20
9 VJEŽBA 1: MJERENJE TLAKA 2. OPĆENITO O MJERENJU TLAKA 2.1. Definicija tlaka Tlaka je definiran djelovanjem sile na jedinicu površine. Silom na neku površinu mogu djelovati kruto tijelo, tekućine ili plinovi. Kod plinova i tekućina molekule međusobno djeluju istim tlakom pod kojim se nalazi čitava masa ili dio plina. U plinovima i tekućinama tlak djeluje u svim smjerovima jednakim intezitetom. Kod krutih tijela tlak definiramo kao omjer sila međusobnog djelovanja u smjeru normale na dodirnu površinu i veličine same površine. U proračunima je važno pripaziti da li se tlak iskazuje kao apsolutni ili relativni, iskazan najčće u odnosu na tlak okoline (barometarski tlak). Ako je promatrani tlak veći od barometarskog, njihovu razliku zovemo pretlak, a ako je manji njihovu razliku zovemo podtlakom ili vakuumom. Apsolutna nul-crta predstavlja nepostojanje bilo kakvog tlaka sl. 2.1 Pretlak: 0 p p p pr = (2.1.1) Podtlak: p p p v = 0 (2.1.2) gdje je: 0 p – atmosferski tlak (Pa) pr p – predtlak (Pa) v p – podtlak (Pa) p – apsolutni tlak (Pa) Sl. 2.1 Shema tlaka p

2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

  • Upload
    dodien

  • View
    237

  • Download
    7

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

9

VJEŽBA 1: MJERENJE TLAKA 2. OPĆENITO O MJERENJU TLAKA 2.1. Definicija tlaka Tlaka je definiran djelovanjem sile na jedinicu površine. Silom na neku površinu mogu djelovati kruto tijelo, tekućine ili plinovi. Kod plinova i tekućina molekule međusobno djeluju istim tlakom pod kojim se nalazi čitava masa ili dio plina. U plinovima i tekućinama tlak djeluje u svim smjerovima jednakim intezitetom. Kod krutih tijela tlak definiramo kao omjer sila međusobnog djelovanja u smjeru normale na dodirnu površinu i veličine same površine. U proračunima je važno pripaziti da li se tlak iskazuje kao apsolutni ili relativni, iskazan najčešće u odnosu na tlak okoline (barometarski tlak). Ako je promatrani tlak veći od barometarskog, njihovu razliku zovemo pretlak, a ako je manji njihovu razliku zovemo podtlakom ili vakuumom. Apsolutna nul-crta predstavlja nepostojanje bilo kakvog tlaka sl. 2.1 Pretlak:

0ppp pr −= (2.1.1) Podtlak:

pppv −= 0 (2.1.2) gdje je: 0p – atmosferski tlak (Pa)

prp – predtlak (Pa) vp – podtlak (Pa) p – apsolutni tlak (Pa)

Sl. 2.1 Shema tlaka

p

Page 2: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

10

2.2. Mjerne jedinice U međunarodnom sustavu osnovna mjerna jedinica tlaka je Pascal (Pa). To je tlak kojim sila od 1 N djeluje na površinu od 1 m2. 1 Pa = 1 N/m2 Često upotrebljavane jedinice su: 1 bar = 105 N/m2 = 105 Pa 1 mbar = 102 N/m2 Neke stare jedinice tlaka: - tehnička atmosfera (at) 1 (at) = 98066,5 (Pa) - normalna ili fizikalna atmosfera (atm) 1 (atm) = 101325 (Pa) - milimetar stupca žive (mmHg) ili (torr) 1 (mmHg) = 1 (torr) = 133,322 (Pa) - milimetar stupca vode 1 (mmH2O) = 9,80665 (Pa) - pound per square inch (psi) 1 psi = 6894,75 (Pa)

