Akademia Techniczno – Humanistyczna w Bielsku – Białej

Wydział Nauk o Materiałach i Środowisku

Inżynieria Środowiska
Rok: 2012/2013

Semestr II

Pomiar dużych ciśnień różnymi metodami.

Wzorcowanie manometrów.

Grupa 1

agentki

1.Cel ćwiczenia:

Zapoznanie z metodyką pomiarów dużych ciśnień przy pomocy manometru z rurką Bourdona, a także ze sposobem wzorcowania manometrów przy użyciu manometru obciążnikowo-tłokowego.

PODSTAWOWE POJĘCIA

1. CIŚNIENIE

Jednym z podstawowych parametrów określających termodynamiczny stan ciała jest ciśnienie.

Ciśnienie definiuje się jako stosunek siły działającej na daną powierzchnię do tej powierzchni. Ciśnienie jest wielkością skalarną. 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

$$P = \ \operatorname{}\frac{F_{n}}{A} = \frac{\partial F_{n}}{\partial A}$$

gdzie: F_n - składowa siły prostopadła do powierzchni,

A - pole powierzchni.

Gdy siła F_n rozłożona jest równomiernie na powierzchni, wówczas ciśnienie określa wzór:

$$P = \frac{F_{n}}{A}$$

Wartość mierzonego ciśnienia zależy od przyjętego poziomu odniesienia.

RODZAJE CIŚNIENIA:

1. ciśnienie zmierzone względem próżni jest nazywane ciśnieniem absolutnym lub bezwzględnym i najczęściej bywa oznaczane literą P.

2. 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".

3. Ciśnienie wywierane przez słup powietrza atmosferycznego nosi nazwę ciśnienia barometrycznego (atmosferycznego) i oznaczane jest przez P_b.

Wzajemne zależności między omówionymi ciśnieniami pokazano na rys poniżej:

Rys. Rodzaje ciśnień.

1. Ciśnienie wywierane przez słup płynu nosi nazwę ciśnienia hydrostatycznego i jest określone wzorem:

P =  ρ * g * h

gdzie: ρ - gęstość cieczy manometrycznej,

g - przyspieszenie grawitacyjne,

h - wysokość słupa cieczy.

JEDNOSTKI:

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)

• Megapaskali (l MPa = 10⁶ Pa).

Innymi jednostkami, w których wyraża się wielkość ciśnienia są:

• Atmosfera fizyczna 1atm = 1, 01325 * 10⁵Pa

• Atmosfera techniczna $1at = 1\frac{\text{kG}}{\text{cm}^{2}} = 9,80665*10^{4}\frac{N}{m^{2}} = 0,0981MPa$

• Bar 1bar = 10⁵Pa

• Tor (Wysokość słupa rtęci) 1Tr = 1mmHg = 133, 3Pa

• Wysokość słupa wody 1mmH₂O = 9, 81Pa

Manometr – to przyrząd do pomiaru ciśnień, dokładniej mówiąc mierzy on różnicę ciśnień. Wynik pomiaru to nadciśnienie bądź też podciśnienie. W celu zmierzenia ciśnienia, które jest niższe niż ciśnienie atmosferyczne z reguły stosujemy wakuometry.

3.Stanowisko i metodyka pomiaru :

Schemat manometru wyposażonego w rurkę Bourdona:

1 – koło zębate sprzężone z wskazówką (6); 2 – dźwignia zębata; 3 – oś obrotu dźwigni zębatej (2); 4 – cięgno; 5 – sprężysta rurka wychylająca się pod wpływem ciśnienia; 6 – wskazówka manometru; 7 – część chwytowa, umożliwiająca wkręcenie manometru w gniazdo montażowe; 8 – gwint.

W naszym ćwiczeniu sprawdzaliśmy manometr producenta TGL o numerze HV2901. Jego parametry są następujące :

Klasa dokładności – 0,6

Zakres pomiarowy od 0 do 60

Wyskalowany jest w kp/cm²

Wartość działki elementarnej wynosi 0,5

Schemat manometru obciążnikowo-tłokowego typu MTU:

1-zbiornik oleju

2-pompa tłokowa

3-śruba napędzająca

4-cylinder

5-tłoczek

6-talerz podstawowy

7-obciążniki talerzowe

8-wzorcowany manometr

9,10,11-zawory

Sprawdzanie ciśnieniomerza polega na porównaniu wskazań ciśnieniomierza z wzorcowymi wartościami ciśnienia. W procesie najpier wartości obciążenia wzrastają a następnie maleją. Aby sprawdzić ciśnieniomierz TGL klasy dokładności 0,6 wykorzystaliśmy manometr obciążnikowo tłokowy typu MTU.

Przebieg ćwiczenia :

1.Umocowanie ciśnieniomierza przeznaczonego do badania;

2.Odpowietrzenie układu oraz wypełnienie cylindra olejem;

3.Odczytanie wartości 0 nadciśnienia gdy zbiornik oleju jest otwarty;

4.Zamknięcie zbiornika oleju;

5.Po wykonanych wyżej czynnościach przystępujemy do sprawdzania ciśnieniomierza. Na talerz podstawowy nakładamy obciążniki. Następnie kręcimy śrubą napędzającą aż do momentu, w którym talerz się podnosi. Przed odczytem wprawiamy talerz wraz z obciążnikami w ruch obrotowy. Ponownie kręcimy śrubą napędzającą pompy, tak aby znacznik na talerzu podstawowym pokrył się ze środkową kreską na wskaźniku. Kolejną czynnością jest odczyt wskazania manometru, który wzorcujemy. Następnie zwiększamy ciśnienie przez dokładanie kolejnych obciążników i postępujemy analogicznie dla każdej wartości ciśnienia. Zwiększaliśmy ciśnienie o wartość 0,5 MPa. Gdy wartość na ciśnieniomierzu osiągnie apogeum swoich możliwości, należy dokonać pomiarów wskazań zmniejszając obciążenie również o wartość 0,5 MPa.

