Politechnika Rzeszowska Katedra Metrologii i Systemów Diagnostycznych	L/G/Cw 2/1/5	1 Tomasz Pachołek kierownik 2 Magdalena Nizioł 3 Edyta Surdyka	Data 28.04.2016
Laboratorium Technika Sensorowa
POMIARY PRZEPŁYWU GAZÓW	Nr ćwicz.		Ocena
	5

Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie podstawowych układów i zasad pomiaru przepływu gazów

Zagadnienia

1. Przetworniki konduktometryczne i ich właściwości.

2. Przetworniki wirnikowe, typy, właściwości, układy.

3. Przetworniki ciśnieniowe.

4. Warunki stanowiska dla poprawnych pomiarów przepływu.

Program ćwiczenia

1. Pomiar charakterystyki przetwarzania przetwornika wirnikowego

Podczas pomiarów korzystano z czujnika wirnikowego CALEFFI umieszczonego w tunelu powietrznym oraz oscyloskopu cyfrowego do pomiaru częstotliwości na wyjściu przetwornika wirnikowego.

Czujnik wirnikowy
Przepływ (x)
m^3/s
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Rys.1. Charakterystyka przetwarzania przetwornika wirnikowego przepływu

Rys.2. Charakterystyka granicznych błędów nieliniowości przetwornika wirnikowego przepływu

Wyznaczanie czułości badanego przetwornika:

Wyznaczenie czułości Kv:

Wyznacza się z równania linii trendu: y=11,34 * x – 40,37

$$Kv = 11,34\frac{\text{Hz}}{\frac{m^{3}}{s}}$$

Zakres pracy: 4-10 [m3/s]

Graniczny błąd nieliniowości: ∆y = ± 2,2 Hz

Wnioski: Jak widać z charakterystyki czujnik wirnikowy jest czujnikiem niemal wzorcowym jednak dopiero od wartości przepływu 4 m³/s. Czujniki wirnikowe wykazują dużą bezwładność przy małych przepływach gazu. Może być to spowodowane małą gęstością lub zbyt małym ciśnieniem gazu w systemie pomiarowym.

1. Pomiar charakterystyki przetwarzania przetwornika zwężkowego

Czujnik zwężkowy
Przepływ (x)
m^3/s
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Wyznaczanie czułości badanego przetwornika:

Wyznaczenie czułości Kv:

Wyznacza się z równania linii trendu: y=1,381 * x – 0,909

$$Kv = 1,381\ \frac{\text{mm}}{\frac{m^{3}}{s}}$$

Zakres pracy: 0-10 [m3/s]

Graniczny błąd nieliniowości: ∆y = ± 1,3mm

Rys.3. Charakterystyka przetwarzania przetwornika zwężkowego przepływu

Rys.4. Charakterystyka przetwarzania przetwornika zwężkowego przepływu-błędy nieliniowości

Wnioski: Przetwornik zwężkowy jest mniej dokładny niż czujnik wirnikowy lecz w łatwy sposób można poprawić jego parametry. Poprzez dodanie skali przy przetworniku zwężkowym posiadającej wartości wyrażone w milimetrach, oraz szkła powiększającego, odczytywany pomiar byłby dokładniejszy. Przez to charakterystyka otrzymywana z pomiarów była by bardziej liniowa. Pomiar przetwornikiem zwężkowym wykazuje się małą dynamiką i należy po zmianie prędkości przepływu poczekać by ciecz w zwężce mogła się ustabilizować.

