Cisnienia

5/17/2018 Cisnienia - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/cisnienia 1/18

POMIAR CIŚNIENIA

1. PODSTAWOWE POJĘCIA

Jednym z podstawowych parametrów określają cych termodynamiczny stan ciała jest ciśnienie. Pomiar

ciśnienia jest elementem sk ładowym prawie wszystkich pomiarów wystę pują cych w praktyceinżynierskiej.

Ciśnienie jest wywierane na ciała stałe i płyny w kierunku prostopadłym do ich powierzchni.

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

A

F

A

F P nn

A ∂

∂==

→∆ 0lim

gdzie: Fn - sk ładowa siły prostopadła do powierzchni,

A - pole powierzchni.

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

A

F P n=

Wartość mierzonego ciśnienia zależy od przyję tego poziomu odniesienia. Ciśnienie zmierzone

wzglę dem próżni jest nazywane ciśnieniem absolutnym lub bezwzględnym i najczęściej bywa

oznaczane liter ą P.

Ciśnienie manometryczne Pm - jest to różnica ciśnienia absolutnego i ciśnienia otoczenia, którym

najczęściej jest ciśnienie atmosferyczne, wskazywane przez barometr. Ciśnienie manometryczne może

przyjmować wartości wię ksze od zera i wówczas mówi się o nadciśnieniu lub wartości mniejsze od

zera i wówczas mówi się o podciśnieniu lub tzw. „próżni".

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

Wzajemne zależności mię dzy omówionymi ciśnieniami pokazano na rys. 1.

Rys. 1. Rodzaje ciśnień

Ciśnienie wywierane przez słup płynu nosi nazwę ciśnienia hydrostatycznego i jest określone

wzorem:

hgP ⋅⋅= ρ

gdzie: ρ - gę stość cieczy manometrycznej,

g - przyspieszenie grawitacyjne,

1



h - wysokość słupa cieczy.

W uk ładzie mię dzynarodowym jednostek miar SI podstawową jednostk ą ciśnienia jest paskal. Jeden

paskal jest to ciśnienie, które wywiera siła 1N działają ca równomiernie na powierzchnię o polu 1m2.

Ponieważ paskal jest jednostk ą ciśnienia bardzo małą , np.: ciśnienie barometryczne wyraża się liczbą około 10

5Pa, stą d w technice używa się wielokrotności tej jednostki: kilopaskali (1 kPa = 10

3 Pa)

oraz magapaskali (l MPa = 106

Pa).

Innymi jednostkami, w których wyraża się wielkość ciśnienia są :

Atmosfera techniczna MPam

N

cm

kGat 0981,01080665,911

2

4

2=⋅==

Bar Pabar 5

101 =

Tor (Wysokość słupa rtę ci) PammHgTr 3,13311 ==

Wysokość słupa wody PaOmmH 81,91 2 =

2. PRZYRZĄDY DO POMIARU CIŚNIENIA – CIŚNIENIOMIERZE.SPRAWDZANIE I WZORCOWANIE CIŚNIENIOMIERZY

W zależności od przyję tego ciśnienia odniesienia wyróżniamy nastę pują ce rodzaje ciśnieniomierzy:absolutne – do pomiaru ciśnienia absolutnego,

różnicowe - do pomiaru różnicy ciśnienia,

manometry - do pomiaru nadciśnienia,

wakuometry - do pomiaru podciśnienia,

manowakuometry - do pomiaru nadciśnienia i podciśnienia,

Sprawdzaniem nazywa się czynność porównania wskazań przyrzą du pomiarowego z przyrzą dem

wzorcowym w celu skontrolowania przyrzą du i ewentualnego wprowadzenia poprawek.

Wzorcowanie manometru polega na wyznaczaniu charakterystyki, czyli zależności wskazań

przyrzą du od rzeczywistej (wzorcowej) wartości ciśnienia lub zależności odchyłki wskazań przyrzą du

(w stosunku do przyrzą du wzorcowego) od jego podziałki.

Cechowaniem określa się operację umieszczania na narzę dziu pomiarowym oznaczeń

stwierdzają cych jego zgodność z wymaganiami technicznymi, normami lub przepisami

legalizacyjnymi.

2.1. SPRAWDZANIE I WZORCOWANIE MANOMETRÓWHYDROSTATYCZNYCH

W przyrzą dach tego rodzaju mierzone ciśnienie równoważone jest hydrostatycznym ciśnieniem słupa

cieczy. Do sprawdzania używa się mikromanometru Askania.

2.1.1. Wzorcowanie mikromanometrów

Schemat ideowy uk ładu do wzorcowania mikromanometrów pokazano na rys.2. Manometremwzorcowym jest mikromanometr Askania, manometrami badanymi są : mikromanometr Recknagla,

manometr przeponowy i dwa manometry U-rurkowe. Wzorcowanie przeprowadza się w całym

zakresie pomiarowym mikromanometru Askania. Ciśnienie w uk ładzie jest wytwarzane za pomocą pompki wodnej (rys.2).

2



Rys. 2. Schemat ideowy uk ładu do wzorcowania mikromanometrów: 1 — mikromanometr Askania, 2

- mikromanometr Recknagla, 3 - manometr przeponowy, 4 - U-rurka wypełniona rtę cią ., 5 - U-rurka

wypełniona woda, 6 — pompka wodna

Sposób pomiaru

1. Ustawić przyrzą dy w pozycji roboczej: manometry Askania i Recknagla ustawia się w pionie za

pomocą poziomic wbudowanych w te przyrzą dy; manometry U-rurkowe ustawia się za pomocą pionu murarskiego; manometr przeponowy jest wbudowany zgodnie z zaleceniem podanym na

tarczy.

2. Wyzerować mikromanometry Askania i Recknagla zgodnie ze wskazówkami podanymi niżej

(pozostałe przyrzą dy nie wymagają zerowania).

