Laboratorium termodynamiki
Pomiar ciśnienia
AKADEMIA TECHNICZNO ROLNICZA
W BYDGOSZCZY
LABORATORIUM TERMODYNAMIKI
Skład grupy:
Mariusz Stojak
Grupa E
Sem V
Rok 1999/2000
1. Część teoretyczna
Ciśnienie jest intensywnym parametrem stanu układów termodynamicznych. Stanowi ono winik mechanicznego oddziaływania obdarzonych energią cząsteczek substancji. Wartość ciśnienia określona jest zależnością:
gdzie: p – ciśnienie,
P – siła normalna do powierzchni F,
F – powierzchnia
W płynie będącym w spoczynku ciśnienie, rozpatrywane w określonym punkcie, ma stałą, niezależną od kierunku wartość. Stwierdzenie pierwsze to umożliwia traktowanie ciśnienia jako wielkości skalarnej. W polu grafitacyjnym powierzchnie izobaryczne są poziome, normalne do II kierunku sił ciężkości. Ciśnienie w polu grawitacji ziemskiej o I przyśpieszeniu g wywierane przez jednorodny płyn o gęstości r na poziomie odległym o h od jego powierzchni jest rowne:
p = r*g*h [Pa].
W płynie znajdującym się w stanie spoczynku ciśnienie jest w każdym punkcie prostopadłe do powierzchni na ktorą działa.
Rozpatrując ciśnienie w płynie znajdującym się w ruchu ustalonym należy uwzględnić energie kinetyczną płynu związaną z jego ruchem.
Ciśnienie odniesione do próżni absolutnej nazywamy ciśnieniem absolutnym i oznaczane symbolem pa.
Ciśnienie całkowite pc , nazywane również ciśnieniem spiętrzenia jest ciśnieniem wywieranym przez płyn na przegrodę wstrzymujące jego ruch.
Ciśnieniem statycznym ps , nazywamy ciśnienie mierzone w płynie przez przyrząd poruszający się z prędkością płynu zgodnie z kierunkiem przepływu.
Ciśnienie dynamiczne pd , zależy od energi kinetycznej płynu. Jest ono proporcjonalne do jego gęstości i kwadratu prędkości.
gdzie: r - gęstość płynu przy ciśnieniu statycznym,
w – prędkość przepływu płynu.
2. Rodzaje przyrządów do pomiaru ciśnienia.
Ze względu na zasadę działania rozróżniamy manometry cieczowe, sprężyste, parametryczne.
Pomiar ciśnienia za pomocą manometrów cieczowych przeprowadzany jest na zasadzie ustalenia się stanów równowagi między ciśnieniem mierzonym i ciśnieniem hydrostatycznym słupa cieczy manometrycznej. Najczęściej stosowanym tego typu manometrem jest manometr cieczowy dwuramienny zwany U-rurka. Ponadto stosowane są manometry jednoramienne oraz manometry z rurką pochyłą.
Sondy pomiarowe służą do pomiaru ciśnień miejscowych – statycznych, dynamicznych i całkowitych w określonych miejscach strumienia przepływającego płynu. Rozróżniamy następujące sondy:
- sondy kierunkowe (kulowa, impulsowa, walcowa)
sondy ciśnieniowe (sonda Prandtla i Pitota)
Pomiar ciśnienia rurką Prandtla
ps - ciśnienie statyczne ,
pb - ciśnienie barometryczne ,
pd - ciśnienie dynamiczne ,
pc - ciśnienie całkowite ,
Manometry z elementem sprężystym zwane sprężystymi mają element pomiarowy, który doznaje odkształceń sprężystych i którego wszystkie lub wybrane ściany podlegają nieznacznym przemieszczeniom. Siła rownoważąca siły parcia pochodzi tutaj od naprężeń spreżystych w ściankach tego elementu. Warunkiem poprawności działania jest nieprzekraczanie wartości naprężeń określających dla materiału elementu sprężystego granicę stosowalności prawa Hookea. Manometry sprężyste dzieli się na następujące typy konstrukcyjne:
- manometry z rurką sprężystą,
- manometry z przeponą sprężystą,
- manometry z komorą sprężystą,
- manometry z przegrodą wiotką i oddzielnym elementem sprężystym.
Manometr obciążnikowo-tłokowy.
Zadane ciśnienie w atm
Obciążenie w kG/cm2
Odciążanie w kG/cm2
0
0,8
1
1,6
1,7
2
2,6
3
3,6
4
4,5
5
5,5
5,4
6
6,4
7
7,4
7,3
8
8,3
9
9,2
10
10,2
Zależność wzorcowania manometru obciążnikowego od manometru w
zorcowanego.
Zależność wzorcowania manometru sprężynowego od manometru wzorcowanego.
Lp.
Obciążanie w kG/cm2
0,3
1,2
2,2
2,3
3,2
3,5
4,1
5,1
...
mechanikk