39

78 iC więżenia laboratoryjne z mechaniki płynów"

Do pomiaru wysokich ciśnień najczęściej są używane manometry sprężyste oraz przetworniki parametryczne. Ze względu na mnogość spotykanych w przemyśle typów manometrów do ćwiczenia zostały wybrane przyrządy. których zasada działania oparta jest na odkształceniach elementu sprężystego. Zasadniczym elementem przyrządu tego typu. którego schemat pokazano na rys.2 jest metalowa rurka 1 o odpowiednio ukształtowany m, najczęściej spłaszczonym przekroju poprzecznym (tzw. rurka Bourdona). Rurka ta zwinięta jest w kształcie koła w płaszczyźnie małych osi przekroju. Jeden koniec wlutowany jest w króciec 2. natomiast drugi zamknięty jest korkiem 3. Do króćca przymocowana jest również obudowa manometru zawierająca skalę oraz przekładnię zamieniającą przesuw końca rurki na obrót wskazówki. W przypadku, gdy wewnątrz rurki panuje ciśnienie wyższe od zewnętrznego, jej przekrój poprzeczny odkształca się i „stara" się zbliżyć do kołowego. Jednocześnie promień krzywizny rurki powiększa się. co powoduje przesunięcie jej swobodnego końca. Ciśnienie wew nątrz rurki mniejsze od zewnętrznego powoduje zjawisko odwrotne. Jeżeli przy pomiarach wysokich ciśnień od manometru wymagana jest duża czułość, a ze względów wytrzymałościowych rurka sprężysta jest grubościowa, stosuje się kąty zwinięcia większe niż 360°. przy czym rurka może mieć postać sprężyny spiralnej lub śrubowej. Rozwiązania takie stosuje się również w manometrach do pomiaru różnicy ciśnień oraz ciśnienia absolutnego. Różnicę odchyleń rurek uzyskuje się poprzez zastosowanie odpowiedniego mechanizmu różnicowego lub sztywno łącząc ze sobą elementy sprężyste uzyskuje się wychylenie będące wypadkowym działaniem porównywanych ciśnień.

Swobodny koniec rurki powinien przemieszczać się możliwie proporcjonalnie do zmian ciśnienia. Warunek ten jest z dostateczną dokładnością spełniony przy małych odkształceniach. Granica proporcjonalności przemieszczeń końca w stosunku do ciśnienia panującego w rurce Bourdona zależy od właściwości materiału, z którego wykonana jest rurka i od jej wymiarów. Granica osiąga tym wyższe wartości, im mniejsza jest średnica rurki, w iększa jest grubość ścianki oraz im mniejszy jest stosunek dłuższej osi przekroju rurki do jej małej osi. W zakresie pomiarowy m granica proporcjonalności nie może być przekroczona. Ponieważ przesuwanie się swobodnego końca rurki pod wpływem mierzonego ciśnienia jest niewielkie, w celu podłączenia wskaźnika i osiągnięcia wymaganych dokładności stosuje się przekładnie zębate, dźw igniowe lub niekiedy krzywkowe.

Zaletą opisanych manometrów jest prosta konstrukcja, bardzo szeroki zakres stosowania i możliwość przystosowania do zdalnego odczytu oraz rejestracji.

Wadą tych manometrów jest tzw. błąd opóźnienia sprężystego, przeja-wiaiący się tym. że przemieszczenie końca rurki nie nadąża za zmianami mierzonego ciśnienia. Błąd ten wzrasta, gdy /akres pomiarowy manometru zbliża się do granicy proporcjonalności określonej dla zastosowanej rurki.

Każdy przyrząd pomiarowy podczas wykony w an ia pomiarów pozwala na uzyskanie wyników, które zawsze obarczone są niepewnością. Oznacza to. że nie można uzyskać w wyniku pomiaru rzeczywistej wartości danej wielkości fizycznej. Informacja dotycząca dokładności pomiarów wykonywanych danym przyrządem analogowym zawarta jest w wielkości zwanej klasą przyrządu.

Klasę przyrządu definiuje się jako procentową wartość ilorazu maksymalnej bezwzględnej niepewności pojedy nczego pomiaru w całym zakresie pomiarowym przyrządu i zakresu przyrządu.

Klasę przyrządu określa się na podstawie wzorcowania. Wzorcowanie to proces porównywania (skalowania) wskazań danego przyrządu z wzorcem danej wielkości fizycznej. W w ielu przypadkach przyjmuje się jako wzorcowe wskazanie przyrządu, który jest co najmniej o dwie klasy bardziej dokładny.

3. Budowa stanowiska

Stanowisko do wzorcowania manometrów składa się z manometru obciążników o- tłokowego oraz dwóch wzorcowanych manometrów. Ciśnienie wzorcowe wytwarzane jest w układzie pomiarowym I pokazanym na rys.3. Na tłoczek pomiarowy nakładana jest znana ilość obciążników, znana jest również ich dokładna waga. Znając powierzchnie tłoczka oraz dokładny ciężar obciążników możemy w ten sposób wyliczyć stosując definicję ciśnienia ciśnienie w układzie pomiarowym. Aby uprościć pomiary obciążniki wycechowano w jednostkach ciśnienia. Na rys. 3 pokazano schemat hydrauliczny stanowiska pomiarowego.

W celu wytworzenia w^: układzie żądanego ciśnienia należy otworzyć zawór 8. Pokrętłem pompy tłokowej 2 pobrać olej ze zbiorniczka oleju transformatorowego 3. Gdy tłok pompy 2 jest maksymalnie cofnięty należy zamknąć zawór 8 i nałożyć odpowiednią ilość obciążników na tłok pomiarowy, a następnie otworzyć zawory 9 i 7. Pokrętłem pompy oleju obracać w prawo, dopóki cecha na obciążniku podstawowym nie pokryje się z białą kreską na wskaźniku. Dodatkowo tłok pomiarowy należy wpraw ić w ruch obrotowy, aby zminimalizować siłę tareia działającą w kierunku siły ciężkości, która występuje pomiędzy tłoczkiem pomiarowym, a ściankami cylindra. Wtedy, gdy wskaźniki pokryją się, należy dokonać odczytu ciśnienia z wzorcowanego manometru oraz z obciążników ocechowanych w jednost-