POMIAR CIÅšNIENIA
1. PODSTAWOWE POJ
CIA
Jednym z podstawowych parametrów określających termodynamiczny stan ciała jest ciśnienie. Pomiar
ciśnienia jest elementem składowym prawie wszystkich pomiarów występujących w praktyce
inżynierskiej.
Ciśnienie jest wywierane na ciała stałe i płyny w kierunku prostopadłym do ich powierzchni.
W ogólnym przypadku ciśnienie P definiuje się jako granicę stosunku siły normalnej do powierzchni
do pola tej powierzchni, gdy wartość pola powierzchni dąży do zera
Fn "Fn
P = lim =
"A0
A "A
gdzie: Fn - składowa siły prostopadła do powierzchni,
A - pole powierzchni.
Gdy siła Fn rozłożona jest równomiernie na powierzchni, wówczas ciśnienie określa wzór:
Fn
P =
A
Wartość mierzonego ciśnienia zależy od przyjętego poziomu odniesienia. Ciśnienie zmierzone
względem próżni jest nazywane ciśnieniem absolutnym lub bezwzględnym i najczęściej bywa
oznaczane literÄ… P.
Ciśnienie manometryczne Pm - 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 Pb.
Wzajemne zależności między omówionymi ciśnieniami pokazano na rys. 1.
Rys. 1. Rodzaje ciśnień
Ciśnienie wywierane przez słup płynu nosi nazwę ciśnienia hydrostatycznego i jest określone
wzorem:
P = Á Å" g Å" h
gdzie: Á - gÄ™stość cieczy manometrycznej,
g - przyspieszenie grawitacyjne,
1
 h - wysokość słupa cieczy.
W układzie międzynarodowym jednostek miar SI podstawową jednostką ciśnienia jest paskal. Jeden
paskal jest to ciśnienie, które wywiera siła 1N działająca równomiernie na powierzchnię o polu 1m2.
Ponieważ paskal jest jednostką ciśnienia bardzo małą, np.: ciśnienie barometryczne wyraża się liczbą
około 105 Pa, stąd w technice używa się wielokrotności tej jednostki: kilopaskali (1 kPa = 103 Pa)
oraz magapaskali (l MPa = 106 Pa).
Innymi jednostkami, w których wyraża się wielkość ciśnienia są:
kG N
Atmosfera techniczna 1at = 1 = 9,80665Å"104 = 0,0981MPa
cm2 m2
Bar 1bar = 105 Pa
Tor (Wysokość słupa rtęci) 1Tr = 1mmHg = 133,3Pa
Wysokość słupa wody 1mmH2O = 9,81Pa
2. PRZYRZ
DY DO POMIARU CIÅšNIENIA  CIÅšNIENIOMIERZE.
SPRAWDZANIE I WZORCOWANIE CIÅšNIENIOMIERZY
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 przyrzÄ…du 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.
2.1. SPRAWDZANIE I WZORCOWANIE MANOMETRÓW
HYDROSTATYCZNYCH
W przyrządach tego rodzaju mierzone ciśnienie równoważone jest hydrostatycznym ciśnieniem słupa
cieczy. Do sprawdzania używa się mikromanometru Askania.
2.1.1. Wzorcowanie mikromanometrów
Schemat ideowy układu do wzorcowania mikromanometrów pokazano na rys.2. Manometrem
wzorcowym jest mikromanometr Askania, manometrami badanymi sÄ…: mikromanometr Recknagla,
manometr przeponowy i dwa manometry U-rurkowe. Wzorcowanie przeprowadza się w całym
zakresie pomiarowym mikromanometru Askania. Ciśnienie w układzie jest wytwarzane za pomocą
pompki wodnej (rys.2).
2
Rys. 2. Schemat ideowy układu do wzorcowania mikromanometrów: 1  mikromanometr Askania, 2
- mikromanometr Recknagla, 3 - manometr przeponowy, 4 - U-rurka wypełniona rtęcią., 5 - U-rurka
wypełniona woda, 6  pompka wodna
Sposób pomiaru
1. Ustawić przyrządy w pozycji roboczej: manometry Askania i Recknagla ustawia się w pionie za
pomocÄ… poziomic wbudowanych w te przyrzÄ…dy; manometry U-rurkowe ustawia siÄ™ za pomocÄ…
pionu murarskiego; manometr przeponowy jest wbudowany zgodnie z zaleceniem podanym na
tarczy.
2. Wyzerować mikromanometry Askania i Recknagla zgodnie ze wskazówkami podanymi niżej
(pozostałe przyrządy nie wymagają zerowania).
3. Podłączyć mikromanometr Askania do z
ródła ciśnienia (pozostałe manometry są podłączone na
stałe).
4. Wytworzyć ciśnienie w układzie za pomocą pompki wodnej przez podniesienie naczynia A - rys.
2 o jeden uskok do góry.
