rys.2.5. Określenie dokładności bezwzględnej pomiarów zgodnie z normą DIN16086
11
Rys.2.6. Określenie dokładności pomiarów metodą BFSL
 Liniowość  określa wartość odchylenia wartości mierzonej przez czujnik od
charakterystyki idealnej.
 Histereza  określa wartość różnicy pomiarów dokonywanych przez czujnik przy
wzroście i spadku ciśnienia.
 Wytrzymałość na nadciśnienie  określa, jak wysokie ciśnienie może być podane
na czujnik bez jego uszkodzenia.
 Czas odpowiedzi  określa czas potrzebny na to, aby sygnał wyjściowy
przetwornika odzwierciedlił krokową zmianę ciśnienia.
VIII. Sprawdzanie i wzorcowanie manometrów.
Sprawdzaniem nazywa się czynność porównania wskazań przyrządu pomiarowego z
przyrzÄ…dem wzorcowym w celu skontrolowania przyrzÄ…du i ewentualnego
wprowadzenia poprawek.
Wzorcowanie manometru polega na wyznaczeniu 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.
12
Ogólne zasady sprawdzania i wzorcowania manometrów:
A. Przyrządy, badany i wzorcowy, ustawia się w położeniu normalnym i sprawdza czy
wskazówki są w położeniu zerowym.
B. Obydwa manometry przyłącza się równolegle do zbiornika, w którym przy pomocy
pompy ciśnieniowej (prasy hydraulicznej, sprężarki) lub pompy próżniowej,
wytwarza się ciśnienie wyrażające się całkowitą ilością działek na manometrze
badanym lub wzorcowym.
C. Wskazania przyrządu sprawdza się w całym obszarze jego podziałki w takiej ilości
punktów, jaka jest określona normą dla danego typu przyrządu.
D. Manometry sprężyste sprawdza się dla ciśnień rosnących i malejących po
odpowiednim przetrzymaniu przyrządu przy najwyższym ciśnieniu oznaczonym na
podziałce.
E. Ze względu na istnienie tarcia i luzów w mechanizmie przekładni manometrów
sprężystych niezbędne jest każdorazowe opukanie przyrządu przed odczytem
wskazania.
F. Zakres wskazań ciśnieniomierza kontrolnego (wzorcowego) powinien odpowiadać
zakresowi wskazań ciśnieniomierza sprawdzanego lub być wyższy, a dokładność
wskazań ciśnieniomierza kontrolnego musi być co najmniej 2.5 razy dokładniejsza
niż ciśnieniomierza sprawdzanego.
Klasą dokładności manometru jest liczba większa od maksymalnego błędu względnego
´ , wybrana z ciÄ…gu liczb wyznaczajÄ…cych klasy manometrów.
max
"pmax
´max = Å"100% ;
zakres
gdzie: "p  maksymalny błąd bezwzględny pomiaru, czyli maksymalna różnica
max
wskazań manometru wzorcowego i badanego.
Zgodnie z PN-80/M-42020 klasy dokładności urządzeń ustala się wybierając
oznaczenie z ciÄ…gu liczb w [%]:
a) 0.010, 0.016, 0.025, 0.04, 0.06, 0.10, 0.16, 0.25, 0.40, 0.60, 1.0, 1.6, 2.5,
b) 0.15, 0.02, 0.05, 0.15, 0.2, 0.5, 1.5, 2.0.
13
IX. Przebieg ćwiczenia
Budowa i działanie aparatury.
Laboratoryjne manometry obciążnikowo-tłokowe typu MTU są precyzyjnymi
przyrządami wzorcowymi służącymi do skalowania i sprawdzania manometrów
sprężystych i innych oraz do dokładnych pomiarów nadciśnienia. Manometry te służą
również do sprawdzania i skalowania manometrów sprężystych przez porównanie ich
wskazań z manometrami wzorcowymi o wyższej klasie dokładności.