3. Podłą czyć mikromanometr Askania do źródła ciśnienia (pozostałe manometry są podłą czone na

stałe).

4. Wytworzyć ciśnienie w uk ładzie za pomocą pompki wodnej przez podniesienie naczynia A - rys.

2 o jeden uskok do góry.

5. Zmierzyć wartość uzyskanego ciśnienia za pomocą mikromanometru Askania (patrz niżej).

6. Odczytać wskazania przyrzą dów wzorcowanych.

7. Powtórzyć czynności z pkt. 5 i 6, podnoszą c naczynie A za każdym razem o jeden uskok w gór ę ,wytwarzają c w ten sposób odpowiednie ciśnienie w całym zakresie pomiarowym manometru

Askania.

2.1.2. Wzorcowanie mikromanometru RecknaglaSprawdzanie manometru Recknagla polega na ustaleniu rzeczywistego błę du wskazania przyrzą du

(przy zadanym położeniu) i porównaniu go z błę dem granicznym wynikają cym z klasy przyrzą du (dla

danego położenia). Sprawdzenia dokonuje się mierzą c jednocześnie zadaną wartość ciśnienia

manometrem wzorcowym i manometrem badanym (patrz Rys.3). Manometrem wzorcowym jestmanometr Askania typu MK-2. Wzorcowanie przeprowadza się aż do uzyskania maksymalnego

wychylenia (1) w manometrze Recknagla. Nadciśnienie w uk ładzie wytwarzane jest za pomocą drugiego manometru Askania spełniają cego rolę pompki wodnej (podnoszenie zbiornika 1 powoduje

spr ężenie powietrza nad powierzchnią cieczy drugiego zbiornika 2).

3



Rys.3 Schemat uk ładu do sprawdzania manometru z pochyłym ramieniem; 1- manometr Askania

(wzorcowy), 2- manometr Recknagla, 3- pompka wodna (manometr Askania pomocniczy).

Sposób pomiaru.1. Ustawić przyrzą d w pozycji pracy (manometry Askania i manometr Recknagla ustawia się za

pomocą poziomic wbudowanych w te manometry).

2. Wyzerować manometr Askania zgodnie ze wskazówkami podanymi w instrukcji poniżej.

3. Połą czyć manometr Askania z pozostałymi przyrzą dami.

4. Wytworzyć ciśnienie w uk ładzie za pomocą pompki wodnej. W tym celu podnieść naczynie 1 w

pomocniczym manometrze ASKANIA (za pomocą śruby mikrometrycznej 7, kr ę cą c w prawo) na

wysokość 10 mm.

5. Odczytać wartość ciśnienia z wzorcowanego manometru Askania.

6. Odczytać wychylenie cieczy w manometrze Recknagla.

7. Podnieść naczynie 1 w pomocniczym manometrze Askania o kolejne 10 mm i po ustaleniu się ciśnienia wykonać czynności z punktów 5 i 6.

8. Podnosić naczynie 1 w pomocniczym manometrze Askania tak długo, aż osią gnie się maksymalne

wychylenie cieczy w manometrze Recknagla.

2.1.3. Manometr dwuramienny, tzw. U – rurkowy – budowa i zasada dzia łaniaZa pomocą manometrów U - rurkowych można mierzyć nadciśnienie, podciśnienie oraz różnicę ciśnień w zależności od sposobu przyłą czenia. Jest to najprostszy manometr służą cy do pomiaru

technicznych ciśnień, w tym m.in. do pomiaru małej różnicy ciśnień, jak np. przy przepływie płynów

przez zwężk ę . Najważniejszą częścią tego manometru (rys. 4) jest rurka szklana (1) zgię ta na kształtlitery U, deska mocują ca (2) oraz podziałka milimetrowa (3).

Zasada działania manometrów U - rurkowych oparta jest na równości ciśnień na poziomych powierzchniach ekwipotencjalnych w naczyniach połą czonych. Pomiarowi podlega przesunię cie słupa

cieczy manometrycznej (spię trzenie) h. Wobec tego, że na poziomie niższej powierzchni cieczy

ciśnienia w obu ramionach są jednakowe, to

21 PhP +⋅= γ

a różnica ciśnień wynosi:

hghPPP ⋅⋅=⋅=∆=− ρ γ 12

gdzie: γ - ciężar właściwy cieczy manometrycznej [N/m3],

W trakcie pomiarów tym przyrzą dem należy unikać wychyleń (wysokości słupa) mniejszych od 100

mm, ze wzglę du na zmniejszają cą się dok ładność pomiarów. Dla określonego ciśnienia wychylenie to

zależy od gę stości użytej cieczy (

g

Ph

ρ

∆= ). Do mierzenia niedużych ciśnień należy stosować ciecze o

małej gę stości. W praktyce wykonuje się U - rurki do pomiaru ciśnień nie przekraczają cych 300 kPa.

4



Podyktowane to jest m.in. trudnością w utrzymaniu jednakowej temperatury (gę stości) cieczy

manometrycznej na poziomach różnią cych się znacznie wysokością .

Rys. 4. Manometr cieczowy dwuramienny.

2.1.4. Manometr Recknagla (z rurk ą pochyłą) - budowa i zasada działania

W celu zwię kszenia dok ładności pomiaru małych ciśnień rzę du kilkudziesię ciu paskali, stosuje się manometry z rurk ą pochyłą . Ideowy schemat takiego manometru pokazano na rys. 5. Zastosowanie

rurki pochyłej umożliwia zwię kszenie dok ładności odczytu przemieszczeń słupa cieczy

manometrycznej, ponieważ wysokość h (rys. 5) mierzy się za pośrednictwem długości słupa cieczy l.

