A nyomás mérés alapvető eszközei

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A nyomás mérés alapvető eszközei"

Frigyes Vincze
8 évvel ezelőtt
Látták:

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

2 A nyomás lásd: Transzport folyamatok modellezése 5. ea 2

3 mértékegységek SI: Pa (N/m2) 1 Pa kis nyomás, ezért általában kpa használatos 3

4 további mértékegységek bar 1 bar = 105Pa atm 1 atm = 1,01 105Pa at 1 at = 9,8 104Pa vízoszlopmm 1 v.o.mm = 9,8 Pa Hgmm (torr) 1 torr = 1,33 102Pa psi 1 Pa» 1, psi, 1psi» 6,89kPa 4

5 túlnyomás mérés (psig) 5

6 abszolút nyomás (psia) 6

7 nyomáskülönbség (psid) 7

8 P Ismeretlen nyomás Px Abszolút nyomás Pa differenciális nyomás Pd relatív nyomás Pr Referencia nyomás Pr Atmoszféra nyomása Pa vákum 8

9 A földi légkör Föld felszínére kifejtett nyomása: elfogadott értékét egy atmoszférának nevezik, amely 1013 milibarral, pascallal (Pa) vagy 760 torr-al egyenlő. A nyomás a tengerszint feletti magassággal és a hőmérséklettel változik. (Mérése a magasság közelítő megállapítására alkalmas.) Standard szintnek tengerszinten mért átlagos nyomást (1013,25 mbar) tekintik, s a különböző magasságokon mért adatokat általában ehhez viszonyítva adják meg. A légnyomást barométerrel mérik. 9

(Mérése a magasság közelítő megállapítására alkalmas.

10 légnyomás Meteorológiai műszer a légnyomás mérésére, Torricelli találta fel 1643-ban. Azon az elven alapul, hogy ha egy egyik végén lezárt higannyal telt csövet nyitott végével egy higannyal töltött edénybe állítunk (lásd a képen), akkor a higanyoszlop magassága a higannyal teli edényre nehezedő légnyomásnak megfelelően változik. Még ma is használják ezt a műszert, számos típusa létezik. A légnyomás mérésének másik eszköze a szelence membrán (aneroid barométer), ez egy fémdoboz, amelyben vákuum van, a doboz hajlékony oldalai a változó légnyomás szerint tágulnak, illetve húzódnak össze. A légnyomás változásait az idő függvényében a barográf kirajzolja 10

higanyoszlop magassága a higannyal teli edényre nehezedő légnyomásnak megfelelően változik. Még ma is használják ezt a műszert, számos típusa létezik.

11 Levegő nyomás mérésének alapvető eszközei U-csöves manométerek Ipari üzemekben, laboratóriumokban és tartályokban gázok nyomásának mérésére használják. A műszer mérőeleme falapra szerelt, U-alakban hajlított egyszerű üvegcső. A milliméter-osztású mérce az üvegcső két szára között helyezkedik el. A 0-pont a mérce közepén van. A műszer nyomás, huzat, differenciálnyomás mérésére egyaránt alkalmas. Mérőfolyadéka víz, alkohol, higany stb. A leolvasott érték természetesen függ a mérőfolyadék fajsúlyától. Alacsony nyomások nyomásmérésére használják. Az üvegcső két végére adott nyomás különbsége a csőben lévő folyadékoszlopot egyik irányban elmozdítja. A skála úgy van beosztva, hogy a műszer nyomás nélküli állapotában nem szükséges a nulla ponton állnia. Leolvasáskor az alsó, felső folyadékszint távolságát két szám jelzi, melyeket összeadva kapjuk a teljes nyomásra utaló számértéket. 11

A műszer nyomás, huzat, differenciálnyomás mérésére egyaránt alkalmas. Mérőfolyadéka víz, alkohol, higany stb. A leolvasott érték természetesen függ a mérőfolyadék fajsúlyától.

12 ρ viz = 1000 kg/m3 ρ Hg = kg/m3 12

13 Levegő nyomás mérésének alapvető eszközei U-csöves manométerek 13

14 14

15 Levegő nyomás mérésének alapvető eszközei U-csöves manométerek Tartomány Függ a mérőfolyadék sűrűségétől Túlnyomás mérése vákumban Üvegcső hossza is megszabja (pl Hgmm = 133kPa) alkalmazása Laboratóriumokban, hitelesítésre Előny: pontos, egyszerű, olcsó Hátrány: törékeny, nehezen automatizálható 15

16 FELADAT! 16

17 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. 17

konstrukció alakult ki. A nyomás nagyságát itt is, a függőleges irányban bejelölt h méret jelzi.