5. Zmierzyć wartość uzyskanego ciśnienia za pomocą mikromanometru Askania (patrz niżej).
6. Odczytać wskazania przyrządów wzorcowanych.
7. Powtórzyć czynności z pkt. 5 i 6, podnosząc naczynie A za każdym razem o jeden uskok w górę,
wytwarzając w ten sposób odpowiednie ciśnienie w całym zakresie pomiarowym manometru
Askania.
2.1.2. Wzorcowanie mikromanometru Recknagla
Sprawdzanie manometru Recknagla polega na ustaleniu rzeczywistego błędu wskazania przyrządu
(przy zadanym położeniu) i porównaniu go z błędem granicznym wynikającym z klasy przyrządu (dla
danego położenia). Sprawdzenia dokonuje się mierząc jednocześnie zadaną wartość ciśnienia
manometrem wzorcowym i manometrem badanym (patrz Rys.3). Manometrem wzorcowym jest
manometr Askania typu MK-2. Wzorcowanie przeprowadza się aż do uzyskania maksymalnego
wychylenia (1) w manometrze Recknagla. Nadciśnienie w układzie wytwarzane jest za pomocą
drugiego manometru Askania spełniającego rolę pompki wodnej (podnoszenie zbiornika 1 powoduje
sprężenie powietrza nad powierzchnią cieczy drugiego zbiornika 2).
3
Rys.3 Schemat układu do sprawdzania manometru z pochyłym ramieniem; 1- manometr Askania
(wzorcowy), 2- manometr Recknagla, 3- pompka wodna (manometr Askania pomocniczy).
Sposób pomiaru.
1. Ustawić przyrząd w pozycji pracy (manometry Askania i manometr Recknagla ustawia się za
pomocÄ… poziomic wbudowanych w te manometry).
2. Wyzerować manometr Askania zgodnie ze wskazówkami podanymi w instrukcji poniżej.
3. Połączyć manometr Askania z pozostałymi przyrządami.
4. Wytworzyć ciśnienie w układzie za pomocą pompki wodnej. W tym celu podnieść naczynie 1 w
pomocniczym manometrze ASKANIA (za pomocą śruby mikrometrycznej 7, kręcąc w prawo) na
wysokość 10 mm.
5. Odczytać wartość ciśnienia z wzorcowanego manometru Askania.
6. Odczytać wychylenie cieczy w manometrze Recknagla.
7. Podnieść naczynie 1 w pomocniczym manometrze Askania o kolejne 10 mm i po ustaleniu się
ciśnienia wykonać czynności z punktów 5 i 6.
8. Podnosić naczynie 1 w pomocniczym manometrze Askania tak długo, aż osiągnie się maksymalne
wychylenie cieczy w manometrze Recknagla.
2.1.3. Manometr dwuramienny, tzw. U  rurkowy  budowa i zasada działania
Za pomocą manometrów U - rurkowych można mierzyć nadciśnienie, podciśnienie oraz różnicę
ciśnień w zależności od sposobu przyłączenia. Jest to najprostszy manometr służący do pomiaru
technicznych ciśnień, w tym m.in. do pomiaru małej różnicy ciśnień, jak np. przy przepływie płynów
przez zwężkę. Najważniejszą częścią tego manometru (rys. 4) jest rurka szklana (1) zgięta na kształt
litery U, deska mocująca (2) oraz podziałka milimetrowa (3).
Zasada działania manometrów U - rurkowych oparta jest na równości ciśnień na poziomych
powierzchniach ekwipotencjalnych w naczyniach połączonych. Pomiarowi podlega przesunięcie słupa
cieczy manometrycznej (spiętrzenie) h. Wobec tego, że na poziomie niższej powierzchni cieczy
ciśnienia w obu ramionach są jednakowe, to
P1 = Å‚ Å" h + P2
a różnica ciśnień wynosi:
P2 - P1 = "P = Å‚ Å" h = Á Å" g Å" h
gdzie: ł - ciężar właściwy cieczy manometrycznej [N/m3],
W trakcie pomiarów tym przyrządem należy unikać wychyleń (wysokości słupa) mniejszych od 100
mm, ze względu na zmniejszającą się dokładność pomiarów. Dla określonego ciśnienia wychylenie to
"P
zależy od gęstości użytej cieczy ( h = ). Do mierzenia niedużych ciśnień należy stosować ciecze o
Ág
małej gęstości. W praktyce wykonuje się U - rurki do pomiaru ciśnień nie przekraczających 300 kPa.
4
Podyktowane to jest m.in. trudnością w utrzymaniu jednakowej temperatury (gęstości) cieczy
manometrycznej na poziomach różniących się znacznie wysokością.
Rys. 4. Manometr cieczowy dwuramienny.
2.1.4. Manometr Recknagla (z rurką pochyłą) - budowa i zasada działania
W celu zwiększenia dokładności pomiaru małych ciśnień rzędu kilkudziesięciu paskali, stosuje się
manometry z rurką pochyłą. Ideowy schemat takiego manometru pokazano na rys. 5. Zastosowanie
rurki pochyłej umożliwia zwiększenie dokładności odczytu przemieszczeń słupa cieczy
manometrycznej, ponieważ wysokość h (rys. 5) mierzy się za pośrednictwem długości słupa cieczy l.