Błą d pomiaru przy posługiwaniu się manometrem z rurk ą pochyłą maleje wraz z maleją cym α (im

mniejszy k ą t pochylenia rurki, tym wię ksza długość słupa cieczy odpowiadają ca określonemu

ciśnieniu). Jednak przy małym α, mimo zastosowania kapilary o średnicy wewnę trznej 1,5 - 4 mm i

cieczy manometrycznej o małej lepkości (alkohol C2H5OH), menisk staje się niewyraźny.

W manometrze Recknagla (Rys. 6) rurce można nadawać kilka różnych pochyleń, a przez to zmieniać

zakres pomiarowy i jednocześnie dok ładność pomiaru (Tab. 1).

Manometr ten może służyć do pomiaru nadciśnienia, podciśnienia oraz różnicy ciśnień. Nadaje się on

szczególnie do współ pracy z rurkami spię trzają cymi. Jest tak że przystosowany do pomiaru ciśnień dynamicznych. Podstawowymi częściami manometru są : zbiornik pomiarowy (1) zamocowany na

podstawie (2), szklana rurka pomiarowa (3) umieszczona w ramieniu mikromanometru (4); uchwyt (5)

i prowadnica wskaźnika (6). Rurka pomiarowa połą czona jest ze zbiornikiem (1) rurk ą metalową przechodzą cą przez oś obrotu ramienia. Kurek rozdzielczy (12) zamocowany na pokrywie zbiornika,

zaopatrzony jest w dwie końcówki, oznaczone (+} i (-), do których doprowadza się ciśnienia (do

końcówki (+) ciśnienie wyższe, do końcówki (—) ciśnienie niższe).

5



Rys.5. Manometr z rurk ą pochyła. Sposób odczytywania wskazań manometru.

Rys 6. Manometr Recknagla - widok

Tablica 1 Zakresy pomiarowe oraz klasy dok ładności manometru typu Recknagla MPR—4

Przełożenie Zakres pomiarowy* Klasa dok ładności

n [Pa] [%]

6



1:1 0 - 1600 0,5

1:2 0- 800 0,5

1:5 0- 320 0,5

1:10 0- 160 1,0

1:25 0- 64 1,5

1:50 0- 32 2,5

*dla cieczy o gę stości 800 kg/m3

Może on przyjmować trzy położenia: P - pomiar, Z - zamknię te, 0 - zerowanie manometru. Do

podstawy mikromanometru przymocowane są : płaskie ramię (8) służą ce do zamocowania rurki

pomiarowej pod odpowiednim k ą tem, dwie śruby (9) do poziomowania oraz poziomica (7). W

pokrywie mikromanometru znajduje się otwór (10) służą cy do napełniania przyrzą du cieczą manometryczną oraz urzą dzenie do jej nastawiania w punkcie zerowym (za pomocą gałki pokr ę tnej

11). Przy korzystaniu z tego typu przyrzą dów należy zwrócić szczególną uwagę na dok ładne

poziomowanie podstawy. Niedok ładne poziomowanie może być przyczyną znacznych błę dów

pomiarowych, przy czym ich wartość wzrasta ze zmniejszeniem k ą ta nachylenia ramienia

(zwię kszeniem przełożenia).

Wykonanie pomiaru ciśnienia mikromanometrem Recknagla

1. Ustawić manometr w pozycji pionowej (poziomica 7).

2. Wyzerować manometr (manometr odłą czony od źródła ciśnienia):

- ustawić kurek rozdzielczy 12 w pozycji „0",

- ustawić ramię mikromanometru 4 w pozycji pionowej,

- sprawdzić, czy najniższy punkt menisku w rurce pomiarowej 3 znajduje się na kresce oznaczają cej

począ tek skali; jeśli nie, to wyzerować przyrzą d za pomocą gałki pokr ę tnej 11.

3. Ustawić kurek rozdzielczy 12 w pozycji „P".

4. Podłą czyć manometr do źródła ciśnienia (przy pomiarze nadciśnienia wąż podłą czamy do

końcówki ze znakiem (+)).

5. Po odczekaniu, aż ciecz przestanie drgać w rurce pomiarowej, dokonać odczytu wartości ciśnieniaze skali naniesionej na rurce pomiarowej 3.

2.1.5. Mikromanometr kompensacyjny Askania

Do pomiaru bardzo małych ciśnień stosowane są mikromanometry kompensacyjne. Najbardziej

rozpowszechnionym przyrzą dem tego typu jest mikromanometr Askania. Jego przekrój jest pokazany

na Rys.7. Jest to przyrzą d laboratoryjny służą cy do pomiaru nadciśnienia, podciśnienia oraz różnicy

ciśnień statycznych. Ze wzglę du na uzyskiwaną dok ładność pomiaru (Tabl. 2) znajduje zastosowanie

m.in. przy wzorcowaniu i sprawdzaniu innych manometrów.

Głównymi elementami sk ładowymi przyrzą du są dwa naczynia (1) i (2) wypełnione częściowo cieczą manometryczną (wodą destylowaną ) i połą czone gię tkim przewodem (3). Naczynie (2) wykonane jest

w kształcie walca o osi poziomej; walec zamknię ty jest dwoma przezroczystymi dnami, z których

jedno stanowi soczewka wypuk ła (4). Wewną trz naczynia umieszczone jest stożkowe ostrze (5),

którego wierzchołek znajduje się w osi optycznej soczewki. Naczynie (1) przymocowane jest do śruby

mikrometrycznej (6); skok jej wynosi zwykle 1 mm. Głowica (7) śruby mikrometrycznej wyposażona

jest w podziałk ę (8) stanowią cą noniusz podziałki pionowej (9); wartość elementarnej działki skali

pionowej wynosi 1 mm. Wysokość położenia naczynia (1) pokazuje na skali poziomej wskaźnik (10)

a na skali pionowej wskaźnik (11). Różnicę poziomów cieczy w obu naczyniach, spowodowaną mierzonym ciśnieniem (rys. 3.10), kompensuje się przez podnoszenie za pomocą śruby

mikrometrycznej naczynia (1) do chwili, gdy nastą pi zetknię cie ostrza (5) ze zwierciadłem cieczy.