Manometr typu: EN837-1,
brak plomby,
klasa:1,6,
zakres pomiarowy:0-60
jednostka: bar
liczba działek:
wartość najmniejszej działki: 0
rok produkcji, nazwa producenta: brak



4. Wyniki pomiarów i obliczenia:
Badany manometr by wyskalowany w jednostce kp/cm²

Do dalszych obliczeń wyniki pomiarów przeliczyliśmy na MPa.

Protokół pomiarowy

l.p	Pzad	Pman↑	Pman↑	Pman↓	Pman↓	Pczujn↑	Pczujn↑	Pzad	Pczujn↓
-	MPa	Kp/cm²	MPa	Kp/cm²	MPa	Bar	MPa	MPa	MPa
1	0	1	0,102	3	0,306	0	0	57	5,8
2	0,5	6	0,612	6	0,612	6	0,6	55	5,6
3	10	10	1,02	11	1,122	11	1,1	50	5,1
4	15	15	1,53	16	1,632	16	1,6	45	4,6
5	20	20	2,04	21	2,142	21	2,1	40	4,1
6	25	25	2,55	27	2,754	26	2,6	35	3,6
7	30	30	3,06	32	3,264	31	3,1	30	3,1
8	35	37	3,774	37	3,774	36	3,6	25	2,6
9	40	42	4,284	42	4,284	41	4,1	20	2,1
10	45	47	4,794	48	4,896	46	4,6	15	1,6
11	50	53	5,406	53	5,406	51	5,1	10	1,1
12	55	58	5,916	58	5,916	56	5,6	0,5	0,6
13	57	60	6,12	60	6,12	58	5,8	0	0

Następnym krokiem jest policzenie błędów bezwzględnych wg wzoru:

p_man = p_man − p_zad

Został również policzony błąd względny:

$$\delta p_{\text{man}} = \frac{\left| p_{\text{man}} \right|}{p_{\text{zad}}} \bullet 100\%$$

Obliczenie klasy dokładności:

$$k = \frac{p_{\text{man\ max}}}{p_{\max\text{man}}} \bullet 100\%$$

Δp_{man max}= 0,112MPa

p_{max man} = 6,12MPa

Klasa dokładności manometru wynosi:

$$k = \frac{p_{\text{man\ max}}}{p_{\max\text{man}}} \bullet 100\% = \frac{0,112}{6,12} \bullet 100\% = 1,83\%$$

Tabele wyników obliczeń

l.p.	Pzad	Pman↑	Pman↓	∆Pman↑	∆Pman↓	∆Pczujn↑	∆Pczujn↓
-	MPa	MPa	MPa	MPa	MPa	MPa	MPa
1	0	0,102	6,12	0,102	-50,88	0	-54,2
2	0,5	0,612	5,916	0,112	-49,084	0,1	-49,4
3	10	1,02	5,406	-8,98	-44.549	-8,9	-44,9
4	15	1,53	4,794	-13,47	-40,206	-13,4	-40,4
5	20	2,04	4,284	-17,96	-35,716	-17,9	-35,9
6	25	2,55	3,774	-22,45	-31.226	-22,4	-31,4
7	30	3,06	3,06	-26,94	-26,94	-26,9	-26,9
8	35	3,774	2,55	-31,226	-22,45	-31,4	-22,3
9	40	4,284	2,04	-35,716	-17,96	-35,9	--17,9
10	45	4,794	1,53	-40,206	-13,47	-40,4	-13,4
11	50	5,406	1,02	-44,549	-8,98	-44,9	-8,9
12	55	5,916	0,612	-49,084	0,112	-49,4	0,1
13	57	6,12	0,102	-50,88	0,102	-54,2	0

l.p.	Pzad	δPman↑	Pzad	δPman↓	δPczujn↑	Pzad	δPczujn↓	k
-	MPa	%	MPa	%	%	MPa	%	%
1	0	0	57	89,26	0	57	93,3	1,83
2	0,5	22,4	55	89,24	20	55	89,81
3	10	89,8	50	89,188	89	50	89,8
4	15	89,8	45	89,35	89	45	89,8
5	20	89,8	40	89,29	89,5	40	89,77
6	25	89,8	35	89,21	89,5	35	89,7
7	30	89,8	30	89,8	89,7	30	89,7
8	35	89,21	25	89,8	89,7	25	89,5
9	40	89,29	20	89,8	89,75	20	89,5
10	45	89,35	15	89,8	89,8	15	89
11	50	89,188	10	89,8	89,8	10	89
12	55	89,24	0,5	22,4	89,81	0,5	20
13	57	89,26	0	0	93,3	0	0

4.Wnioski:

Manometr jest to przyrząd o prostej budowie a jednocześnie o wysokiej dokładności

Wskazania manometru podczas odciążania jak i obciążania były do siebie bardzo zbliżone.

Badaniu poddano manometr który ma zakres pomiarowy 0 .. 60 kp/cm2 , którego klasa dokładności wynosi 0,6 co oznacza że dopuszczalny błąd e_dop=0,6*60/100=0,36 [kp/cm² ]