Rys.2.7. Wygląd zewnętrzny laboratoryjnego manometru typu MTU
1  układ pomiarowy, 2  pompa oleju, 3  zbiornik wyrównawczy oleju, 4,5  gniazda
manometryczne, 6,7  zawory gniazd manometrycznych, 8  zawór zbiornika wyrównawczego
oleju, 9  zawór układu pomiarowego, 10  wskaz
nik położenia obciążnika podstawowego,
11  obudowa, 12  nakrętka mocująca układ pomiarowy
14
Wszystkie podzespoły układu hydraulicznego zamocowane są na sztywnej płycie
podstawowej i osłonięte metalową osłoną. Do podstawy zamocowane są nóżki służące
do dokładnego poziomowania manometru. Dostęp do instalacji hydraulicznej uzyskuje
się po zdjęciu osłony górnej, po uprzednim odkręceniu wkrętów osłony i demontażu
obciążnika podstawowego z układu pomiarowego manometru.
Rys.2.8. Schemat hydrauliczny manometru MTU
10  badany manometr, 11  tłok pomiarowy, 12  obciążnik podstawowy, 13  obciążniki.
Pompą oleju /2/ pobiera się olej ze zbiornika oleju i tłoczy się go do układu
hydraulicznego manometru. Pod działaniem ciśnienia wytworzonego przez pompę oleju,
tłok pomiarowy /11/ wraz z obciążnikami /13/ unosi się na wysokość określoną na
wskaz
niku położenia obciążnika podstawowego. Ciśnienie wzorcowe wytwarzane jest w
układzie pomiarowym /1/ manometru, przez tłok pomiarowy /11/ obciążony
odpowiednią masą obciążników /13/. Podczas przeprowadzania pomiarów ciśnienia
należy nadać tłokowi ruch obrotowy o wartości ok. 90 [obr/min]. Zawory odcinające
/6/,/7/,/8/,/9/ służą do odcięcia gałęzi układu hydraulicznego w zależności od potrzeb.
15
A. Sprawdzanie manometru sprężystego.
Tok postępowania:
a) odpowietrzyć manometr obciążnikowo-tłokowy. W tym celu:
- zamknąć zawory /6/ i /7/ gniazd manometrycznych /4/ i /5/ przez pokręcanie
pokrętłami zaworów w prawo do oporu, zamknąć zawór /9/ układu pomiarowego
/1/,
- otworzyć zawór /8/ zbiornika wyrównawczego oleju /3/ przez pokręcenie
pokrętłem zaworu w lewo (1.5  2.5 obrotów),
- kręcić pokrętłem pompy oleju /2/ w prawo do oporu, a następnie w lewo do oporu
(wypełnianie pompy olejem),
- zamknąć zawór /8/ zbiornika oleju przez pokręcenie pokrętłem w prawo do oporu,
- otworzyć zawór /6/ gniazda manometrycznego /4/, przez pokręcenie pokrętłem
zaworu w lewo (1.5  2.5 obrotu),
- kręcić powoli pokrętłem pompy oleju /2/ w prawo, aż do chwili, gdy olej będzie
wypływał z gniazda manometrycznego /4/ w sposób laminarny (bez zaburzeń i
pęcherzyków powietrza)  to samo powtórzyć dla gniazda manometrycznego /5/.
b) badany manometr sprężysty umieścić w gniez
dzie manometrycznym /5/,
c) otworzyć zawory /7/ i /9/, zawór /8/ pozostaje otwarty, zawór /6/ zamknięty,
d) odczytać wskazanie manometru badanego dla zerowego ciśnienia wzorcowego (przy
otwartym zaworze /8/ układ jest podłączony do otoczenia),
e) zamknąć zawór /8/,
f) używając pokrętła pompy olejowej /2/ (kręcąc powoli w prawo) wytworzyć
ciśnienie, którego wartość określa się następująco:
- odczytać z obciążnika podstawowego /12/ oraz z obciążnika /13/ wartości ciśnienia,
które są na nich wybite,
- za pomocą pokrętła pompy olejowej /2/ tak zwiększać ciśnienie, aby pasek na
obciążniku podstawowym /12/ był na tej samej wysokości, co środkowe nacięcie na
wskaz
niku obok niego.
g) wykonać pomiary w całym zakresie manometru sprawdzanego dla ciśnienia
rosnącego, a następnie malejącego, przy czym po uzyskaniu p utrzymać to
max
ciśnienie przez 5 minut.