Obserwację tego zjawiska ułatwia to, że przez wziernik widoczne jest zarówno ostrze, jak i jego

odbicie w zwierciadle cieczy. Mikromanometr poziomuje się za pomocą śrub (12); wskaźnikiem

prawidłowego ustawienia jest poziomica (13). Do zerowania (adjustowania) mikromanometru służy

śruba (14), któr ą regulować można położenie naczynia (2).

7



Rys. 7. Mikromanometr Askania

Tablica 2 Dane techniczne mikromanometrów kompensacyjnych typu Askania MK-1 i MK-2

Parametr MK-1 MK-2

Zakres wskazań - max

Klasa dok ładności

Maks. ciśnienie statyczne

Ciecz manometryczna zalecana

1471 Pa

0,05

10 kPa

woda destylowana

2452 Pa

0,05

10 kPa

woda destylowana

Pomiar ciśnienia mikromanometrem Askania

1. Ustawić manometr w pozycji pionowej (poziomica 13).

2. Wyzerować przyrzą d (manometr odłą czony od źródła ciśnienia);

- ustawić zero na skali pionowej i poziomej (dokonuje się tego za pomocą głowicy 7 śruby

mikrometrycznej 6 - Rys.7),

- za pomocą śruby regulacyjnej 14 doprowadzić zbiornik 2 do położenia, w którym wierzchołek ostrza

5 zetknie się ze swoim odbiciem lustrzanym (Rys. 8 - przekrój A). ostrze pomiarowe zbliży się do

swego obrazu odbitego bez wzajemnego przecię cia się 3. Podłą czyć manometr do źródła ciśnienia (przy pomiarze nadciśnienia wąż podłą cza się do

końcówki (+)).

8



4. Skompensować wytworzone ciśnienie przez podnoszenie naczynia 1 do położenia, w którym

nastą pi zetknię cie ostrza 5 ze zwierciadłem cieczy (Rys. 8 -przekrój A); naczynie 1 podnosi się kr ę cą cw prawo głowicą 7 śruby mikrometrycznej 6.

5. Odczytać wartość ciśnienia na podziałkach: pionowej 9 i poziomej 8.

Pomiar ciśnienia przy użyciu minimetru Askania sprowadza się do mierzenia wzniosu zbiornika

wyrównawczego (Rys. 8), a nie różnicy poziomów cieczy. Jest to bardzo korzystne, gdyż eliminuje

błę dy zwią zane z lepkością cieczy, zwilżaniem ścianek i niejednakową średnicą rurek na całej

długości, ponieważ praktycznie oba meniski są na tej samej wysokości naczyń.

Rys. 8. Zasada działania mikromanometru Askania

2.1.6 Błędy pomiarowe manometrów hydrostatycznych

Podstawowe przyczyny błę dów wystę pują cych przy pomiarze ciśnienia za pomocą manometrów

hydrostatycznych rozpatrzone są poniżej.

1. Podniesienie poziomu cieczy w rurce wskutek zjawiska włoskowatości (kapilarności). Zmianę wysokości słupa cieczy h w spowodowaną zjawiskiem włoskowatości można określić według

przybliżonego wzoru:

d hw

11≅ mm dla alkoholu

d hw

30≅ mm dla wody.

Z obu wzorów wynika, że wartość wielkości hw można skutecznie zmniejszyć stosują c do budowy

manometrów rurki o odpowiednio dużych średnicach. W manometrach U-rurkowych, teoretycznie

bior ą c, wpływ włoskowatości jest skompensowany, gdy średnice rurek obu ramion są identyczne.

Należy podkreślić odmienne zachowanie się rtę ci wskutek włoskowatości. Rtęć nie zwilża ścianek

rurek szklanych, tworzą c menisk wypuk ły. Dla wody i alkoholu poprawk ę hw należy odjąć od

wskazań manometru. Dla rtę ci natomiast poprawk ę hw należy dodać do wskazań manometru.

Postę puje się przy tym zgodnie z nastę pują cą zasadą : menisk wklę sły odczytuje się wg najniższego

jego punktu, zaś wypuk ły - wg najwyższego.

9



Rys. 9 Widok menisku wklę słego.

2. Nieuwzględnienie zmian temperatury, które powodują równoczesną zmianę gę stości cieczy

manometrycznej oraz zmianę długości skali pomiarowej.

3. Zanieczyszczenie a w szczególności zatłuszczenie rurek; błą d wynikają cy z zatłuszczenia rurek

może być dużo wię kszy od błę du wynikają cego z nieuwzglę dnienia wpływu zjawiska włoskowatości.

4. Nierównomierne średnice rurek; celem uniknię cia tego błę du stosuje się rurki kalibrowane o

stałej średnicy.

2.1.7. Ciecze manometryczne

Ciecze manometryczne powinny tworzyć wyraźny menisk, tzn. nie mogą mieszać się ani tworzyć

roztworów z płynem impulsowym (wywierają cym ciśnienie), lepkość, współczynnik rozszerzalności

obję tościowej oraz napię cie powierzchniowe cieczy nie powinny być zbyt duże, gę stość cieczy nie

może ulegać zmianom w wyniku absorpcji pary wodnej z powietrza lub odparowywania bardziej

lotnych sk ładników.

Tablica 3 Gę stości niektórych cieczy manometrycznych

3 Gę stość ρ [kg/m3]

w temperaturze t [ °C ]

Nazwa cieczy

manometrycznej

Wzór chemiczny

10 20 35

Alkohol etylowy

Woda

Rtęć

C2H5OH

H2O

Hg

817

1000

13570

809

998

13550

706

994

13510

2.2. SPRAWDZANIE I WZORCOWANIE CIŚNIENIOMIERZY SPR ĘŻYNOWYCH Wskutek zachodzą cych procesów starzenia, wskazania manometrów spr ężynowych różnią się nieraz

bardzo znacznie od rzeczywistej wartości mierzonego ciśnienia. Przyczyną tego jest histerezaodkształceń spr ężystych czujnika oraz zużycie mechanizmu przekazywania impulsu ciśnienia.