Page 3: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

11

2.3. Mjerni osjetnici Mjerenje tlaka u većini slučaja svodi se na mjerenje pomaka osjetnog elementa. Uslijed razlike tlakova dolazi do pomaka osjetnog elementa (membrana, mijeh, spiralna cijev) koji se može detektirati pretvornikom pomaka. Postoje i mjerni osjetnici tlaka kod kojih se mjerenje svodi na na mjerenje promjene narinutog napona na mjerni osjetnik ili promjene jakosti električne struje uslijed promjene otpora koja nastaje kao posljedica promjene naprezanja u osjetnom elementu. Takvi osjetnici su npr. tenzometarske trake (sl. 2.3 i sl. 2.4) i piezootpornici (sl. 2.5 i sl. 2.6).

pomak

tlak tlak

pomak

tlak

pomak

pomak

pomak

pomak

pomak pomakpomak

tlak tlak

tlak

tlak tlak tlak

Sl. 2.2 Najčešći oblici mjernih osjetnika tlaka koji veličinu tlaka manifestiraju pomakom a,b,c-osjetnici s dijafragmom (razne izvedbe) d-osjetnik s mijehom e- osjetnik u obliku ravne cijevi f-osjetnik u obliku zakrivljene cijevi (burdonova cijev) g,h,i-spiralni osjetnici (razne izvedbe)

Page 4: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

12

Piezootporni osjetnik tlaka Kod piezootpornog osjetnika promjena specifičnog otpora materijala (ρ) pod utjecajem naprezanja (σ) i može se izraziti kao

πσρρ=

Δ=

ΔRR , (2.3.1)

gdje je: π- konstanta piezootpornika. Razlikuju se longitudinalni i transferzalni koeficijent piezootpornika, čija veličina ovisi o načinu opterećenja piezootpornika (sl. 2.5 i sl. 2.6).

U slučaju i longitudinalnog i transferzalnog istovremenog djelovanja u odnosu na tok struje i orijentaciju kristalne rešetke promjena otpora izražava se kao:

Sl. 2.3 Prikaz tenzometarske trake Sl. 2.4 Izvedba davača tlaka, elastična membrana s tenzometarskim

trakama

Sl. 2.5 Longitudinalno opterećeni piezootpornik

Sl. 2.6 Transferzalno opterećeni piezootpornik

Page 5: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

13

ttllRR σπσπ

ρρ

+=Δ

=Δ (2.3.2)

Otpornici se postavljaju u takvu poziciju da dominira jedan od koeficijenata. Piezootpornici se uglavnom izrađuju od silicija. Njihove prednosti su sljedeće:

• Oko 120 puta veći koeficijent pretvorbe (gauge factor, relativna promjena izlaznog signala, ovdje napona za istu relativnu razliku ulaznog signala, ovdje naprezanja) u usporedbi s metalnim otpornicima,

• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu – naprezanje se dobro prenosi s membrane

na otpornik, • otpornici su pozicionirani na mjesta na površini membrane koja se najviše

deformiraju pod utjecajem tlaka, • svi otpornici su dobiveni istim tehnološkim procesom – dobro se prate svojstva, • tehnologija izrade jednaka je tehnologiji izrade integriranih krugova – idealno za

minijaturizaciju i integraciju senzora i sklopova za obradu na jedan chip. Glavni nedostatak piezootporničkih pretvornika je ovisnost svojstava o temperaturi. Svojstva se mijenjaju približno u sljedećim granicama: - otpornici: +0.06 ÷ +0.24 %/°C - piezootpornički koeficijent: -0.06 ÷ -0.24 %/°C Posljedica je smanjenje osjetljivosti s porastom temperature dijagram sl. 2.7

Sl. 2.7 Dijagram promjene napona u ovisnosti o temperaturi za piezoosjetnik tlaka

Izla

zni n

apon

Tlak

Page 6: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

14

2.4. Mjerenje tlaka Uređaji za mjerenje tlaka djele se po sljedećim osobinama: 1. po vrsti mjernog tlaka:

− barometri ( za mjerenje atmosferskog tlaka) − manometri ( za mjerenje pretlaka ili apsolutnog tlaka) − mikromanometri − vakummetri (za mjerenje podtlaka)

2. po principu djelovanja:

− sa tekućinom − klipni − električni − kombinirani

3. po stupnju točnosti i području primjene:

− radni − kontrolni − etalonski

2.5. Mjerni uređaji a) Barometri Namijenjeni su prvenstveno za određivanje tlaka zraka okoline. Konstrukcije barometra mogu biti različite, no najčešće se upotrebljavaju membranski manometar i U – cijev. Kao tekućina za barometre se upotrebljava živa, jer je njezina gustoća tako velika da cijev može biti kratka, a tlak zasićenja živinih para je kod normalnih temperatura, tako malen da ga možemo zanemariti. Zbog toga su barometri vrlo točni. Barometar na sl. 2.8 sastoji se od staklene cijevi koja je na vrhu zatvorena, te je donjim krajem otvorena i uronjena u kapljevinu izloženu atmosferskom tlaku. Drugi kraj je zatvoren i potpuno evakuiran ( stopostotni vakuum).

Sl. 2.8 Barometar

Page 7: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

15

Kapljevina u cijevi će se popeti do stanovite visine jer su u cijevi ostale samo pare kapljevine. Budući da na slobodnu kapljevinu djeluje atmosferski tlak, morat će se u cijevi na istoj razini vladati isti tlak, koji drži ravnotežu težini stupca kapljevine. b ) Piezometar Piezometar sl. 2.9 spada u najjednostavnije uređaje za mjerenje tlaka. To je na posudu priključena gore otvorena cjevčica u kojoj će se kapljevina popeti do određene visine. Zanima li nas tlak u bilo kojoj točki posude, izmjeriti ćemo visinu stupca kapljevine do te točke.

Tlak u točki A iznosi: 1ghpA ρ= (2.4.1)

Tlak u točki B iznosi: 2ghpB ρ= (2.4.2) Gdje je: ρ- gustoća tekućine kg/m3

h1,h2- visine stupaca tekućine iznad točaka 1 i 2 g= 9,81 m/s2 – gravitacijska konstanta

Sl. 2.9 Piezometar

Page 8: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

16

c ) Tlakomjeri s U – cijevi ispunjenom tekućinom To su staklene cijevi ispunjene tekućinom u obliku slova U (sl. 2.10). Cijev je do izvjesne visine ispunjena tekućinom (voda, živa ili alkohol). Jedan kraj te cijevi spoji se s prostorom u kojem mjerimo tlak, dok drugi kraj ostaje otvoren pod djelovanjem atmosferskog tlaka. Mjerenje se svodi na mjerenje visine stupca tekućine u cijevi koji svojom težinom drži ravnotežu mjerenom tlaku. Razlika u odnosu na piezometar je da se mjerenje može provesti i na većim udaljenostima. Kod manometra sa U cijevi kao na sl. 2.10 do tlaka u željenoj točki A dolazi se se preko slijedećih izraza: Tlakovi u točkama B i C su su jednaki i iznose: cB pp = (2.4.3)

1ghpp AB ρ+= (2.4.4)

2ghpp manatc ρ+= (2.4.5) gdje je: pat - atmosferski tlak ρ-gustuća fluida u kojem mjerimo tlak ρman= gustuća fluida u manometru iz čega slijedi:

21 ghpghp manatA ρρ +=+ (2.4.6)

12 ghghpp manatA ρρ −=− (2.4.7)

Sl.2.10 Shema manometra sa U cijevi

ρman- gustoća fluida manometra

ρ- gustoća fluida

A

Page 9: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

17

Kako nas zanima pretlak u točki A sl. 2.10, a ne apsolutni tlak u točki A možemo pisati

atAa ppp −= (2.4.8) pa slijedi:

12 ghghp mana ρρ −= (2.4.9) ako je cijev ispunjena fluidom male gustoće ρ1<< ρ2, što se u praksi može uzeti kada su u pitanju plinovi (usvaja se ρ1≈0), možemo zanemariti drugi član, pa se za pretlak u točki A sa dovoljnom točnošću koristi izraz:

2ghp mana ρ= (2.4.10)

d ) Luksov tlakomjer Luksov tlakomjer sastoji se od obične U – cijevi koja je na jednom kraju jako proširena sl. 2.12. Prednost je takva tlakomjera preciznije očitanje tlaka. Ako se zbog razlike tlakova poremeti ravnoteža, tekućina će se u jednom kraku cijevi dignuti, a u drugom kraku spustiti, s time da je pomak u uskoj cijevi veći od pomaka u proširenom kraku, pa se lakše očitava.