Błąd pomiaru przy posługiwaniu się manometrem z rurką pochyłą maleje wraz z malejącym ą (im
mniejszy kąt pochylenia rurki, tym większa długość słupa cieczy odpowiadająca określonemu
ciśnieniu). Jednak przy małym ą, mimo zastosowania kapilary o średnicy wewnętrznej 1,5 - 4 mm i
cieczy manometrycznej o małej lepkości (alkohol C2H5OH), menisk staje się niewyraz
ny.
W manometrze Recknagla (Rys. 6) rurce można nadawać kilka różnych pochyleń, a przez to zmieniać
zakres pomiarowy i jednocześnie dokładność pomiaru (Tab. 1).
Manometr ten może służyć do pomiaru nadciśnienia, podciśnienia oraz różnicy ciśnień. Nadaje się on
szczególnie do współpracy z rurkami spiętrzającymi. Jest także przystosowany do pomiaru ciśnień
dynamicznych. Podstawowymi częściami manometru są: zbiornik pomiarowy (1) zamocowany na
podstawie (2), szklana rurka pomiarowa (3) umieszczona w ramieniu mikromanometru (4); uchwyt (5)
i prowadnica wskaz
nika (6). Rurka pomiarowa połączona jest ze zbiornikiem (1) rurką metalową
przechodzÄ…cÄ… przez oÅ› obrotu ramienia. Kurek rozdzielczy (12) zamocowany na pokrywie zbiornika,
zaopatrzony jest w dwie końcówki, oznaczone (+} i (-), do których doprowadza się ciśnienia (do
końcówki (+) ciśnienie wyższe, do końcówki ( ) ciśnienie niższe).
5
Rys.5. Manometr z rurką pochyła. Sposób odczytywania wskazań manometru.
Rys 6. Manometr Recknagla - widok
Tablica 1 Zakresy pomiarowe oraz klasy dokładności manometru typu Recknagla MPR 4
Przełożenie Zakres pomiarowy* Klasa dokładności
n [Pa] [%]
6
1:1 0 - 1600 0,5
1:2 0- 800 0,5
1:5 0- 320 0,5
1:10 0- 160 1,0
1:25 0- 64 1,5
1:50 0- 32 2,5
*dla cieczy o gęstości 800 kg/m3
Może on przyjmować trzy położenia: P - pomiar, Z - zamknięte, 0 - zerowanie manometru. Do
podstawy mikromanometru przymocowane są: płaskie ramię (8) służące do zamocowania rurki
pomiarowej pod odpowiednim kątem, dwie śruby (9) do poziomowania oraz poziomica (7). W
pokrywie mikromanometru znajduje się otwór (10) służący do napełniania przyrządu cieczą
manometryczną oraz urządzenie do jej nastawiania w punkcie zerowym (za pomocą gałki pokrętnej
11). Przy korzystaniu z tego typu przyrządów należy zwrócić szczególną uwagę na dokładne
poziomowanie podstawy. Niedokładne poziomowanie może być przyczyną znacznych błędów
pomiarowych, przy czym ich wartość wzrasta ze zmniejszeniem kąta nachylenia ramienia
(zwiększeniem przełożenia).
Wykonanie pomiaru ciśnienia mikromanometrem Recknagla
1. Ustawić manometr w pozycji pionowej (poziomica 7).
2. Wyzerować manometr (manometr odłączony od z
ródła ciśnienia):
- ustawić kurek rozdzielczy 12 w pozycji  0",
- ustawić ramię mikromanometru 4 w pozycji pionowej,
- sprawdzić, czy najniższy punkt menisku w rurce pomiarowej 3 znajduje się na kresce oznaczającej
początek skali; jeśli nie, to wyzerować przyrząd za pomocą gałki pokrętnej 11.
3. Ustawić kurek rozdzielczy 12 w pozycji  P".
4. Podłączyć manometr do z
ródła ciśnienia (przy pomiarze nadciśnienia wąż podłączamy do
końcówki ze znakiem (+)).
5. Po odczekaniu, aż ciecz przestanie drgać w rurce pomiarowej, dokonać odczytu wartości ciśnienia
ze skali naniesionej na rurce pomiarowej 3.
2.1.5. Mikromanometr kompensacyjny Askania
Do pomiaru bardzo małych ciśnień stosowane są mikromanometry kompensacyjne. Najbardziej
rozpowszechnionym przyrządem tego typu jest mikromanometr Askania. Jego przekrój jest pokazany
na Rys.7. Jest to przyrząd laboratoryjny służący do pomiaru nadciśnienia, podciśnienia oraz różnicy
ciśnień statycznych. Ze względu na uzyskiwaną dokładność pomiaru (Tabl. 2) znajduje zastosowanie
m.in. przy wzorcowaniu i sprawdzaniu innych manometrów.