Do wzorcowania i sprawdzania manometrów stosuje się wzorcowe manometry spr ężynowe lub

obciążnikowo-tłokowe. Ogólne zasady sprawdzania i wzorcowania przedstawiają się nastę pują co.

Przyrzą dy, badany i wzorcowy, ustawia się w położeniu normalnym i sprawdza czy wskaźniki

(wskazówka, menisk) są w położeniu zerowym. Nastę pnie oba przyrzą dy przyłą cza się równolegle do

zbiornika, w którym przy pomocy pompy ciśnieniowej (prasy hydraulicznej, spr ężarki) lub w

przypadku próżniomierza - pompy próżniowej, wytwarza się ciśnienie wyrażają ce się całkowitą ilością działek na manometrze badanym lub wzorcowym.

Wskazania przyrzą du sprawdza się w całym obszarze jego podziałki w takiej ilości punktów, jaka jest

określona normą dla danego typu przyrzą du.

W wielu przypadkach zaliczanie manometrów do tej lub innej klasy dok ładności zależy prawie

wyłą cznie od wartości liczbowej opóźnienia spr ężystego. Stą d też manometry spr ężynowe sprawdza

się dla ciśnień rosną cych i maleją cych po odpowiednim przetrzymaniu przyrzą du przy najwyższym

10



ciśnieniu oznaczonym na podziałce. Ze wzglę du na istnienie tarcia i luzów w mechanizmie przek ładni

manometrów spr ężynowych niezbę dne jest każdorazowe opukanie przyrzą du przed odczytaniem

wskazania.

2.2.1. Wzorcowanie wakuometrówSchemat ideowy uk ładu do wzorcowania wakuometrów jest przedstawiony na rys. 10. Manometrem

wzorcowym jest manometr spr ężynowy z rurk ą Bourdona, a manometrami wzorcowanymi są :manometr spr ężynowy z rurk ą Bourdona i manometr spr ężynowy przeponowy. Podciśnienie w

uk ładzie jest wytwarzane za pomocą pompy próżniowej 7.

Rys. 10. Schemat uk ładu do wzorcowania wakumetrów: 1 - manometr wzorcowy, 2 — manometr

spr ężynowy z rurk ą Bourdona, 3 - manometr spr ężynowy przeponowy, 4 — zbiornik wyrównawczy,

5, 6 — zawory, 7 — pompa próżniowa

Tok postępowania

Wytworzyć podciśnienie w zbiorniku wyrównawczym. W tym celu należy:

- zamknąć zawór 6 (rys. 10),

- otworzyć zawór 5.

-uruchomić pompę próżniową 7, obserwują c jednocześnie wskazanie manometru przeponowego 3;

zamknąć zawór 5, a nastę pnie wyłą czyć pompę próżniową w chwili, gdy wskazanie manometru bę dzie

wynosiło ok. 20 Tr.

2. Odczytać dok ładnie wskazanie manometru wzorcowego.

3.Odczytać wskazania obu manometrów spr ężynowych pamię tają c, że manometr przeponowy

pokazuje ciśnienie absolutne. 4. Otworzyć zawór 6, a nastę pnie zamknąć w chwili, gdy wskazówka przesunie się o żą daną wartość.

Po ustaleniu się ciśnienia odczytać wskazania manometrów.

5. Postę pują c identycznie, jak w punkcie 4, dokonywać odczytów wskazań manometrów aż dozrównania się ciśnienia w zbiorniku wyrównawczym 4 z ciśnieniem barometrycznym (otworzyć

całkowicie zawór 6).

6. Odczytać ciśnienie barometryczne. Jego wartość jest oczywiście ostatnim wskazaniem manometru

przeponowego 3.

Barometr rtęciowy

Barometry są to przyrzą dy do pomiaru ciśnienia atmosferycznego. Barometry hydrostatyczne

napełniane są wyłą cznie rtę cią , ponieważ ciśnienie nasycenia par rtę ci odpowiadają ce temperaturze

otoczenia jest znikomo małe (np. w temperaturze 20°C wynosi 0,267 Pa i jest dużo mniejsze od

osią ganej dok ładności pomiaru). W praktyce najczęściej stosuje się barometry lewarowe i naczyniowe.

Na Rys. 11 pokazano schemat barometru naczyniowego bez nastawy zerowej.

11



Rys. 11 Schemat barometru naczyniowego bez nastawy zerowej.

2.2.2. Sprawdzanie manometru sprężynowego z rurk ą BourdonaDo sprawdzania manometrów używa się bardzo czę sto manometrów obciążnikowo-tłokowych. W

przyrzą dach tych ciśnienie jest wytwarzane przy użyciu pompy olejowej, która spr ęża olej

wypełniają cy manometr badany, manometr tłokowy i przewody doprowadzają ce. Ciśnienie

spr ężonego oleju mierzy się jednocześnie obydwoma manometrami: tłokowym i spr ężynowym z rurk ą Bourdona. Ponieważ klasa dok ładności manometru tłokowego jest wyższa niż manometru z rurk ą Bourdona, wskazuje on ciśnienie wzorcowe, z którym porównuje się ciśnienie wskazywane przez

badany manometr z rurk ą Bourdona. Pomiary wykonuje się w całym zakresie manometru badanego.