Sl. 2.11 Tlakomjer s U cijevi

Page 10: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

18

e ) Diferencijalni manometar Diferencijalni manometar služi za mjerenje razlike tlakova između dva mjerna mjesta sl. 2.13. Razlika visina među točkama A i B izmjerena je zapornom tekućinom određene gustoće, veće od gustoća mjerenih fluida. f ) Prstenasta vaga Prstenasta vaga se uglavnom koristi za mjerenje malih razlika tlakova. U prstenastom bubnju nalazi se zaporna tekućina. Točka oslona se nalazi iznad težišta prstena sl. 2.14. Ako na jednoj strani vlada pretlak, pomiče se tekućina i nastaje zakretni moment koji zakreće kazaljku instrumenta. Mjerena razlika tlaka je proporcionalna sinusu kuta zakreta kazaljke.

Sl.2.13 Diferencijalni manometar

Sl. 2.12 Luksov tlakomjer

Sl.2.14 Prstenasta vaga

Page 11: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

19

g ) Mikrotlakomjer Mikromanometar ili kosocijevni manometar služi kao prijenosni instrument za mjerenje malih razlika tlakova. (uzgon u dimnjaku, tlak malih aksijalnih ventilatora i dr.). Koristi se za vrlo točna mjerenja. Na sl. 2.15 se nalazi kosocijevni manometar kod kojeg se smanjivanjem kuta α povećava duljina stupca zaporne tekućine (a time i točnost očitanja) pri tlaku koji odgovara visini zaporne tekućine h. Općenito se može reći da su tlakomjeri koji rade na principu razlika hidrostatskog tlaka mjernog fluida (tekućine) kod kojih je poznata gustoća tj. kod kojih se tlak mjeri kao razlika visine stupca mjernog fluida spadaju u najpouzdanije i najpreciznije instrumente za mjerenje tlaka. Mjerna tekućina mora imati svojstva konzistentnosti i formiranja meniskusa pogodnog izgleda da u mjernoj, baždarenoj cjevčici s dovoljnom točnošću možemo očitati vrijednost mjerenog tlaka i da je to očitanje ponovljivo za isti mjereni tlak. Ovisno o rasponu mjerenja za koji je predviđen manometer stavljaju se mjerne tekućine različitih gustoća Živa na primjer ima 13,6 puta veću gustoću od vode, što znači da će za isti mjereni tlak nivo stupca vode biti viši za 13,6 puta. Iz toga proizlazi da je za manometre koji rade u manjim mjernim područjima pogodnije koristiti mjerne tekućine manje gustoće. Takvi manometri će biti osjetljiviji i precizniji. Kao mjerna tekućina u navedenim tlakomjerima obično se koristi živa, voda sa aditivima fluorescentne boje koji poboljšavaju konzistentnost, olakšavaju preciznije očitavanje vrijednosti na skali i sa pažljivo određenom specifičnom gustoćom nastale tekućine, također se koriste posebna stabilna bazna ulja (derivati nafte), sa pažljivo određenom gustoćom, koja imaju odličnu vidljivost meniskusa sa mogućnošću vrlo preciznog očitanja vrijednosti i sa odličnom konzistentnošću. Za precizno očitanje bitno je okomito “nišaniti” s obzirom na ravninu mjerne skale iz koje iščitavamo vrijednost da bi minimizirali paralaksnu grešku očitanja. S tlakomjerima koji rade na opisanom principu može provjeravati točnost ostalih tlakomjera kod baždarenja. h ) Metalni tlakomjer s Burdonovom cijevi Burdonova cijev je metalna cijev savijena u polukrug, jednim krajem pričvršćena za kutiju instrumenta, a drugi je kraj slobodan sl. 2.16. Pod djelovanjem tlaka cijev se nastoji ispraviti, pa se gibanje njezina slobodna kraja, pomoću mehanizma, prenosi na kazaljku. Kazaljka pokazuje veličinu tlaka. Ovi tipovi tlakomjera najčešće se koriste za

Sl.2.15 Mikrotlakomjer

Page 12: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

20

tlakove od 0 do100 bar i u temperaturnom rasponu od -25ºC do 80ºC, iako mogu biti i u užem preciznijem području primjene od 0-0.6 bar.

i ) Metalni tlakomjer s membranom Memebrana od valovitog lima reagira na tlak. S povećanjem tlaka membrana se rasteže, odiže, a pri smanjenju tlaka zbog elastičnosti se vraća u prvobitni položaj sl. 2.18. Ovi instrumenti su za manja područja mjerenja točniji od onih s Burdonovom cijevi.