Głównymi elementami składowymi przyrządu są dwa naczynia (1) i (2) wypełnione częściowo cieczą
manometryczną (wodą destylowaną) i połączone giętkim przewodem (3). Naczynie (2) wykonane jest
w kształcie walca o osi poziomej; walec zamknięty jest dwoma przezroczystymi dnami, z których
jedno stanowi soczewka wypukła (4). Wewnątrz naczynia umieszczone jest stożkowe ostrze (5),
którego wierzchołek znajduje się w osi optycznej soczewki. Naczynie (1) przymocowane jest do śruby
mikrometrycznej (6); skok jej wynosi zwykle 1 mm. Głowica (7) śruby mikrometrycznej wyposażona
jest w podziałkę (8) stanowiącą noniusz podziałki pionowej (9); wartość elementarnej działki skali
pionowej wynosi 1 mm. Wysokość położenia naczynia (1) pokazuje na skali poziomej wskaz
nik (10)
a na skali pionowej wskaz
nik (11). Różnicę poziomów cieczy w obu naczyniach, spowodowaną
mierzonym ciśnieniem (rys. 3.10), kompensuje się przez podnoszenie za pomocą śruby
mikrometrycznej naczynia (1) do chwili, gdy nastąpi zetknięcie ostrza (5) ze zwierciadłem cieczy.
Obserwację tego zjawiska ułatwia to, że przez wziernik widoczne jest zarówno ostrze, jak i jego
odbicie w zwierciadle cieczy. Mikromanometr poziomuje się za pomocą śrub (12); wskaz
nikiem
prawidłowego ustawienia jest poziomica (13). Do zerowania (adjustowania) mikromanometru służy
śruba (14), którą regulować można położenie naczynia (2).
7
Rys. 7. Mikromanometr Askania
Tablica 2 Dane techniczne mikromanometrów kompensacyjnych typu Askania MK-1 i MK-2
Parametr MK-1 MK-2
Zakres wskazań - max 1471 Pa 2452 Pa
Klasa dokładności 0,05 0,05
Maks. ciśnienie statyczne 10 kPa 10 kPa
Ciecz manometryczna zalecana woda destylowana woda destylowana
Pomiar ciśnienia mikromanometrem Askania
1. Ustawić manometr w pozycji pionowej (poziomica 13).
2. Wyzerować przyrząd (manometr odłączony od z
ródła ciśnienia);
- ustawić zero na skali pionowej i poziomej (dokonuje się tego za pomocą głowicy 7 śruby
mikrometrycznej 6 - Rys.7),
- za pomocą śruby regulacyjnej 14 doprowadzić zbiornik 2 do położenia, w którym wierzchołek ostrza
5 zetknie się ze swoim odbiciem lustrzanym (Rys. 8 - przekrój A). ostrze pomiarowe zbliży się do
swego obrazu odbitego bez wzajemnego przecięcia się
3. Podłączyć manometr do z
ródła ciśnienia (przy pomiarze nadciśnienia wąż podłącza się do
końcówki (+)).
8
4. Skompensować wytworzone ciśnienie przez podnoszenie naczynia 1 do położenia, w którym
nastąpi zetknięcie ostrza 5 ze zwierciadłem cieczy (Rys. 8 -przekrój A); naczynie 1 podnosi się kręcąc
w prawo głowicą 7 śruby mikrometrycznej 6.
5. Odczytać wartość ciśnienia na podziałkach: pionowej 9 i poziomej 8.
Pomiar ciśnienia przy użyciu minimetru Askania sprowadza się do mierzenia wzniosu zbiornika
wyrównawczego (Rys. 8), a nie różnicy poziomów cieczy. Jest to bardzo korzystne, gdyż eliminuje
błędy związane z lepkością cieczy, zwilżaniem ścianek i niejednakową średnicą rurek na całej
długości, ponieważ praktycznie oba meniski są na tej samej wysokości naczyń.
Rys. 8. Zasada działania mikromanometru Askania
2.1.6 Błędy pomiarowe manometrów hydrostatycznych
Podstawowe przyczyny błędów występujących przy pomiarze ciśnienia za pomocą manometrów
hydrostatycznych rozpatrzone są poniżej.
1. Podniesienie poziomu cieczy w rurce wskutek zjawiska włoskowatości (kapilarności). Zmianę
wysokości słupa cieczy h spowodowaną zjawiskiem włoskowatości można określić według
w
przybliżonego wzoru:
11 30
hw E" mm dla alkoholu hw E" mm dla wody.
d d
Z obu wzorów wynika, że wartość wielkości hw można skutecznie zmniejszyć stosując do budowy
manometrów rurki o odpowiednio dużych średnicach. W manometrach U-rurkowych, teoretycznie
biorąc, wpływ włoskowatości jest skompensowany, gdy średnice rurek obu ramion są identyczne.
Należy podkreślić odmienne zachowanie się rtęci wskutek włoskowatości. Rtęć nie zwilża ścianek
rurek szklanych, tworząc menisk wypukły. Dla wody i alkoholu poprawkę hw należy odjąć od
wskazań manometru. Dla rtęci natomiast poprawkę hw należy dodać do wskazań manometru.
Postępuje się przy tym zgodnie z następującą zasadą: menisk wklęsły odczytuje się wg najniższego
jego punktu, zaś wypukły - wg najwyższego.