Tok postępowania 1. Odpowietrzyć manometr obciążnikowo-tłokowy (Rys. 12). W tym celu:

- zamknąć zawory 5,6,7,

- otworzyć zawór 8 (do zbiornika oleju),

- przy użyciu śruby 4 (kr ę cą c w prawo lekko do oporu) wytłoczyć olej z kanałów łą czą cych do

zbiornika oleju 9,

- napełnić kanały olejem (zawory 5,6,7 zamknię te, zawór 8 -otwarty); czynność tę wykonuje się kr ę cą c śrubą 4 w lewo lekko do oporu.

2. Otworzyć zawory 5 i 6; zawór 8 pozostaje otwarty, a 7 zamknię ty.

3. Odczytać wskazanie manometru badanego dla zerowego ciśnienia wzorcowego (przy otwartym

zaworze 8 uk ład jest podłą czony do otoczenia, w zwią zku z czym nadciśnienie oleju jest równe zeru).

4. Zamknąć zawór 8.

5. Używają c śruby 4 (kr ę cą c powoli w prawo) wytworzyć ciśnienie, którego wartość określa się nastę pują co:

- odczytać z talerza 1 oraz obciążnika 2 wartości ciśnienia, które są na nich wybite;

- za pomocą śruby 4 tak zwię kszać ciśnienie, aby biały pasek na talerzu 1 był na tej samej wysokości,

co środkowe nacię cie na wskaźniku 3.

6. Wykonać pomiary w całym zakresie manometru sprawdzanego dla ciśnienia rosną cego, a nastę pnie

maleją cego, przy czym po uzyskaniu Pmax utrzymać to ciśnienie przez 5 min.

Uwaga:Przed każdym pomiarem należy:

- sprawdzić, czy numer na obciążniku 2 jest taki sam, jak na talerzu 1,

- wprawić talerz w ruch obrotowy celem uniknię cia tarcia mię dzy tłokiem a cylindrem, jakie może

powstać wskutek niedok ładnego ustawienia przyrzą du,- lekko opukać obudowę manometru badanego.

12



Rys. 12. Widok manometru obciążnikowo-tłokowego: 1 - talerz, 2 - obciążniki, 3 - wskaźnik, 4 -

Śruba napę dowa, 5,6,7,8 - zawory odcinają ce, 9 - zbiornik oleju

Manometr badany nie spełnia stawianych mu wymagań, jeśli nie jest zachowany jeden z niżej

wymienionych warunków:

1. Różnica wskazań manometru badanego i wzorcowego w dowolnym miejscu skali jest wię ksza od

odchyłki wynikaj

ą cej z klasy dok

ładno

ści manometru badanego (zarówno dla ci

śnie

ńrosn

ą cych, jak imaleją cych):

maxPPa

∆>∆

gdzie: ∆Pa=Po – Pw - różnica wskazań manometru badanego i wzorcowego,

Po - ciśnienie odczytane z manometru badanego.

Pw - ciśnienie wzorcowe (rzeczywiste),

∆Pmax - błą d charakterystyczny (graniczny) manometru badanego wynikają cy z klasy dok ładności:

100max

zakresklasaP

•=∆

2. Histereza pomiarowa, tj. różnica wskazań odpowiadają cych tej samej poprawnej wartości ciśnienia,

uzyskanej przy ciśnieniu wzrastają cym i przy ciśnieniu maleją cym, jest wię ksza od błę du granicznego

manometru badanegomaxPPh ∆>∆

gdzie: ∆Ph =Pm-Pr - histereza pomiarowa,

Pm - ciśnienie odczytane z manometru badanego przy ciśnieniu maleją cym,

Pr - ciśnienie odczytane z manometru badanego przy ciśnieniu wzrastają cym,

3. Błą d tarciowy przekracza połowę bezwzglę dnej wartości błę du granicznego ∆Pmax

4. Rozruch jest wię kszy od bezwzglę dnej wartości błę du charakterystycznego ∆Pmax

5. Manometr nie zachowuje dok ładności wskazania zerowego, tj. przy doprowadzeniu do elementu

spr ężystego ciśnienia równego ciśnieniu odniesienia, (którym może być np. ciśnienie atmosferyczne)

koniec wskazówki nie pokrywa się z zerową kresk ą podziałki.

2.2.3. Wyznaczanie klasy manometru sprężynowegoKlasa manometru to liczba normalna wię ksza od maksymalnego błę du wzglę dnego obliczanego ze

wzoru

13



%100maxmax ⋅

∆= zakres

Pδ

Sposób wyznaczania klasy jest nastę pują cy: porównuje się wskazania manometru badanego (tj. tego,

którego klasa ma być wyznaczona) ze wskazaniami manometru wzorcowego w całym jego zakresie,

dla ciśnienia rosną cego i maleją cego. Wyznacza się w ten sposób błę dy bezwzglę dne pomiaru - ∆P

oraz błę dy histerezy - ∆Ph. Najwię ksza z wartości błę dów ∆P lub ∆Ph stanowi ∆Pmax (maksymalny błą d bezwzglę dny).

Zgodnie z Polskimi Normami klasy dok ładności urzą dzeń ustala się wybierają c oznaczenie z cią gu

liczb w [%]:

a) 0,010; 0,016; 0,025; 0,04; 0,06; 0,10; 0,16; 0,25; 0,40; 0,60; 1,0; 1,6; 2,5;

b) 0,15; 0,02; 0,05; 0,15; 0,2; 0,5; 1,5; 2,0.

Ponadto dla urzą dzeń do pomiaru i przetwarzania ciśnienia dopuszcza się klasy dok ładności

oznaczone wię kszymi liczbami.

2.2.4 Manometry tłokoweW przyrzą dach tych ciśnienie równoważone jest zewnę trznymi siłami działają cymi na tłok. Na tłok

poruszają cy się w cylindrze działają nastę pują ce siły: siła ciężkości tłoka i obciążników siłaspowodowana ciśnieniem cieczy manometrycznej oraz siła tarcia, która przeciwdziała ruchowi tłoka wcylindrze.

