WYKŁAD 4 CIECZE MONOMETRYCZNE • wymagania: *wyraźny menisk, *nie mieszające, *nie tworzące roztworu, *niewchodzące w reakcje chemiczną, *nie zmieniające swojej gęstości, *pożądany mały współczynnik rozszerzalności, *mały stopień zdolności zwilżania szkła, *mała prężność pary MONOMETR CIECZOWY DWURAMIENNY(U-RURKA) najprostszy przyrząd do pomiaru ciśnienia. U-rurka może służyć jako monometr lub próżniomierz (wakuometr), manometr różnicowy. Najczęściej porównywanym ciśnieniem jest ciśnienie atmosfery otaczającej. Błąd bezwzględny odczytu oceniany jest na 0,25-0,5mm, przy podziałce milimetrowej. Błąd całkowity pomiary jest rzędu 0,5-1mm., Aby błąd pomiaru nie przekraczał 1% wskazania manometru powinny być większa od 100mm. MONOMETR JEDNORAMIENNY Modyfikacja U-rurki, Rurki, której jedno ramię zastąpiono naczyniem. Przy pomiarach wyższe z porównywalnych ciśnień doprowadzane jest zawsze do zbiornika. Poziom cieczy podniesie się na wysokość h2 od kreski zerowej. Jednocześnie poziom cieczy w naczyniu spadnie o h1 poniżej kreski zerowej. Tak więc rzeczywista wysokość słupa wynosi h=h1+h2, skąd po uwzględnieniu powierzchni h=h2(1+Ar/A). Natomiast w przypadku pomiaru niewielkich ciśnień rzędu kilkudziesięciu mm słupa cieczy stosuje się manometry z rurką pochyłą, w celu zmniejszenia błędu odczytu. Mierzymy w tym przyrządzie nie wysokość h2 lecz długość słupka cieczy I. przy czym H2=1*sinφ ponieważ A•h1=I*Ar h1+1*Ar/A h=h1+h2=1(Ar/A+sinφ) MANOMETRY Z RURKĄ ZAMKNIĘTĄ Jeśli jedno z ramion manometru będzie zamknięte to zajść mogą 2 przypadki; nad poziomem cieczy w zamkniętej rurce może znajdować się gaz lub panować próżnia. MANOMETRY HYDRAULICZNE W tym urządzeni nie mierzy się bezpośrednio wysokości słupa cieczy. Wychyleniu słupa cieczy towarzyszy zakłócenie równowagi statycznej przyrządu, zaś nowe położenie równowagi jest funkcją różnicy ciśnień. Wychylenie wagi pierścieniowej(hydraulicznej) nie zależy od gęstości cieczy manometrycznej ρ. Wielkość ρ warunkuje zakres pomiarowy przyrządu, tj. max różnice ciśnień ∆p=h*ρ*g. waga pierścieniowa oznacza się dużą czułością i dokładnością. Pozwala ona na pomiar różnic ciśnień rzędu 0,1mm H2O. Wadą jest nieliniowa zależność między wychyleniem a różnica ciśnień, co wymaga specjalnej skali. Ciecz odgrywa tu rolę zamknięcia i decyduje o zakresie pomiarowym. Nie nadają się do wysokości ciśnień statycznych. Najczęściej służy do pomiaru różnicy ciśnień, ale również pomiaru ciśnienia absolutnego. MANOMETRY SPRĘŻYSTE działają na zasadzie odkształcenia sprężystego od ciśnienia. Zależności od elementu ulegającego odkształceniu dzielimy na a) rurkowe, b) przeponowe, c) mieszkowe. Odkształcenie elementu zazwyczaj niewielkie, przenosi się za pomocą mechanizmu uwielokrotniającego, co pozwala uzyskać odpowiednio duże wychylenie wskazówki a) MOMNOMETRY RURKOWE -zasadniczą częścią tego przyrządu jest rurka BOURDONA. Metalowa rurka o spłaszczonym przekroju zwinięta w kształcie łuku koła. Jeżeli ciśnienie jest większe od atmosferycznego to obserwuje się odkształcenie przekroju poprzecznego rurki, przekroje stara się zbliżyć do kołowego, jednocześnie promień krzywizny rurki powiększa się. Rurka stara się rozwinąć, co powoduje przesunięcie jej swobodnego końca. Przesunięcie to zachodzi pod wpływem ciśnienia i jest niewielkie 3-15mm, stąd potrzeba stosowania przekładni. Jeżeli ciśnienie w rurce jest niższe od atm. to rurka zwija się b) MONOMETR PRZEPŁYWOWY Elementem którego odkształcenie stanowi miarę ciśnienia jest przepona zaciśnięta między kołnierzami osłony W celu uzyskania zależności liniowej stosuje się przepony z wytłoczonymi współśrodkowo falami. . Odkształcenie przepony nie przekracza 2mm , co sprawia, że manometry te nie są czułe i zmusza do stosowania większej przekładni. Przepona jest wrażliwa na przeciążania. Stosuje się |