16
Przed każdym pomiarem należy:
- wprawić obciążnik podstawowy w ruch obrotowy celem uniknięcia tarcia między
tłokiem a cylindrem, jakie może powstać wskutek niedokładnego ustawienia
przyrzÄ…du,
- lekko opukać obudowę manometru badanego.
Manometr nie spełnia stawianych mu wymagań, jeżeli nie jest zachowany jeden z
niżej wymienionych warunków:
1. Różnica wskazań manometru badanego i wzorcowego w dowolnym miejscu skali
jest większa od odchyłki wynikającej z klasy dokładności manometru badanego
(zarówno dla ciśnień rosnących, jak i malejących):
"pa = "pmax ;
gdzie: "p = p  p  różnica wskazań manometru badanego i wzorcowego,
a 0 w
p  ciśnienie odczytane z manometru badanego,
0
p  ciśnienie wzorcowe (rzeczywiste),
w
"p  błąd charakterystyczny (graniczny) manometru badanego wynikający z klasy
max
dokładności:
klasa Å"zakres
"pmax = ;
100
2. Histereza pomiarowa, tj. różnica wskazań odpowiadających tej samej poprawnej
wartości ciśnienia, uzyskanej przy ciśnieniu wzrastającym i przy ciśnieniu
malejącym, jest większa od błędu granicznego manometru badanego:
"ph*#"pmax ;
gdzie: "p = p  p  histereza pomiarowa,
h m. r
p  ciśnienie odczytane z manometru badanego przy ciśnieniu malejącym,
m.
p  ciśnienie odczytane z manometru badanego przy ciśnieniu wzrastającym,
r
17
3. Błąd tarciowy (tj. różnica wskazań dla tej samej wartości ciśnienia przed i po lekkim
opukaniu badanego ciśnieniomierza) przekracza połowę bezwzględnej wartości
błędu granicznego "p .
max
4. Rozruch (tj. najmniejsza wartość ciśnienia, przy której wskazówka zaczyna odchylać
się od położenia zerowego) jest większy od bezwzględnej wartości błędu
charakterystycznego "p .
max
5. Manometr nie zachowuje dokładności wskazania zerowego, tj. przy doprowadzaniu
do elementu sprężystego ciśnienia równego ciśnieniu odniesienia, którym może być
ciśnienie atmosferyczne, koniec wskazówki nie pokrywa się z zerową kreską
podziałki.
B. Wyznaczanie klasy manometru sprężystego
Klasa manometru jest to liczba większa od maksymalnego błędu względnego
obliczanego ze wzoru:
"pmax
´max = Å"100% ;
zakres
Sposób wyznaczania ´ jest nastÄ™pujÄ…cy: porównuje siÄ™ wskazania manometru
max
badanego (tj. tego, którego klasa ma być wyznaczana) ze wskazaniami manometru
wzorcowego w całym jego zakresie, dla ciśnienia rosnącego i malejącego. Wyznacza się
w ten sposób błędy bezwzględne pomiaru - "p oraz błędy histerezy - "p . Największa z
h
wartości błędów "p lub "p stanowi "p (maksymalny błąd bezwzględny).
h max
Do wyznaczania klasy manometru stosuje się manometry obciążnikowo-tłokowe
lub hydrauliczne sprawdziany manometrów. W tych ostatnich przyrządach wzorcowym
jest manometr sprężysty z rurką Bourdona odpowiednio wysokiej klasy dokładności.
Tok postępowania przy wyznaczaniu klasy manometru sprężystego jest identyczny, jak
w przypadku sprawdzania manometru.
18
X. Bibliografia
[1]. Gundlach W.   Podstawy metrologii , Wyd. Politechniki A
ódzkiej 1983,
[2]. Mieszkowski M.  Pomiary cieplne i energetyczne , Warszawa 1981,
[3]. Pietraszkiewicz W.   Manometry , Warszawa 1957,
[4]. Praca zbiorowa   Pomiary cieplne , Warszawa 1993,
[5]. Praca zbiorowa   Termodynamika  laboratorium miernictwa cieplnego , Wyd.