Manometry tłokowe budowane są w dwóch podstawowych odmianach: jako manometry techniczne i

jako manometry obciążnikowo-tłokowe. O ile pierwsza grupa nie jest szeroko stosowana w praktyce,

z powodu skomplikowanej budowy i niewielkiej pewności ruchu, o tyle manometry obciążnikowo-

tłokowe znalazły szerokie zastosowanie do wzorcowania i sprawdzania manometrów innych typów.

Wykorzystuje się je również do bezpośredniego pomiaru wysokich ciśnień. Zakres stosowanych

ciśnień jest bardzo duży i wynosi 0,2-3000 MPa, przy czym niedok ładność wskazań dochodzi do

zaledwie ±0,2% górnej wartości granicznej zakresu pomiarowego.

Rys. 13. Schemat manometru obciążnikowo-tłokowego.

Schemat manometru obciążnikowo-tłokowego jest pokazany na Rys. 13. Główne części manometruto: 1 - tłok, 2 - cylinder, 3 - talerz, 4 - obciążniki. Tłok jest stalowym wałkiem, na końcu którego

znajduje się nakr ę tka nie pozwalają ca na wyję cie tłoka z cylindra, bez uprzedniego wykr ę cenia

14



cylindra z podstawy. Zazwyczaj cylinder wykonuje się ze stopów metali nieżelaznych (br ą z lub

mosią dz). Tłok i kanał wewnę trzny cylindra mają kształt walca i są tak do siebie dopasowane, aby luz

pomię dzy nimi był rzę du kilku mikronów. Powierzchnie te powinny być starannie wypolerowane. Dla

dogodnej obsługi manometry tłokowe zaopatruje się w pompę olejową (5) sk ładają cą się ze śruby (6),

cylindra (7) i tłoczka gumowego (8). Przestrzeń tłoczna pompy olejowej jest połą czona kanałem z

cylindrem (2), gniazdami do wkr ę cania manometrów wzorcowych (9) oraz zbiornikiem oleju (10).

Zarówno cylinder, zbiornik oleju jak i gniazda manometrów mogą być odcinane od pompy olejowej

zaworami (11), (12) i (13).

Zasadnicze błę dy przy pomiarze ciśnienia manometrami tłokowymi wynikają z:

- niedok ładnego wyznaczenia ciężarów tłoka i obciążników,

- pominię cia sił tarcia (w celu zmniejszenia wpływu sił tarcia bezpośrednio przed dokonaniem odczytu

wprawia się talerz wraz z obciążnikami w ruch obrotowy),

- błę dów w określeniu powierzchni czynnej tłoka (powierzchnia, na któr ą działa wytworzone

ciśnienie.

2.2.5 Manometry sprężynowe

Zasada działania tych manometrów polega na wykorzystaniu do pomiaru ciśnienia spr ężystych

odkształceń elementów różnego rodzaju. Przyjmują c jako podstawę klasyfikacji manometrów rodzajelementu spr ężystego rozróżnia się :a) manometry rurkowe,

b) manometry przeponowe,

c) manometry mieszkowe.

2.2.5.1. Manometry rurkowe

Manometry rurkowe są w chwili obecnej najczęściej używanymi przyrzą dami do pomiarów ciśnień,

przy czym stosuje się je do pomiaru nadciśnienia, podciśnienia (wakuometry) albo podciśnienia i

nadciśnienia (manowakuometry). Budowane są w różnych zakresach pomiarowych i dla różnych

płynów, przy czym najwyższa osią gana klasa dok ładności to 0,2.

Rys. 14. Mechanizm wskazują cy manometru rurkowego: 1 — rurka Bourdona, 2 - króciec, 3 —

obudowa, 4 - cię gno, 5 — korek, 6 — przek ładnia zę bata, 7 — wskazówka

15



Rys. 15. Odkształcenie rurki manometrycznej pod wpływem ciśnienia

Przy właściwym doborze materiału spr ężystego na rurk ę , a tak że jej przekroju poprzecznego, można

takie manometry wykonywać na ciśnienie do ok. 2000 MPa. Zasadniczym elementem manometru jest

zwinię ta rurka, tzw. rurka Bourdona, najczęściej o przekroju eliptycznym lub owalnym. Rurka

wykonana jest ze spr ężystego materiału: stali, br ą zu lub stali specjalnych, przy czym rodzaj

stosowanego materiału zależy od własności płynu, którego ciśnienie jest mierzone oraz od

wymaganego zakresu pomiarowego. Jeden koniec rurki (rys. 14) jest zamknię ty, natomiast drugi jest

zamocowany w króćcu zakończonym złą czk ą z gwintem; za pomocą złą czki łą czy się rurk ę z

przestrzenią , w której panuje mierzone ciśnienie.

Jeżeli do rurki doprowadzi się płyn o ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego, to krzywizna

rurki zmniejszy się ; w przypadku, gdy czujnik wykazuje podciśnienie, wtedy krzywizna rurki powię ksza się . Ponieważ jeden koniec rurki jest sztywno zamocowany, zmiana krzywizny powoduje

przemieszczenie jej drugiego, swobodnego końca (rys. 15). Ruch swobodnego końca rurki oddziałuje

na przek ładnię zę batą przez uk ład wodzik-przegub. Proporcjonalnie do obrotu kółka zę batego

przek ładni obraca się też wskazówka manometru. Liniowa zależność przemieszczenia swobodnego

końca rurki jest proporcjonalna do ciśnienia tylko w określonym zakresie długości. Graniczne

ciśnienie, przy którym zależność ta jest jeszcze zachowana nosi nazwę granicy proporcjonalności; jest

ona ważną wielkością charakteryzują cą manometr. Jest zasadą , że granica proporcjonalności nie może

być osią gana w zakresie pomiarowym manometru.