1. Pomiar charakterystyki przetwarzania przetwornika konduktometrycznego

Czujnik konduktometryczny
Stały prąd
Przepływ (x)
m^3/s
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Wyznaczenie czułości Kv:

Wyznacza się z równania linii trendu: y=0,185 * x – 1,362

$$Kv = 0,185\ \frac{V}{\frac{m^{3}}{s}}$$

Zakres pracy: 0-10 [m3/s]

Graniczny błąd nieliniowości: ∆y = ± 0,4V

Rys. 5. Charakterystyka przetwarzania przetwornika konduktometrycznego przepływu przy stałym prądzie przepływającym przez przetwornik

Rys. 6. Charakterystyka przetwarzania przetwornika konduktometrycznego przepływu przy stałym prądzie przepływającym przez przetwornik – błędy nieliniowości

Czujnik konduktometryczny
Stała temperatura
Przepływ (x)
m^3/s
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Wyznaczenie czułości Kv:

Wyznacza się z równania linii trendu: y=0,185 * x – 1,362

$$Kv = 0,138\ \frac{V}{\frac{m^{3}}{s}}$$

Zakres pracy: 0-10 [m3/s]

Graniczny błąd nieliniowości: ∆y = ± 0,3 V

Rys. 7. Charakterystyka przetwarzania przetwornika konduktometrycznego przepływu przy stałej temperaturze przetwornika

Rys. 8. Charakterystyka przetwarzania przetwornika konduktometrycznego przepływu przy stałej temperaturze przetwornika- błędy nieliniowości

Rys. 9. Charakterystyka przetwarzania przetwornika konduktometrycznego przepływu
(po prawej stronie umieszczono oś pomocniczą aby nałożyć charakterystyki bipolarne i unipolarne dla porównania liniowości)

Wnioski: Czujnik konduktometryczny wskazuje nawet niskie przepływy gazu. Przy stabilizacji prądu przepływającego przez przetwornik pomiary są stabilne lecz charakterystyka nie jest liniowa, a sygnał wyjściowy jest bipolarny. Przy stabilizacji temperatury czujnika widać że charakterystyka nie jest liniowa, lecz łatwo podzielić ją na dwie części i przy pomocy stycznej określić charakterystykę przetwarzania. Sygnał przy stabilizacji temperatury jest już unipolarny co ułatwia projektowanie układów przetwarzająco kondycjonujących.

1. Wnioski

Podczas ćwiczenia laboratoryjnego poznaliśmy wybrane możliwe metody pomiaru przepływu gazów. Wskazania większości przepływomierzy zależą od lepkości, gęstości, temperatury i ciśnienia mierzonego medium. Przy porównaniu przetworników wzorcowym okazał się przetwornik wirnikowy, lecz tylko przy większych prędkościach przepływu. Przez swoje właściwości nadaje się do zastosowania w systemach pracujących z dużymi przepływami w których byłby najbardziej optymalny. Czujnik konduktometryczny z wymuszeniem stałego prądu miał charakterystykę liniową jedynie przy małych przepływach gazu, a jego wartości wyjściowe były bipolarne, co w rozbudowanych systemach wymagało by używania dedykowanych rozwiązań przetwarzająco kondycjonujących. Przy pracy z wymuszeniem stałej temperatury czujnika, charakterystyka była w dwóch zakresach liniowa co ułatwia opisanie charakterystyki.
Natomiast czujnik zwężkowy jako najprostszy przetwornik wymagał czasu na ustabilizowanie wyniku do odczytu oraz jego charakterystyka nie była liniowa, co wskazuje że nadaje się on do mniej dokładnych pomiarów w mniej dokładnych systemach pomiarowych.

Literatura

1. Dyszyński J. Laboratorium miernictwa wielkości nieelektrycznych. Skrypt Politechniki

Rzeszowskiej, Rzeszów 1974.

1. Kowalczyk A. Miernictwo elektryczne wielkości nieelektrycznych. Materiały pomocnicze.

Rzeszów 1997.

1. Hagel R. Miernictwo elektryczne wielkości nieelektrycznych metodami elektrycznymi.

Część I. Przetworniki i ich zastosowanie. Skrypt Politechniki Śląskiej, Gliwice 1982.

1. Hagel R., Pasecka O. Miernictwo wielkości nieelektrycznych metodami elektrycznymi. Część II. Skrypt Politechniki Śląskiej, Gliwice 1982.

2. Rylski A., Wojturski J., Metrologia elektryczna, OWPRz 2013