9
Rys. 9 Widok menisku wklęsłego.
2. Nieuwzględnienie zmian temperatury, które powodują równoczesną zmianę gęstości cieczy
manometrycznej oraz zmianę długości skali pomiarowej.
3. Zanieczyszczenie a w szczególności zatłuszczenie rurek; błąd wynikający z zatłuszczenia rurek
może być dużo większy od błędu wynikającego z nieuwzględnienia wpływu zjawiska włoskowatości.
4. Nierównomierne średnice rurek; celem uniknięcia tego błędu stosuje się rurki kalibrowane o
stałej średnicy.
2.1.7. Ciecze manometryczne
Ciecze manometryczne powinny tworzyć wyraz
ny menisk, tzn. nie mogą mieszać się ani tworzyć
roztworów z płynem impulsowym (wywierającym ciśnienie), lepkość, współczynnik rozszerzalności
objętościowej oraz napięcie powierzchniowe cieczy nie powinny być zbyt duże, gęstość cieczy nie
może ulegać zmianom w wyniku absorpcji pary wodnej z powietrza lub odparowywania bardziej
lotnych składników.
Tablica 3 Gęstości niektórych cieczy manometrycznych
Nazwa cieczy Wzór chemiczny
3 GÄ™stość Á [kg/m3]
manometrycznej
w temperaturze t [ °C ]
10 20 35
Alkohol etylowy C2H5OH 817 809 706
Woda H2O 1000 998 994
Rtęć Hg 13570 13550 13510
2.2. SPRAWDZANIE I WZORCOWANIE CIÅšNIENIOMIERZY SPR
ŻYNOWYCH
Wskutek zachodzących procesów starzenia, wskazania manometrów sprężynowych różnią się nieraz
bardzo znacznie od rzeczywistej wartości mierzonego ciśnienia. Przyczyną tego jest histereza
odkształceń sprężystych czujnika oraz zużycie mechanizmu przekazywania impulsu ciśnienia.
Do wzorcowania i sprawdzania manometrów stosuje się wzorcowe manometry sprężynowe lub
obciążnikowo-tłokowe. Ogólne zasady sprawdzania i wzorcowania przedstawiają się następująco.
Przyrządy, badany i wzorcowy, ustawia się w położeniu normalnym i sprawdza czy wskaz
niki
(wskazówka, menisk) są w położeniu zerowym. Następnie oba przyrządy przyłącza się równolegle do
zbiornika, w którym przy pomocy pompy ciśnieniowej (prasy hydraulicznej, sprężarki) lub w
przypadku próżniomierza - pompy próżniowej, wytwarza się ciśnienie wyrażające się całkowitą
ilością działek na manometrze badanym lub wzorcowym.
Wskazania przyrządu sprawdza się w całym obszarze jego podziałki w takiej ilości punktów, jaka jest
określona normą dla danego typu przyrządu.
W wielu przypadkach zaliczanie manometrów do tej lub innej klasy dokładności zależy prawie
wyłącznie od wartości liczbowej opóz
nienia sprężystego. Stąd też manometry sprężynowe sprawdza
się dla ciśnień rosnących i malejących po odpowiednim przetrzymaniu przyrządu przy najwyższym
10
ciśnieniu oznaczonym na podziałce. Ze względu na istnienie tarcia i luzów w mechanizmie przekładni
manometrów sprężynowych niezbędne jest każdorazowe opukanie przyrządu przed odczytaniem
wskazania.
2.2.1. Wzorcowanie wakuometrów
Schemat ideowy układu do wzorcowania wakuometrów jest przedstawiony na rys. 10. Manometrem
wzorcowym jest manometr sprężynowy z rurką Bourdona, a manometrami wzorcowanymi są:
manometr sprężynowy z rurką Bourdona i manometr sprężynowy przeponowy. Podciśnienie w
układzie jest wytwarzane za pomocą pompy próżniowej 7.
Rys. 10. Schemat układu do wzorcowania wakumetrów: 1 - manometr wzorcowy, 2  manometr
sprężynowy z rurką Bourdona, 3 - manometr sprężynowy przeponowy, 4  zbiornik wyrównawczy,
5, 6  zawory, 7  pompa próżniowa
Tok postępowania
Wytworzyć podciśnienie w zbiorniku wyrównawczym. W tym celu należy:
- zamknąć zawór 6 (rys. 10),
- otworzyć zawór 5.
-uruchomić pompę próżniową 7, obserwując jednocześnie wskazanie manometru przeponowego 3;
zamknąć zawór 5, a następnie wyłączyć pompę próżniową w chwili, gdy wskazanie manometru będzie
wynosiło ok. 20 Tr.
2. Odczytać dokładnie wskazanie manometru wzorcowego.
3.Odczytać wskazania obu manometrów sprężynowych pamiętając, że manometr przeponowy
pokazuje ciśnienie absolutne.
4. Otworzyć zawór 6, a następnie zamknąć w chwili, gdy wskazówka przesunie się o żądaną wartość.
Po ustaleniu się ciśnienia odczytać wskazania manometrów.