je do pomiaru ciśnień nie przekraczających 2 MPa. Przede wszystkim do pomiaru podciśnienia i różnicy ciśnień. Zaleta mała masa membrany. c) MANOMETR PUSZKOWY elementem odkształcający stanowi puszka cylindryczna o przekroju kołowym(mieszek). Są mniej dokładne niż pozostałe, ale umożliwiają ciągły zapis. Są stosowane do pomiaru ciśnień rzędu 10 4Pa MANOMETRY TŁOKOWE stosowane są do pomiaru wysokich ciśnień oraz do sprawdzania manometrów. Ciśnienia określa się na zasadzie równowagi statycznej tłoka, ruchomego w cylindrze, na który działa parcie cieczy a z drugiej znaczna siła. Błąd pomiaru zleży się od dokładności, z jaką określono siłę F oraz przekrój tłoka. MANOMETRY ELEKTRYCZNE działają na zasadzie zjawisk elektrycznych zachodzących w materiałach wywołanych bezpośrednio ciśnieniem(zmiana oporności, pojawienie się ładunku elektrycznego). Istnieją 3 rodzaje manometrów elektrycznych ze względu na zmiany zachodzące pod wpływem ciśnienia* zmiany przewodności elektrycznej gazów, *zmiana oporu elektrycznego przewodnika, *zjawisko piezoelektryczne(powstawanie w pewnych ciałach krystalicznych ładunku elektrycznego) POMIAR POZIOMU CIECZY celem pomiaru poziomu cieczy jest utrzymania określonych warunków technologicznych, stwierdzenie stanu, kontrola zapasu lub zużycia cieczy. Do najważniejszych przemysłowych mierników poziomu cieczy zaliczyć można: a)wodowskazy, b) mierniki pływakowe, c) mierniki hydrostatyczne, d) mierniki wypornościowe. Pomiar poziomu cieczy może odbywać się także przez ważenie, metodami elektrostatycznymi i izotopowymi. W metodach przez ważenie stosuje się pomiar siły ciążenie przy pomocy wag tensometrycznych(zmiana oporności pod wpływem naprężeń). Naprężeń metodzie elektrostatycznej wykonuje się pomiar zmiany pojemności układu elektrod tworzących kondensator przez pomiar zmiany stałej dielektrycznej przestrzenie między elektrodami lub przemieszczania elektrod kondensatora. Bezpośrednią wielkością wejściową jest, więc droga, przemieszczenie kątowe lub liniowe. W metodzie izotopowej wykorzystuje się zjawisko przenikania promieniowania izotopowego przez materię. Jest to pomiar bezstykowy poziomu cieczy. Następuje np. w wyniku pomiaru osłabienia wiązki promieniowania proporcjonalnie do poziomu. Wodowskazy są miernikami lokalnymi i wizualnymi. PŁYWAKOWE MIERNIKI POZIOMU bezpośrednim sygnałem wyjściowym jest położenie pływaka. Powinno to być określone i niezmienne- pionowe położenie pływaka w stosunku do lustra cieczy. Zmiana pionowego położenia pływaka w stosunku do lustra cieczy jest błędem pomiaru. Zmiana ta może powstawać w skutek; a) tarcia, b)zmiany masy lub objętości pływaka, c) oddziaływania zewnętrznych sił pływaka. Tarcie powoduje błąd wskazań ∆h, a błąd względny b=∆h/max może być duży przy małej wartości max. Kontrola błędu tarcia jest niezbędna. HYDROSTATYCZNE MIERNIKI POZIOMU polegają na pomiarze hydrostatycznym ciśnienia cieczy w odniesieniu do określonej wysokości odniesienia ph=h*p*g h=ph/ρ*g pomiar ph można wykonać bezpośrednio lub za pośrednictwem gazu wtłaczanego do mierzonej cieczy. Mierniki poziomu manometrem różnicowym. Pomiar poziomu może odbywać się w zbiorniku otwartym z\ zastosowaniem manometru różnicowego cieczowego z cieczy o gęstości ρ2>ρ1 przy pominięciu gęstości powietrza H1=h2*ρ2/ρ1 MIERNIK POZIOMU Z GAZEM POMOCNICZYM w hydrostatycznych miernikach poziomu z gazem pomocniczym wykonywany jest pomiar ciśnienia gazu wtłaczanego z ograniczonym przepływem przez sondę zanurzoną w zbiorniku z cieczą. Eliminuje się w ten sposób stosowania monometrów różnicowych poniżej zbiornika. Dozowanie gazu za pomocą zaworu musi byś małe by strata ciśnienia była nieznaczna. WYPORNOŚCIOWE MIERNIKI POZIOMU działają na zasadzie pomiaru siły wyporu ciała zanurzonego częściowo w cieczy na niezmiennej wysokości lub zmiennej według znanego prawa. Siła wyporu wynosi F=A*h*(ρ1-ρ2)*g A-pole przekroju, wysokość cieczy od poziomu |
