Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie
Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki
Technika Cieplna i Gospodarka Energetyczna
ĆWICZENIE 1
Pomiar Ciśnień
TEORIA
Barometr - przyrząd do pomiaru ciśnienia atmosferycznego; w zależności od działania rozróżnia się barometry cieczowe (np.: rtęciowe, uważane za najdokładniejsze), oraz barometry sprężynowe (wskazówkowe).
Manometr (ciśnieniomierz) - jest miernikiem służącym do pomiaru ciśnienia cieczy i gazów. Ciśnienie mierzone jest w odniesieniu do ciśnienia odniesienia. Ciśnienie odniesienia jest ciśnienie atmosferyczne, natomiast miernik pokazuje wartość, o jaką ciśnienie mierzone jest wyższe lub niższe od danego ciśnienia atmosferycznego (tj. nadmiarowy przyrząd pomiarowy). Manometr jest podstawowym miernikiem stosowanym w: ciepłownictwie, gazownictwie, energetyce cieplnej, wodociągach i kanalizacji, przemyśle spożywczym, hydraulice i hydraulice siłowej, rolnictwie etc.
Manometr cieczowy (U-rurka) - manometr utworzony przez dwa naczynia połączone, zawierające ciecz manometryczną, której różnica poziomów w obu ramionach jest miarą wielkości ciśnienia lub różnicy wysokości ciśnień.
Manometr przeponowy (manometr membranowy) - manometr, którego istotnym elementem jest prężna przepona - zasada pomiaru manometru polega na proporcjonalności odkształcenia przepony do ciśnienia wywołującego to odkształcenie.
Manometr rurkowy Bourdona - manometr, którego istotnym elementem jest prężna rurka metalowa o przekroju metalowym - zasada pomiaru manometru polega na wykorzystaniu proporcjonalności odkształcenia rurki do ciśnienia wywołującego to odkształcenie.
Rurka Bourdona (rurka sprężynująca) - element sprężynujący manometru w postaci ślepo zakończonej rurki wygiętej pierścieniowo lub spiralnie, która pod wpływem ciśnienia doprowadzonego do wewnątrz stara się wyprostować. Swobodny koniec rurki połączony jest z mechanizmem wskazującym.
Ciśnienie- to wielkość skalarna określona jako wartość siły działającej prostopadle do powierzchni podzielona przez powierzchnię na jaką ona działa.
W przypadku gazów w stanie ustalonym w spoczynku, ciśnienie jakie gaz wywiera na ścianki naczynia jest funkcją objętości, masy i temperatury i dlatego w termodynamice traktowana jest jako funkcja stanu. Do pomiaru służy manometr i barometr.
Ciśnienie normalne- ciśnienie jakie wywiera 760mm słupa rtęci znajdującej się w temperaturze 0°C, w miejscu gdzie przyspieszenie ziemskie wynosi 980,665 cm/s2
Wartość tego ciśnienia jest równa jednej atmosferze fizycznej.
Ciśnienie hydrostatyczne- ciśnienie jakie wywiera na otaczajace ciała ciecz niebedąca w ruchu. Analogicznie ciśnienie w gazie określane jest ciśnienia aerostatycznego. Rozprzestrzenianie się ciśnienia hydrostatycznego w płynie opisuje prawo Pascala oraz wpływ sił masowych w tym grawitacji. Grawitacja w przypadku obu rodzajów ciśnień wywołuje zmianę wartości ciśnienia w zależności od głębokości- im niżej tym większe ciśnienie. Wynika to z faktu, że mechanizmem wywołującym to ciśnienie jest nacisk ze strony słupa płynu położonego nad punktem pomiaru- im wyższy słup tym większy nacisk. Np. na Ziemi ciśnienie w wodzie zwiększa się co 10m o jedna atmosferę techniczną. Ciśnienie powietrza na poziomie morza jest równe atmosferze fizycznej, jest ona w przybliżeniu równa atmosferze technicznej, z tego faktu płynie wniosek, że ciężar słupa powietrza nad nami jest w przybliżeniu równy ciężarowi słupa wody o wysokości 10m ( 10 ton wody na każdy metr kwadratowy).
Ciśnienie bezwzględne(absolutne)- to ciśnienie wyznaczane względem próżni doskonałej, której ciśnienie wynosi 0.
Ciśnienie atmosferyczne- to siła z jaką powietrze naciska na powierzchnię Ziemi. W ujęciu molekularnym ciśnienie jest wynikiem chaotycznego ruchu cząsteczek atmosfery. W ujęciu mechaniki płynów równoważy siłę grawitacji ciała niebieskiego. Na podstawie średniej wielkości ciśnienia atmosferycznego na Ziemi na poziomie morza wprowadzono jednostkę ciśnienia- atmosferę.
Wzór na ciśnienie całkowite:
P= p0 + phydr = p0 + ρgh, gdzie:
p0- zewnętrzne ciśnienie wywierane na ciecz na poziomie uznany za zerowy (h=0), dla zbiorników otwartych ciśnienie atmosferyczne na powierzchni cieczy
phydr - ciśnienie hydrostatyczne- w układzie SI w Pa
ρ-gęstość cieczy [kg/m3]
g- przyspieszenie ziemskie [m/s2]
h- głębokość zanurzenia w cieczy [m]
PRASA POWIETRZNO- HYDRAULICZNA
Jest to urządzenie przeznaczone do prowadzenia pomiarów kontrolnych manometrów,
Wakuometrów i manowakuometrów. Za pomocą prasy wywołuje się w układzie pomiarowym regulowane ciśnienie, które jest doprowadzane do króćców pomiarowych oraz do dwóch manometrów: sprawdzanego i kontrolnego. Układ pomiarowy może być przy tym napełniony albo powietrzem albo przy użyciu zbiornika olejem.