5. Postępując identycznie, jak w punkcie 4, dokonywać odczytów wskazań manometrów aż do
zrównania się ciśnienia w zbiorniku wyrównawczym 4 z ciśnieniem barometrycznym (otworzyć
całkowicie zawór 6).
6. Odczytać ciśnienie barometryczne. Jego wartość jest oczywiście ostatnim wskazaniem manometru
przeponowego 3.
Barometr rtęciowy
Barometry są to przyrządy do pomiaru ciśnienia atmosferycznego. Barometry hydrostatyczne
napełniane są wyłącznie rtęcią, ponieważ ciśnienie nasycenia par rtęci odpowiadające temperaturze
otoczenia jest znikomo maÅ‚e (np. w temperaturze 20°C wynosi 0,267 Pa i jest dużo mniejsze od
osiąganej dokładności pomiaru). W praktyce najczęściej stosuje się barometry lewarowe i naczyniowe.
Na Rys. 11 pokazano schemat barometru naczyniowego bez nastawy zerowej.
11
Rys. 11 Schemat barometru naczyniowego bez nastawy zerowej.
2.2.2. Sprawdzanie manometru sprężynowego z rurką Bourdona
Do sprawdzania manometrów używa się bardzo często manometrów obciążnikowo-tłokowych. W
przyrządach tych ciśnienie jest wytwarzane przy użyciu pompy olejowej, która spręża olej
wypełniający manometr badany, manometr tłokowy i przewody doprowadzające. Ciśnienie
sprężonego oleju mierzy się jednocześnie obydwoma manometrami: tłokowym i sprężynowym z rurką
Bourdona. Ponieważ klasa dokładności manometru tłokowego jest wyższa niż manometru z rurką
Bourdona, wskazuje on ciśnienie wzorcowe, z którym porównuje się ciśnienie wskazywane przez
badany manometr z rurką Bourdona. Pomiary wykonuje się w całym zakresie manometru badanego.
Tok postępowania
1. Odpowietrzyć manometr obciążnikowo-tłokowy (Rys. 12). W tym celu:
- zamknąć zawory 5,6,7,
- otworzyć zawór 8 (do zbiornika oleju),
- przy użyciu śruby 4 (kręcąc w prawo lekko do oporu) wytłoczyć olej z kanałów łączących do
zbiornika oleju 9,
- napełnić kanały olejem (zawory 5,6,7 zamknięte, zawór 8 -otwarty); czynność tę wykonuje się
kręcąc śrubą 4 w lewo lekko do oporu.
2. Otworzyć zawory 5 i 6; zawór 8 pozostaje otwarty, a 7 zamknięty.
3. Odczytać wskazanie manometru badanego dla zerowego ciśnienia wzorcowego (przy otwartym
zaworze 8 układ jest podłączony do otoczenia, w związku z czym nadciśnienie oleju jest równe zeru).
4. Zamknąć zawór 8.
5. Używając śruby 4 (kręcąc powoli w prawo) wytworzyć ciśnienie, którego wartość określa się
następująco:
- odczytać z talerza 1 oraz obciążnika 2 wartości ciśnienia, które są na nich wybite;
- za pomocą śruby 4 tak zwiększać ciśnienie, aby biały pasek na talerzu 1 był na tej samej wysokości,
co środkowe nacięcie na wskaz
niku 3.
6. Wykonać pomiary w całym zakresie manometru sprawdzanego dla ciśnienia rosnącego, a następnie
malejącego, przy czym po uzyskaniu Pmax utrzymać to ciśnienie przez 5 min.
Uwaga:
Przed każdym pomiarem należy:
- sprawdzić, czy numer na obciążniku 2 jest taki sam, jak na talerzu 1,
- wprawić talerz w ruch obrotowy celem uniknięcia tarcia między tłokiem a cylindrem, jakie może
powstać wskutek niedokładnego ustawienia przyrządu,
- lekko opukać obudowę manometru badanego.
12
Rys. 12. Widok manometru obciążnikowo-tłokowego: 1 - talerz, 2 - obciążniki, 3 - wskaz
nik, 4 -
Śruba napędowa, 5,6,7,8 - zawory odcinające, 9 - zbiornik oleju
Manometr badany nie spełnia stawianych mu wymagań, jeśli 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
malejÄ…cych):
"Pa > "Pmax
gdzie: "Pa=Po  Pw - różnica wskazań manometru badanego i wzorcowego,
Po - ciśnienie odczytane z manometru badanego.
Pw - ciśnienie wzorcowe (rzeczywiste),
"Pmax - błąd charakterystyczny (graniczny) manometru badanego wynikający z klasy dokładności:
klasa " 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: "Ph =Pm-Pr - histereza pomiarowa,
Pm - ciśnienie odczytane z manometru badanego przy ciśnieniu malejącym,
Pr - ciśnienie odczytane z manometru badanego przy ciśnieniu wzrastającym,
3. Błąd tarciowy przekracza połowę bezwzględnej wartości błędu granicznego "Pmax
4. Rozruch jest większy od bezwzględnej wartości błędu charakterystycznego "Pmax
5. Manometr nie zachowuje dokładności wskazania zerowego, tj. przy doprowadzeniu do elementu
sprężystego ciśnienia równego ciśnieniu odniesienia, (którym może być np. ciśnienie atmosferyczne)
koniec wskazówki nie pokrywa się z zerową kreską podziałki.
