Laboratorium Mechaniki Płynów
Temat: Cechowanie mikromanometrów cieczowych. Nr ćwiczenia: 11 Data: 05.04.2008
Wydział: Mechaniczny Studia niestacjonarne Rok akad.: 2007/2008	Semestr: III		Grupa/zespół:
Wykonawcy ćwiczenia:	Ocena:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i działaniem mikroma nometrów cieczowych oraz z procesem cechowania manometru cieczowego i wyznaczania jego klasy dokładności.

2. Wprowadzenie teoretyczne.

Z pojęciem ciśnienia w cieczach i gazach wiążą się następujące ważne wnioski:

• ciśnienie jest skalarem, czyli jest jednakowe we wszystkich kierunkach wyprowadzonych z punktu w którym to ciśnienie określamy,

• dla cieczy i gazów które znajdują się w spoczynku, gdy pominiemy siły ciężkości i inne siły masowe - ciśnienie w każdym punkcie płynu jest jednakowe,

• podczas ruchu płynu lepkiego ciśnienie wewnątrz płynu jest średnią wartością naprężeń normalnych, niejednakowych w różnych kierunkach.

Podstawową jednostką ciśnienia w układzie SI jest Pascal [Pa]

Ponieważ lPa jest wielkością bardzo małą w praktyce używana jest tyl­ko do pomiarów próżni. Szerokie zastosowanie znalazły jednostki krotne np.:

1 hektopaskal (lhPa) = 10² Pa

l kilopaskal(lkPa)=10³Pa

1 megapaskal (1MPa) = 10⁶ Pa

Ciśnienie można wyrazić wysokością słupa cieczy, np. wody (mm H2O), rtęci (mm Hg). Przeliczenie wysokości słupa cieczy na ciśnienie wyrażone w Pa odbywa się wg zależności:

p=ρ_cm· g·H [Pa] , gdzie

ρ_cm - gęstość cieczy manometrycznej

g - przyspieszenie ziemskie

H - wysokość cieczy w manometrze

Przyrządy do pomiaru ciśnień ze względu na rodzaj (zasady pracy) czynnika pomiarowego (pierwotnego przetwornika pomiarowego) można podzielić na:

• hydrostatyczne (cieczowe)

• tłokowe

• sprężyste

• parametryczne

Do pomiarów niskich oraz bardzo niskich ciśnień stosowane są na ogół manometry hydrostatyczne. Mierzone ciśnienie jest równoważone przez słup cieczy manometrycznej o gęstości p_cm. W zależności od sposobu odczytu wysokości słupa cieczy, wyróżnić można ciśnieniomierze:

1. szklane - z bezpośrednim odczytem,

2. inne, w których różnica wysokości słupów cieczy jest przetwarzana na przesunięcia liniowe lub kątowe elementu pośredniczącego.

Ciecz manometryczna powinna mieć następujące cechy:

• nie mieszać się i nie wchodzić w reakcje z innymi płynami,

• w przypadku manometrów szklanych powinna mieć wyraźny menisk i nie zwilżać szkła,

• mały współczynnik rozszerzalności objętościowej,

• nie zmieniać gęstości w wyniku np. odparowywania.

Jako ciecze manometryczne najczęściej stosuje się rtęć, bromoform, wo­dę, alkohol etylowy, olej silikonowy, czterobromoetan, dwusiarczek węgla lub toluen.

Błąd pomiaru ciśnieniomierza hydrostatycznego zależy od zmian gęsto­ści cieczy manometrycznej p_cm w wyniku zmian temperatury otoczenia oraz

niedokładności odczytu wysokości słupa cieczy w rurce manometru.

Na dokładność wyniku pomiarów wykonanych manometrami cieczo­wymi w głównej mierze mają wpływ:

• zmiana temperatury otoczenia,

• włoskowatość,

• poziom zamocowania manometru,

• niedokładność ustawienia pionu (lub kąta pochylenia rurek mano­metru wzdłuż jego długości).

3. Przebieg ćwiczenia.

Warunki panujące w laboratorium:

• ciśnienie atmosferyczne: p = 1002hPa,

• temperatura otoczenia: t = 20,6°C,

Stanowisko pomiarowe

W ćwiczeniu cechowany jest mikromanometr bateryjny o zmiennym kącie nachylenia rurek. Wzorcem ciśnienia jest słup cieczy manometrycznej o znanej wysokości. Zasada pomiaru przedstawiona jest na rysunku 1.