odniesienia. Istnieje równowaga sił wyporu o ciężkości. Przeniesienie siły poza zbiornik można zrealizować mechanicznie lub przy pomocy równoważenia pneumatycznego.
POMIAR WILGOTNOŚCI wilgotność gazów a szczególnie powietrza, ma znaczny wpływ na wiele procesów przemysłowych, stąd wielkie znaczenie pomiaru wilgotności gazów. Zagadnieniami wilgotności zajmowała się od dawna meteorologia, która pierwotnie kształtowała pojęcia i nazewnictwo w tej dziedzinie. Następnie w związku z rosnącymi potrzebami techniki i nauki, a szczególnie termodynamiki powstała konieczność opracowania dalszych lepszych sposobów określania wilgotności powietrza. Powietrze można traktować z dostatecznym przybliżeniem jako gaz jednorodny o ciśnieniu całkowitym b, zawierającym parę wodną o ciśnieniu cząsteczkowym pw. Maksymalna wartość tego ciśnienia ograniczona jest ciśnieniem nasycenia PN, zależnym od tem. Krzywą ciśnienia nasycenia pn przedstawia wykres jako funkcję tem pn=f(t) Powyżej tej krzywej następuje skraplanie nadmiaru wilgoci w postaci mgły, rosy lub szronu. SPOSOBY POMIARU WILGOTNOŚCI można wyróżnić kilka głównych zasad pomiaru wilgotności powietrza; 1. Usunięcie wilgoci z powietrza i odmierzenie ilości uzyskanej w ten sposób wody. Realizacja poprzez pochłonięcie wilgoci lub oziębienie powietrza. 2. doprowadzenie pary wodnej zawartej w powietrzu do stanu równowagi z drugą fazą i pomiar parametrów tego stanu- zazwyczaj tem. Jest to pomiar tem rosy, klasyczna i dokładna metoda lub pomiar tem równowagi między wodą w ciele higroskopijnym(najczęściej LiDI) a parą wodną w otaczającym powietrzu. Ta ostatnia odmiana ma obecnie duże znaczenie dla pomiarów przemysłowych. 3. obserwacja obniżania tem spowodowanego odparowaniem wody z nawilżonego ciała do otaczającego powietrza. Metoda ta pozwala na bezpośredni pomiar wilgotności względnej, zatem korzystna jest w praktyce przemysłowej(termometr suchy i mokry). 4. zmiany parametrów mechanicznych lub elektrycznych ciał stałych pod wpływem wilgotności względnej otaczającego powietrza. Na tej zasadzie opierają się liczne higrometry mechaniczne włosowe i im podobne i na ogół nie najlepszych właściwościach mierniczych, ale proste i tanie. Zmiany parametrów elektrycznych, takich jak opór lub stała dielektryczna, wykorzystane są obecnie w różnych metodach, szczególnie przy zdalnym przekazywaniu sygnałów. POMIAR GĘSTOŚCI PŁYNÓW należy on do trudnych. Mała energia sygnału pochodząca od niewielkich zwykle zmian gęstości wymaga stosowania czułych przyrządów o dużych wzmocnieniach. Istotny wpływ na pomiar mają w tych warunkach różne zakłócenia takie, jak tem, czynnika mierzonego, działanie dynamiczne przepływu, drgania mechaniczne itd. Są kosztowne gęstościomierze. Gęstość określamy jako stosunek masy do objętości jednorodnego ciała ρ=m/V. METODA HYDROSTATYCZNA w naczyniu przez które przepływa ciecz o mierzonej gęstości ρ zanurzone są 2 sondy Pneumatyczne na różne głębokości. Różnica ciśnień ∆p w sondach uzyskana w wyniku wdmuchiwania powietrza jest proporcjonalna do gęstości cieczy. Różnica ciśnień jest zamieniona w przetworniku na sygnał gęstości ρ. Prosta konstrukcja gęstościomierza.