2.2.3. Wyznaczanie klasy manometru sprężynowego
Klasa manometru to liczba normalna większa od maksymalnego błędu względnego obliczanego ze
wzoru
13
"Pmax
´max = Å"100%
zakres
Sposób wyznaczania klasy jest następujący: porównuje się wskazania manometru badanego (tj. tego,
którego klasa ma być wyznaczona) 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 - "Ph. Największa z wartości błędów "P lub "Ph stanowi "Pmax (maksymalny
błąd bezwzględny).
Zgodnie z Polskimi Normami klasy dokładności urządzeń ustala się wybierając oznaczenie z ciągu
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.
Ponadto dla urządzeń do pomiaru i przetwarzania ciśnienia dopuszcza się klasy dokładności
oznaczone większymi liczbami.
2.2.4 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
jako manometry 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 wzorcowania i sprawdzania manometrów innych typów.
Wykorzystuje się je również do bezpośredniego pomiaru wysokich ciśnień. Zakres stosowanych
ciśnień jest bardzo duży i wynosi 0,2-3000 MPa, przy czym niedokładność wskazań dochodzi do
zaledwie ą0,2% górnej wartości granicznej zakresu pomiarowego.
Rys. 13. Schemat manometru obciążnikowo-tłokowego.
Schemat manometru obciążnikowo-tłokowego jest pokazany na Rys. 13. Główne części manometru
to: 1 - tłok, 2 - cylinder, 3 - talerz, 4 - obciążniki. Tłok jest stalowym wałkiem, na końcu którego
znajduje się nakrętka nie pozwalająca na wyjęcie tłoka z cylindra, bez uprzedniego wykręcenia
14
cylindra z podstawy. Zazwyczaj cylinder wykonuje się ze stopów metali nieżelaznych (brąz lub
mosiądz). Tłok i kanał wewnętrzny cylindra mają kształt walca i są tak do siebie dopasowane, aby luz
pomiędzy nimi był rzędu kilku mikronów. Powierzchnie te powinny być starannie wypolerowane. Dla
dogodnej obsługi manometry tłokowe zaopatruje się w pompę olejową (5) składającą się ze śruby (6),
cylindra (7) i tłoczka gumowego (8). Przestrzeń tłoczna pompy olejowej jest połączona kanałem z
cylindrem (2), gniazdami do wkręcania manometrów wzorcowych (9) oraz zbiornikiem oleju (10).
Zarówno cylinder, zbiornik oleju jak i gniazda manometrów mogą być odcinane od pompy olejowej
zaworami (11), (12) i (13).
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),
- błędów w określeniu powierzchni czynnej tłoka (powierzchnia, na którą działa wytworzone
ciśnienie.
2.2.5 Manometry sprężynowe
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:
a) manometry rurkowe,
b) manometry przeponowe,
c) manometry mieszkowe.
2.2.5.1. Manometry rurkowe
Manometry rurkowe są w chwili obecnej najczęściej używanymi przyrządami do pomiarów ciśnień,
przy czym stosuje się je do pomiaru nadciśnienia, podciśnienia (wakuometry) albo podciśnienia i
nadciśnienia (manowakuometry). Budowane są w różnych zakresach pomiarowych i dla różnych
płynów, przy czym najwyższa osiągana klasa dokładności to 0,2.
Rys. 14. Mechanizm wskazujący manometru rurkowego: 1  rurka Bourdona, 2 - króciec, 3 
obudowa, 4 - cięgno, 5  korek, 6  przekładnia zębata, 7  wskazówka
15
Rys. 15. Odkształcenie rurki manometrycznej pod wpływem ciśnienia
Przy właściwym doborze materiału sprężystego na rurkę, a także jej przekroju poprzecznego, można
takie manometry wykonywać na ciśnienie do ok. 2000 MPa. Zasadniczym elementem manometru jest
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 materiału zależy od własności płynu, którego ciśnienie jest mierzone oraz od
wymaganego zakresu pomiarowego. Jeden koniec rurki (rys. 14) 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 wykazuje podciśnienie, wtedy krzywizna rurki
powiększa się. Ponieważ jeden koniec rurki jest sztywno zamocowany, zmiana krzywizny powoduje
przemieszczenie jej drugiego, swobodnego końca (rys. 15). Ruch swobodnego końca rurki oddziałuje
na przekładnię zębatą przez układ wodzik-przegub. Proporcjonalnie do obrotu kółka zębatego
przekładni obraca się też wskazówka manometru. 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 ważną wielkością charakteryzującą manometr. Jest zasadą, że granica proporcjonalności nie może
być osiągana w zakresie pomiarowym manometru.