Rys. 1. Koncepcja stoiska do wzorcowania mikromanometrów cieczowych

Naczynie z cieczą manometryczną może być podnoszone lub opuszcza­ne. Zmiana położenia powierzchni cieczy manometrycznej w ruchomym zbiorniku może być dokładnie określona. Znając tę wielkość można bardzo precyzyjnie określić ciśnienie wzorcowe z zależności:

p = ρ·g·h

gdzie: h - przesunięcie poziomu cieczy,

ρ - gęstość cieczy w zbiorniku i manometrze.

Zmiana poziomu cieczy wywołana jest przesunięciem naczynia oraz obniżeniem się zwierciadła cieczy związanym z odpływem części cieczy manometrycznej do rurek manometru. Dla dokładnego ustalenia wysokości wzorcowego słupa cieczy należy układ przedstawiony na rysunku 1 po­większyć o układ pomiaru poziomu cieczy. Schemat takiego stanowiska pomiarowego został przedstawiony na rysunku 2.

Jeżeli naczynie z cieczą zostanie przesunięte do góry o znaną wielkość, to poziom cieczy względem naczynia obniży się. W celu uniknięcia określa­nia wartości o jaką obniży się ciecz względem naczynia zastosowano pomiar wielkości bezwzględnej przesunięcia poziomu cieczy. Zadanie to zostało zrealizowane za pomocą odpowiednio ukształtowanego wskaźnika. Koń­cówka wskaźnika (9) zanurzona jest w naczyniu tak, że zaostrzony koniec wskaźnika styka się od dołu z poziomem cieczy.

Aby możliwie dokładnie ustalić położenie końca wskaźnika (9) (powi­nien on stykać się z poziomem cieczy) należy zastosować układ oświetlający miejsce styku - lusterko (16), oraz układ powiększający ułatwiający odczyt -(3).

Układ oświetlający i powiększający (3) powinien zmieniać swoje poło­żenie zgodnie ze zmieniającym się poziomem cieczy względem naczynia pomiarowego (1). Układy te (3 i 12) zostały umieszczone w prowadnicach i mogą być przesuwane w pionie za pomocą pokręteł (10) i (11).

Aby można było wywołać odpowiednie ciśnienie wzorcowe, naczynie (1) musi mieć możliwość podnoszenia i opuszczania. Do tego celu służą: wysięgnik (2), statyw (14) i pokrętło (13). Umocowany na statywie wysię­gnik (2), do którego przytwierdzone jest naczynie (1), napędzany jest pokrę­tłem (13).

Układ pomiaru poziomu cieczy (a co za tym idzie ciśnienia wzorcowe­go) w naczyniu wzorcowym obejmuje wysokościomierz oraz wskaźnik 9. Poziom cieczy w naczyniu określa się przesuwając precyzyjnie wskaźnik od dołu w kierunku swobodnej powierzchni cieczy w zbiorniku.

Obliczenia.

Obliczenia w załączonej tabeli.

W ćwiczeniu cieczą manometryczną był alkohol metylowy o gęstości ρ= 792kg/m³

Zakres manometru bateryjnego z= 450mm

Kąt nachylenia α = 35^o

Przełożenie manometrów wynosiło
=1,74

Ciśnienie obliczaliśmy ze wzoru

gdzie,

ρ_cm - gęstość cieczy manometrycznej

g - przyspieszenie ziemskie

z- wysokość słupa cieczy

i - przełożenie manometru

Na podstawie wyników z tabeli pomiarów obliczamy wartości bezwzględnych i względnych odchyłek wzorcowanego manometru od wartości ciśnienia wzorcowego

odchyłka względna

odchyłka bezwzględna

Klasę manometru obliczamy z zależności

4. Wnioski.

Wyniki pomiarów i obliczeń w dużym stopniu uzależnione są od dokładności odczytów osoby mierzącej.

5. Literatura:

Marek Wiśniewski ,”Ćwiczenia laboratoryjne z mechaniki płynów”, Wydawnictwo Politechniki Radomskiej 2001

---