|
METODA WYPORNOŚCIOWA sposób zabudowy przetwornika nurnikowego jest podobna jak przy pomiarze poziomu cieczy. Zmiana gęstości powoduje zmianę siły przetwarzanej na sygnał pneumatyczny. F=V*ρ*g. Przy starannym doborze warunków pracy mogą być zalecane dla przemysłu spożywczego np. przy pomiarach gęstości soku w stacji wyparnej. Metoda wagi różnicowej pozwala na wyeliminowanie wpływu tem. Sygnał może być w postaci kąta nachylenia prądu i ciśnienia. Różnica sił wyporu pływaków wynika z różnicy gęstości. M OKREŚLENIA MASY ODMIERZANEJ OBJĘTOŚCI CIECZY ciecz o gęstości ρ przepływa przez U-rurkę pomiarową, ułożyskowaną i połączoną elastycznie z obudową. Zmiany gęstości powodują naruszenie układu równowagi i powstanie określonej siły F przetwarzanej na sygnał pneumatyczny. Zakres przetwornika można zmieniać przez przestawianie ciężarka G1.
TRANSPORT WEWNĘTRZNY W ZAKŁADACH PRZENOŚNIKI MECHANICZNE są to maszyny robocze służące do przenoszenia w sposób ciągły ciał stałych na nieduże odległości. Podział; 1. przenośniki cięgnowe, 2. bezcięgnowe, 3. z czynnikiem pośrednim. PRZENOŚNIKI CIĘGNOWE przenoszenie materiału odbywa się za pomoca cięgna(taśmy, liny, łańcucha) BEZCIĘGNOWE nie mają cięgna, przenoszenie materiału odbywa się dzięki specjalnej konstrukcji przenośnika. PRZENOŚNIK Z CZYNNIKIEM POŚREDNIM ruch uzyskuje się dzięki czynnikowi pośredniemu jest to najczęściej woda, powietrze. PRZENOŚNIKI CIĘGNOWE TAŚMOWE przenoszą transportowany materiał na elastycznej taśmie-cięgnie bez końca- napiętej między zwrotnymi bębnami. Jeden z tych bębnów jest bębnem napędzającym a drugi napinającym. Taśma na swojej drodze jest podtrzymywana rolkami, które jednocześnie kształtują jej profil. Wyładowanie materiału z taśmy może odbywać się na jej końcu w skutek zmian kierunku ruchu lub dowolnym miejscu przy użyciu urządzeń wyładowczych. Rozróżnia się 2 typy zasadnicze wózki zrzutowe i zgarniarki zrzutowe. Koszt inwestycji stosunkowo wysoki, cicha praca. PRZENOŚNIKI ZGARNIAKOWE transportowany materiał jest przesuwany 1-2)*otwartym lub zamkniętym krycie za pomocą zgarniaków przymocowanych do poruszającego się w nim cięgna(łańcucha, liny). W zależności od sposobu przesuwania materiału w korycie rozróżnia się przenośniki zgarniakowe zgrzebłowe i przenośniki zgarniakowe typu Reddlera. W przenośnikach zgarniakowych zgrzebłowych zgrzebła są w kształcie krążków, prostokątów przymocowane do cięgna popychają przed sobą znajdujący w rynnie materiał. PRZENOŚNIKI ŚRUBOWE (ŚLIMAKOWE) powierzchnia śrubowa obraca się wokół osi. a) element śrubowy nawinięty na obracający się w korycie wał, b) element śrubowy umocowany do wewnętrznej ścianki obracającej się rury. Zastosowanie *materiały sypkie, drobnoziarniste mało skłonne do zbrylania. PRZEN Z CZYNN -PNEUMATYCZNE rurociąg, w którym z opd przepływa gaz, ciało szybkie jest unoszone i transportowane. |