JEDNOSTKI CIŚNIENIA
Jednostka |
W Paskalach [Pa] |
Paskal [N/m2] |
1 |
Hektopaskal [hPa] |
100 |
Bar |
100000 |
1 N/mm2 |
1000000 |
1 KG/m2 |
9.80665 |
Atmosfera techniczna [at] |
98066.5 |
Atmosfera fizyczna [atm] |
101325 |
Tor [Tr] |
133.322 |
mmHg |
133.322 |
psi [lbf/in2] |
6894.76 |
MANOMETR I
|
||||
Wskazania manometru wzorcowego Pw |
Wskazania manometru sprawdzanego Pb |
Różnica wskazań ∆=Pw-Pb |
||
[Mpa]; dokł.0,4 |
[Mpa]; dokładność 1,6 |
|
||
|
wzrastające |
malejące |
wzrastające |
malejące |
0,05 |
0,03 |
0,046 |
0,02 |
0,004 |
0,1 |
0,099 |
0,1 |
0,001 |
0 |
0,15 |
0,15 |
0,156 |
0 |
-0,006 |
0,2 |
0,18 |
0,18 |
0,02 |
0,02 |
0,25 |
0,235 |
0,24 |
0,015 |
0,01 |
0,3 |
0,28 |
0,277 |
0,02 |
0,023 |
0,35 |
0,34 |
0,35 |
0,01 |
0 |
0,4 |
0,375 |
0,377 |
0,025 |
0,023 |
0,45 |
0,445 |
0,45 |
0,005 |
0 |
0,5 |
0,477 |
0,48 |
0,023 |
0,02 |
0,55 |
0,55 |
0,551 |
0 |
-0,001 |
0,6 |
0,577 |
0,577 |
0,023 |
0,023 |
0,65 |
0,65 |
0,65 |
0 |
0 |
0,7 |
0,68 |
0,68 |
0,02 |
0,02 |
MANOMETR II
|
||||
Wskazania manometru wzorcowego Pw |
Wskazania manometru sprawdzanego Pb |
Różnica wskazań ∆=Pw-Pb |
||
[Mpa]; dokł.0,4 |
[bar]; dokładność 1,0 |
|
||
|
wzrastające |
malejące |
wzrastające |
malejące |
0,05 |
0,4 |
0,55 |
-0,35 |
-0,5 |
0,1 |
0,82 |
0,9 |
-0,72 |
-0,8 |
0,15 |
1,31 |
1,45 |
-1,16 |
-1,3 |
0,2 |
1,8 |
1,88 |
-1,6 |
-1,68 |
0,25 |
2,3 |
2,4 |
-2,05 |
-2,15 |
0,3 |
2,8 |
2,81 |
-2,5 |
-2,51 |
0,35 |
3,4 |
3,38 |
-3,05 |
-3,03 |
0,4 |
3,78 |
3,9 |
-3,38 |
-3,5 |
0,45 |
4,38 |
4,4 |
-3,93 |
-3,95 |
0,5 |
4,82 |
4,9 |
-4,32 |
-4,4 |
0,55 |
5,35 |
5,4 |
-4,8 |
-4,85 |
0,6 |
5,83 |
5,9 |
-5,23 |
-5,3 |
0,65 |
6,39 |
6,35 |
-5,74 |
-5,7 |
0,7 |
6,85 |
6,85 |
-6,15 |
-6,15 |
MANOMETR III
|
||||
Wskazania manometru wzorcowego Pw |
Wskazania manometru sprawdzanego Pb |
Różnica wskazań ∆=Pw-Pb |
||
[Mpa]; dokł.0,4 |
[kp/cm2]; dokładność 0,6 |
|
||
|
wzrastające |
malejące |
wzrastające |
malejące |
0,05 |
0,5 |
0,49 |
-0,45 |
-0,44 |
0,1 |
0,95 |
0,95 |
-0,85 |
-0,85 |
0,15 |
1,45 |
1,45 |
-1,3 |
-1,3 |
0,2 |
1,8 |
1,81 |
-1,6 |
-1,61 |
0,25 |
2,3 |
2,3 |
-2,05 |
-2,05 |
0,3 |
2,79 |
2,8 |
-2,49 |
-2,5 |
0,35 |
3,29 |
3,35 |
-2,94 |
-3 |
0,4 |
3,81 |
3,85 |
-3,41 |
-3,45 |
0,45 |
4,36 |
4,45 |
-3,91 |
-4 |
0,5 |
4,9 |
4,9 |
-4,4 |
-4,4 |
0,55 |
5,4 |
5,45 |
-4,85 |
-4,9 |
0,6 |
5,9 |
5,95 |
-5,3 |
-5,35 |
0,65 |
6,45 |
6,45 |
-5,8 |
-5,8 |
0,7 |
7 |
7 |
-6,3 |
-6,3 |