A nyomás mérés alapvető eszközei. Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás 2. előadás

Átírás

1 A nyomás mérés alapvető eszközei Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás 2. előadás

2 Levegő nyomás mérésének alapvető eszközei U-csöves manométerek Ismétlés:Fizika I. 5. előadás p 1 = p 2 p 1 >p 2 ρ l levegő A közlekedő edények elvén működő U-csöves manométerek alkalmasak, nyomás,ill. H 0 0 B h 1 h 2 ρ folyadék nyomáskülönbségek mérésére. Az erőegyensúlyt a b jelű talppontra felírva: Ha p 1 = p 2, p 1 +ρ g H=p 2 + ρ g H Ha p 1 >p 2 p 1 p 2 =(h 1 + h 2 ) ρ g [ Pa ] h 1, h 2 [m ]

3 Példa: A manométer bal oldali ágába nyomást vezetnek, a jobb oldali ág szabad marad ( p bar ). Ha az Ucső Pa beosztással van ellátva, a bal oldalon 3200 Pa-t, a 0-tól lefele, a jobb oldalon 3320 Pa-t, a 0-tól felfele olvasunk le. Mekkora a vizsgált nyomás? p 1 0 = =6520 Pa a keresett nyomás. Ha az U-cső beosztása mm, és víz van a csőben, ugyanerre a nyomásra hány mm-t mozdul el a folyadék? ( ρ víz =1000kg/m 3 ) p1 = 6520Pa p ρg *9,81 1 h1+ h2 = = = 0,664m A bal oldali ág 326mm-t, a jobb 338mm-t mozdul el. Miért nem egyformák?

4 Számolja ki, hogy mekkorák ezek az elmozdulások, ha higannyal töltenénk a csöveket? (ρ hig =13600 kg/m 3 ) Mérés ferdecsöves manométerrel. Kis nyomások, nyomáskülönbségek mérésére alakították ki a ferdecsöves manométereket. Mivel a mérés egyszerűbb, ha csak egy ágat kell leolvasni, és pontosabb a leolvasás, ha a megmaradó ágat megdöntjük, az ábrán látható konstrukció alakult ki. A nyomás nagyságát itt is, a függőleges irányban bejelölt h méret jelzi. Ezt a méretet közvetlenül mérni nem lehet, meg nem is pontosabb, mint az eddigiek, ezért a ferde csövön elhelyezett beosztás és a cső ferdeségének szögével lehet a leolvasási pontosságot növelni.

5 A- a tartály keresztmetszete, amely sokkal nagyobb, mint a ferde cső keresztmetszete, ezért a nyomás hatására létrejött h * elmozdulás elhanyagolható. p 1 >p 2 alkohol ρ alk =850 kg/m 3 p1 p2 = hρg = hm sinαρg Minél jobban megdöntik a csövet, annál hosszabb lesz a h m leolvasási hiba annál kisebb lesz. távolság, a relatív

6 Rugalmas alakváltozáson alapuló nyomásmérők Membrános nyomásmérők Síkmembrán Bordázott membrán Szelence membrán Csőmembrán A mérés alapja, hogy a nyomás hatására deformálódott membrán kitérése és az azt létrehozó nyomás között reprodukálható összefüggés legyen. Az érzékelő anyaga lehet fém, vagy nem fémes anyag, pl.műanyag, kerámia, stb.

7 A síkmembrán legegyszerűbb alakja, a teljesen sík, mereven befogott vékony tárcsa. A sík lemez deformációja nem teljesen arányos a nyomással, és a nullpontja határozatlan, ezért hullámosított membránt alkalmaznak. induktív jelátalakító U A membránra rögzített kivezető rúd- Hoz többféle jelátalakító kapcsolható: -induktív, indukciós -potenciométeres -kapacitív, stb. p hullámosított membrán l deformációval

8 Szelence membrán egy vagy több, egymással mereven összekötött szelencéből áll. Nyomás hatására a szelencék falai kidomborodnak, szívás hatására behorpadnak. Főleg kis nyomások mérésére alkalmasak. Az ábrán egy aneroid barométert látunk, ahol a szelence ritkított terű, azaz a légköri nyomás megváltozásakor deformálódik. A deformáció karos mechanizmus segítségével mutató mozgássá van átalakítva. Az irányított rendszerekben a deformációt valamilyen villamos tulajdonság megváltoztatására használják fel.( ellenállás-,kapacitás-, induktivitás-változás) karos mechanizmus üveg lap mutató szelence membrán

9 A csőmembrán vékony, varrat nélküli, hullámosított, mm átmérőjű cső. Közepes és nagy nyomások, ill.nyomáskülönbségek mérésére, érzékelésére alkalmas. A nyomás hatására l deformáció keletkezik amelyet villamos jel megváltoztatására lehet átalakítani. l Az automatizált rendszerek leggyakoribb nyomás érzékelője p

10 A Bourdon- csöves manométerek érzékelője különféle keresztmetszetű, rugalmas csőből hajlított, egyik végén lezárt elemekből áll. A nyomás hatására a cső deformálódik. A cső keresztmetszete ovális, lapított kör, háromszög, stb. alakú. MÉRT NEM KÖR KERESZTMETSZETŰ? ház Bourdon-cső mutató áttétel karos mechanizmus X- a nyomás hatására létrejött deformáció p

11 Az analóg műszerek osztálypontosságának ellenőrzése. Az előző előadáson megismert összefüggések alapján az osztálypontosság: H max *100 β= % x vég ahol a H max a mérési sorozat legnagyobb abszolút hibája x vég műszer méréshatárának legnagyobb értéke Példa: Egy műszerrel az alábbi mérési sorozatot mértük, a műszer skálá- Jának végértéke:100 V x i 25,5 45,5 78,2 89,9 V a mért érték X v V a valódi érték. H max = 25 25,5 =0,5 V 0,5 β= *100 = 0,5% 100

12 Mikroelektronikai technológiával készült nyomásérzékelő Radiális ellenállás Kontaktus felület Tangenciális ellenállás Az ábrán egy szilícium alapú piezorezisztív nyomásérzékelőt látunk. A radiális és tangenciális irányban érzékelő ellenállásokat Wheaston-hídba kötötték, és membránként helyezték el a deformálódó mérőtestre. A membrán vastagsága a mérendő nyomástól függ.

13 Száloptikás nyomásérzékelő. A száloptikás kimenetű nyomásérzékelőt általában többszenzoros rendszerekben használják. A mérőfej két üvegszálat tartalmaz, ahol az egyik rögzített, A másik a mozgó membránra van elhelyezve. A fényvezető szálakat fluoreszkáló korongra ( fényforrás) irányították. Ha a szilícium membránt nyomás éri, a fluoreszcens fényforrás visszavert fénye megváltozik. ( szilícium membrán)