Politechniki Gdańskiej 1993.
19
Karta badanie i wzorcowania manometrów oraz przetworników ciśnienia
ImiÄ™ i nazwisko studenta: 1 & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .& & & & & .
2 & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .& & & & & .
3 & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .& & & & & & & & .
4 & & & & & & & & & & & & .& & & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .
Rok studiów: & & & & & & & & & & & & & & & Grupa: & & & & & ..& & & & & & & & & & & & &
Data: & & & & & & & & & & & & & & & & & & & .. Godzina: & & & & & & & & & & & & & & & & & .
Tab. Zestawienie wyników pomiaru
Manometr sprężysty Przetwornik ciśnienia
Wartość Wartość
Wskazania Wskazania
sygnału sygnału
Obciążenie manometru manometru Obciążenie
Lp. przy przy
prasy przy przy prasy
obciążeniu obciążeniu
manometrycznej obciążeniu obciążeniu manometrycznej
rosnÄ…cym malejÄ…cym
rosnÄ…cym malejÄ…cym
[mA] [mA]
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
24.
25.
20
OGÓLNE ZASADY EKSPLOATACJI I BEZPIECZEC
STWA OBSA
UGI MANOMETRU
OBCI
ŻNIKOWO-TA
OKOWEGO TYPU MTU
W trakcie eksploatacji manometru należy zachować ostrożność z uwagi na
wytwarzane wysokie ciśnienie oleju w instalacji hydraulicznej manometru. W
szczególności należy przestrzegać poniższych zaleceń:
- przed każdorazowym zdjęciem obciążników pomiarowych z obciążnika
podstawowego należy zredukować w układzie hydraulicznym ciśnienie do zera
przez pokręcenie pokrętłem pompy oleju /2/ w lewo, aż do chwili gdy tłok
pomiarowy padnie do położenia wyjściowego,
- przed każdorazowym wymontowaniem badanych manometrów z gniazd
manometrycznych /4/ i /5/ należy ciśnienie w układzie hydraulicznym zredukować
do zera, postępując jak wyżej oraz odciąć gniazda manometryczne od reszty układu,
przez pokręcenie pokrętkami zaworów /6/ i /7/ w prawo do oporu,
- przed każdorazowym otwarciem zaworów odcinających /6/, /7/, /8/ i /9/ należy
zredukować ciśnienie do zera.
Po zakończeniu pracy na manometrze należy:
- wymontować z gniazd manometrycznych badane manometry i założyć na gniazda
gumowe czepki ochronne po uprzednim zredukowaniu ciśnienia do zera,
- otworzyć zawór odcinający /8/ zbiornika wyrównawczego oleju pokręcając
pokrętłem zaworu w lewo (1.5  2.5 obrotów),
- pokrętłem pompy oleju /2/ kręcić w prawo do oporu a następnie w lewo 1  1.5
obrotów.
Pokrętłem pompy oleju należy kręcić powoli i płynnie, a po wystąpieniu
wyczuwalnego oporu zaprzestać kręcenia. Po dłuższym okresie nie używania
manometru (minimum 48 godzin) może wystąpić przyklejenie się uszczelek tłoka
pompy oleju do cylindra. Dlatego też przed każdorazowym przystąpieniem do pracy na
manometrze należy:
- pokrętłem pompy oleju /2/ kręcić w prawo 0.5  1.0 obrotów w celu zlikwidowania
ewentualnego przyklejenia uszczelki tłoka.
W przypadku przyklejenia się uszczelki tłok do cylindra i kręceniu pokrętłem
pompy oleju w lewo (w celu jej wypełnienia olejem) można spowodować wyrwanie
21
uszczelki z zabieraka tłoka lub jej uszkodzenia. W obu przypadkach konieczne będzie
wymontowanie pompy oleju z manometru, jej rozebranie i wymiana uszczelki.
22