2.2.5.2 Manometry przeponowe
W manometrach tego rodzaju czujnikiem jest przepona (membrana), wykonana ze sprężystego
materiału, szczelnie zamocowana na obwodzie pomiędzy kołnierzami górnej i dolnej części obudowy
przyrzÄ…du (Rys. 16).
16
Rys. 16. Manometr przeponowy: 1  przepona, 2  dżwignia,3 przekładniazębata,4  wska-
zówka, 5  pokrywa górna, 6  pokrywa dolna
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.
2.2.6. Błędy pomiarowe manometrów sprężynowych
Podstawowe przyczyny błędów występujących przy pomiarze ciśnienia za pomocą manometrów
sprężynowych podane są poniżej.
1. Zmiany temperatury czujnika pomiarowego - wartość błędu temperaturowego "Pt odejmuje się
od wartości ciśnienia odczytanego na skali manometru.
2. Zjawisko histerezy elementu sprężystego, czyli opóz
nienie sprężyste  powodujące, że element
sprężysty nie nadąża za zmianami ciśnienia. Wskutek tego wskazania manometru są opóz
nione w
stosunku do zmian ciśnienia mierzonego, tzn., że podczas wzrostu ciśnienia manometr wskazuje za
mało, a podczas spadku ciśnienia za dużo. Opóz
nienie sprężyste manometrów przeponowych jest
znacznie większe niż manometrów z rurką Bourdona.
3. Tarcie i luzy w mechanicznym układzie przenoszenia odkształcenia czujnika - błąd tarciowy (tzn.
wynikający z tarcia) jest to różnica wskazań dla tej samej wartości ciśnienia przed i po lekkim
opukaniu ciśnieniomierza. Z wielkością luzu związane jest pojęcie rozruchu. Określa się go jako
najmniejszą wartość ciśnienia, przy której wskazówka zaczyna odchylać się od położenia zerowego.
LITERATURA
1. Rubik M. i in.: Pomiary w inżynierii sanitarnej. Warszawa: Arkady 1974.
2. Mieszkowski M. i in.: Pomiary cieplne i energetyczne. Warszawa: WNT 1985.
3. Wojciechowski J.: Pomiary w elektrowniach cieplnych. Warszawa: PWT 1958.
4. Walden H.: Mechanika cieczy i gazów. Warszawa: Arkady 1971.
5. Wiśniewski R-: Wysokie ciśnienie. Warszawa: WNT 1980.
6. Cieśliński J.: Sprawdzanie i wzorcowanie manometrów. Gdańsk: Wyd. PG 1988.
7. Pudlik W. I in.: Termodynamika: laboratorium I miernictwa cieplnego Cz.1. Gdańsk, Wyd. PG
1993.
17
8. PN-EN 472:1998 Ciśnieniomierze. Terminologia.
9. PN-EN 837-1 do 3:2000 Ciśnieniomierze.
10. PN-EN 60654-2 do 3:2000 Warunki pracy urządzeń do pomiarów i sterowania procesami
przemysłowymi.
11. PN-79/M-42023 Ciśnieniomierze przemysłowe z elementami sprężystymi. Podział i oznaczenia.
12. PN-88/M-42304 Ciśnieniomierze wskazówkowe zwykłe z elementami sprężystymi.
13. PN-83/M-42308 Rurki syfonowe ciśnieniomierzy i przetworników ciśnienia.
14. PN-84/M-42310 Ciśnieniomierze wskazówkowe ze sprężyną rurkową i przeponowymi
przekaz
nikami ciśnienia.
PYTANIA KONTROLNE
1. Sprawdzanie i wzorcowanie manometrów - definicje.
2. Definicje ciśnienia. Przeliczanie jednostek ciśnienia.
3. Określić rodzaj mierzonego ciśnienia.
4. Podział ciśnieniomierzy.
5. Objaśnić budowę barometru na podstawie definicji ciśnienia barometrycznego.
6. Podać definicję klasy dokładności ciśnieniomierza. Odczytać klasę dokładności z obudowy
manometru.
7. Zasada działania manometrów hydrostatycznych.
8. Cel stosowania manometrów hydrostatycznych.
9. Rodzaje i cel stosowania manometrów z pochyłym ramieniem.
10. Ciecze manometryczne - rodzaje, własności.
11. Sposób odczytywania przy istnieniu menisków.
12. Błędy pomiarowe manometrów hydrostatycznych.
13. Budowa, zasada działania i możliwości pomiarowe manometru Askania.
14. Budowa, zasada działania i możliwości pomiarowe manometru Recknagla.
15. Zasada działania i błędy pomiarowe manometrów tłokowych.
16. Zasada działania i podział ciśnieniomierzy sprężynowych ze względu na rodzaj elementu
sprężystego.
17. Elementy sprężyste używane w ciśnieniomierzach: rodzaje, materiały, budowa.
18. Co to jest histereza?
20. Wyjaśnić zjawisko opóz
nienia sprężystego.
21. Błędy pomiarowe ciśnieniomierzy sprężynowych.
18