18 18

19 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. 19

deformálódott membrán kitérése és az azt létrehozó nyomás között reprodukálható

20 Tehát ezen műszerek a nyomás hatására létrejövő rugalmas alakváltozás alapján működnek. Előnyük a kis méret, a tetszőleges működési helyzet, mechanikai rezgéseknek ellenálló kivitel, nagy mérési tartomány leolvasáshoz nagyméretű skála készíthető, és nagy mérési pontosság. A rugóelemes nyomásmérők mérési tartománya néhány Pa nyomástól több száz MPa-ig tejed. 20

kivitel, nagy mérési tartomány leolvasáshoz nagyméretű skála készíthető, és nagy mérési

21 21

22 síkmembrán Érzékelője két karima közé befogott rugalmas lap (membrán). Nyomás hatására a membrán kihajlik A kihajlás teljes terheléskor kb. 1,5 2 mm. Túlterheléskor a membrán a befogókarimára felfekszik, így a sérülést a membrán elkerüli. Nyomás, vákuum és nyomáskülönbség egyaránt mérhető. A mechanikai rezgéseket jól tűri, ezért sűrű anyagok nyomásának mérésére igen alkalmas. Túlterhelésre és hőmérséklet változásra érzékeny. 22

23 23

24 aneroid barométer (szelence membrán) Érzékelőeleme vékony, rugalmas anyagból készült, henger alakú szelence, mely a mérendő nyomás hatására rugalmas alakváltozást szenved. A bevezetett nyomás hatására a két homloklap kihajlik, melynek nagysága arányos a nyomással. A szelence mozgását karos mechanizmus (emeltyű) továbbítja a mutatószerkezethez. A műszer annál érzékenyebb, minél vékonyabb fémlemezből készül a szelence, és minél nagyobb a hatásos felülete. Túlterhelésre érzékenyek, ekkor az érzékelő eredeti alakját elveszíti, és további mérésre már nem alkalmas. A szelence visszatérítő ereje kicsi, mert a lemezvastagság vékony, és ily módon nullhibával kell számolni. Ezért a szelencét pálca alakú egyenes rugóval előfeszítik. Alkalmas nyomás, nyomáskülönbség és vákuum mérésére. 24

25 aneroid barométer 25

26 aneroid barométer 26

27 csőmembrán A csőmembrán vékony, varrat nélküli, hullámosított, mm átmérőjű cső. Közepes és nagy nyomások, ill.nyomáskülönbségek mérésére, érzékelésére alkalmas. A nyomás hatására l deformációkeletkezik amelyet villamos jel megváltoztatására lehet átalakítani. Az automatizált rendszerek leggyakoribb nyomás érzékelője 27

28 csőmembrán Egyik végén zárt, hullámos cső, mely a nyomás hatására hosszirányban megnyúlik vagy rövidül. Érzékenysége a legnagyobb, hosszirányú méretváltozása az anyag rugalmassági határán belül arányos a terhelő nyomással. Érzékenysége függ a felülettől, a hullámok számától, a falvastagságtól és az anyag szilárdságától Lágyított anyagból készítik, és az anyag rugalmasságát rugóval pótolják. Nyomás, vákuum és nyomáskülönbség mérhető vele. 28

29 Csőrugós nyomásmérő (Bourdon cső) mutató áttétel Ház X a nyomás hatására létrejött deformáció Karos mechanizmus 29

30 Bourdon cső belső terét valamely közeg nyomásával terhelve az kör alakot igyekszik felvenni. A cső anyaga rugalmas. A Bourdon-cső egyik végét lágy forrasszal a rugótestbe forrasztják, a nagy méréstartományú műszereknél becsavarozzák, a másik végét fémkupakkal lezárják. A csőrugó szabad vége nyomás hatására elmozdul, mely elmozdulás nagysága a cső anyagának rugalmassági határán belül arányos a terhelő nyomással. Terhelhetőségét befolyásolják a cső anyagának rugalmassága, keresztmetszetének alakja és görbületi íve. Különlegesen nagy nyomások mérésére központon kívüli excentrikus furatú kör keresztmetszetű csöveket használnak. Az elmozdulás mértéke a csőrugó anyagától is függ, ezért kis- és közepes méréstartományú csövek anyaga általában színesfém, nagy nyomások mérésére szolgáló műszerekben acél. A Bourdon-csöves nyomásmérők fontos szerkezeti eleme a rugó-test vagy rugóállvány, mely tartja a csőrugót, hordozza a mutatószerkezetet és a tokot, a műszertokból kinyúló csavarmenetes csonk útján a mérendő térhez kapcsolódik. A rugótest anyaga általában azonos a csőrugó anyagával. A csőrugó szabad végének elmozdulását karos áttétel továbbítja a mutatószerkezethez. 30

31 Bourdon cső 31

32 Bourdon cső Tartomány 35kPa 1 GPa alkalmazása: ipar kompenzáció: hőmérséklet Előny: olcsó, egyszerű, megbízható, automatizálható Hátrány: lassú 32

33 osztálypontosság 33

34 34

35 35

36 Nyúlásmérő bélyeggel (strain gauge) ellátott érzékelő 36

37 Kapacitív nyomásérzékelő 37

38 Piezoelektromos nyomásérzékelő 38

39 kérdések zh-ra mi a barometrikus nyomás? nyomás mértékegysége SI-ben 1 bar definíciója abszolút hiba definíciója relatív hiba definíciója nyomás definíciója osztálypontosság 39

40 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! 40

Hasonló dokumentumok

Nyomás fizikai állapotjelző abszolút és relatív fogalom

Nyomásérzékelés Nyomásérzékelés Nyomás fizikai állapotjelző abszolút és relatív fogalom közvetlenül nem mérhető: nyomásváltozás elmozdulás mechanikus kijelző átalakítás elektromos jellé nemcsak önmagában