2.2.5.2 Manometry przeponowe

W manometrach tego rodzaju czujnikiem jest przepona (membrana), wykonana ze spr ężystego

materiału, szczelnie zamocowana na obwodzie pomię dzy kołnierzami górnej i dolnej części obudowy

przyrzą du (Rys. 16).

16



Rys. 16. Manometr przeponowy: 1 — przepona, 2 — dżwignia,3—przek ładniazę bata,4 — wska-

zówka, 5 — pokrywa górna, 6 — pokrywa dolna

Impuls mierzonego ciśnienia jest doprowadzany do jednej z komór utworzonych przez przeponę i

obudowę czujnika. Ugię cie środka przepony, odkształcają cej się pod wpływem ciśnienia jest

przekazywane za pośrednictwem uk ładu dźwigni i przek ładni zę batej na wskazówk ę , której

wychylenie jest miar ą ciśnienia. W celu uzyskania liniowej zależności pomię dzy odkształceniami a

działają cym ciśnieniem stosuje się przepony z wytłaczanymi falami. Manometry przeponowe stosuje

się do pomiarów ciśnień, których wartość nie przekracza 3 MPa. Najczęściej jednak manometry te

stosowane są do pomiaru podciśnień i różnic ciśnień.

2.2.6. Błędy pomiarowe manometrów sprężynowych

Podstawowe przyczyny błę dów wystę pują cych przy pomiarze ciśnienia za pomocą manometrów

spr ężynowych podane są poniżej.

1. Zmiany temperatury czujnika pomiarowego - wartość błę du temperaturowego ∆Pt odejmuje się od wartości ciśnienia odczytanego na skali manometru.

2. Zjawisko histerezy elementu spr ężystego, czyli opóźnienie spr ężyste – powodują ce, że element

spr ężysty nie nadąża za zmianami ciśnienia. Wskutek tego wskazania manometru są opóźnione w

stosunku do zmian ciśnienia mierzonego, tzn., że podczas wzrostu ciśnienia manometr wskazuje za

mało, a podczas spadku ciśnienia za dużo. Opóźnienie spr ężyste manometrów przeponowych jest

znacznie wię ksze niż manometrów z rurk ą Bourdona.

3. Tarcie i luzy w mechanicznym uk ładzie przenoszenia odkształcenia czujnika - błą d tarciowy (tzn.wynikają cy z tarcia) jest to różnica wskazań dla tej samej wartości ciśnienia przed i po lekkim

opukaniu ciśnieniomierza. Z wielkością luzu zwią zane jest poję cie rozruchu. Określa się go jako

najmniejszą wartość ciśnienia, przy której wskazówka zaczyna odchylać się od położenia zerowego.

LITERATURA1. Rubik M. i in.: Pomiary w inżynierii sanitarnej. Warszawa: Arkady 1974.

2. Mieszkowski M. i in.: Pomiary cieplne i energetyczne. Warszawa: WNT 1985.

3. Wojciechowski J.: Pomiary w elektrowniach cieplnych. Warszawa: PWT 1958.

4. Walden H.: Mechanika cieczy i gazów. Warszawa: Arkady 1971.

5. Wiśniewski R-: Wysokie ciśnienie. Warszawa: WNT 1980.

6. Cieśliński J.: Sprawdzanie i wzorcowanie manometrów. Gdańsk: Wyd. PG 1988.7. Pudlik W. I in.: Termodynamika: laboratorium I miernictwa cieplnego Cz.1. Gdańsk, Wyd. PG

1993.

17



8. PN-EN 472:1998 Ciśnieniomierze. Terminologia.

9. PN-EN 837-1 do 3:2000 Ciśnieniomierze.

10. PN-EN 60654-2 do 3:2000 Warunki pracy urzą dzeń do pomiarów i sterowania procesami

przemysłowymi.

11. PN-79/M-42023 Ciśnieniomierze przemysłowe z elementami spr ężystymi. Podział i oznaczenia.

12. PN-88/M-42304 Ciśnieniomierze wskazówkowe zwyk łe z elementami spr ężystymi.

13. PN-83/M-42308 Rurki syfonowe ciśnieniomierzy i przetworników ciśnienia.

14. PN-84/M-42310 Ciśnieniomierze wskazówkowe ze spr ężyną rurkową i przeponowymi

przekaźnikami ciśnienia.

PYTANIA KONTROLNE1. Sprawdzanie i wzorcowanie manometrów - definicje.

2. Definicje ciśnienia. Przeliczanie jednostek ciśnienia.

3. Określić rodzaj mierzonego ciśnienia.

4. Podział ciśnieniomierzy.

5. Objaśnić budowę barometru na podstawie definicji ciśnienia barometrycznego.

6. Podać definicję klasy dok ładności ciśnieniomierza. Odczytać klasę dok ładności z obudowy

manometru.7. Zasada działania manometrów hydrostatycznych.

8. Cel stosowania manometrów hydrostatycznych.

9. Rodzaje i cel stosowania manometrów z pochyłym ramieniem.

10. Ciecze manometryczne - rodzaje, własności.

11. Sposób odczytywania przy istnieniu menisków.

12. Błę dy pomiarowe manometrów hydrostatycznych.

13. Budowa, zasada działania i możliwości pomiarowe manometru Askania.

14. Budowa, zasada działania i możliwości pomiarowe manometru Recknagla.

15. Zasada działania i błę dy pomiarowe manometrów tłokowych.

16. Zasada działania i podział ciśnieniomierzy spr ężynowych ze wzglę du na rodzaj elementu

spr ężystego.

17. Elementy spr ężyste używane w ciśnieniomierzach: rodzaje, materiały, budowa.18. Co to jest histereza?

20. Wyjaśnić zjawisko opóźnienia spr ężystego.

21. Błę dy pomiarowe ciśnieniomierzy spr ężynowych.

18

Cisnienia

Documents

Transcript of Cisnienia