Sl.2.17 Tlakomjer s membranom

Sl.2.16 Metalni tlakomjer s Bourdonovom cijevi

Page 13: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

21

2.6. Tlak u struji fluida Pri strujanju fluida može se mjeriti statički, dinamički i ukupni (totalni) tlak. Zbroj statičkog i dinamičkog tlaka daje ukupni tlak u struji fluida. Dinamički tlak stvara fluid zbog energije (brzine) strujanja (kinetičke energije), a statički je onaj koji vlada u fluidu neovisno da li on struji ili ne. Bernoullijeva jednadžba opisuje stacionarno strujanje neviskoznog i nestlačivog fluida duž strujnice:

22221

211 2

121 ghwpghwp ρρρρ ++=++ (2.6.1)

Gornji izraz se može napisati u sljedećem obliku:

.2

2

constgzpw=++

ρ (2.6.2)

Množenjem sa specifičnom gustoćom i zanemarivanjem trećeg člana zbog male gustoće plinova dobiva se:

tst ppw=+

2

2ρ (2.6.3)

tstd ppp =+ (2.6.4)

w [m/s] – brzina strujanja fluida p [Pa] – tlak fluida ρ [kg/m³] – specifična gustoća fluida pd [Pa] – dinamički tlak pst [Pa] – statički tlak g [m/s2] – ubrzanje Zemljine teže Priključak na statički tlak izvodi se okomito na stjenke zato jer statički tlak djeluje podjednako u svim smjerovima. Dinamički tlak ne možemo izravno izmjeriti jer se ne može isključiti djelovanje statičkog tlaka. Zbog toga koristimo instrumente koji istovremeno mogu mjeriti totalni i statički tlak, a najjednostavniji je diferencijalni manometar sa Pitot - Prandtlovom

Sl.2.18 Strujanje u cijevi promjenjivog presjeka

Povećanje brzine - Smanjenje tlaka u fluidu

Page 14: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

22

cijevi. Pitot - Prandtlova cijev postavlja se tako da se usmjeri svojim otvorom prema struji fluida i na tom čeonom otvoru (zaustavnoj točki) koji je spojen sa jednim krajem diferencijalnog manometra mjeri veličinu totalnog tlaka a bočni otvori koji su okomiti na struju fluida spojeni su na drugi kraj diferencijalnog manometra koji mjeri veličinu statičkog tlaka koji vlada u struji fluida i koji ne ovisi o brzini fluida. Tako spojen manometar pokazuje tlak koji je razlika totalnog i statičkog tlaka tj. manometar pokazuje upravo dinamički tlak koji se javlja kao posljedica pretvaranja kinetičke energije struje u potencijalnu energiju koja se manifestira porastom dinamičkog tlaka. Shematski prikaz postavljanja i spajanja Pitot - Prandtlove cijevi vidi se na sl. 2.19.

Sl.2.19 Shematski prikaz spajanja Pitot - Prandtlove cijevi

Page 15: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

23

3. LABORATORIJSKA VJEŽBA IZ MJERENJA TLAKA 3.1 Zadatak vježbe Zadatak vježbe je odrediti karakteristiku mjerne blende koja se ugrađuje u cjevovod, koristeći mjerenje protoka fluida pomoću Venturi sapnice poznate karakteristike. Strujanje zraka kroz cjevovod je prisilno, pomoću ventilatora. Za mjerenje brzine strujanja u najužem presjeku Venturi sapnice koristimo se Pitot - Prandtlovom cijevi i Venturijevom sapnicom. 3.2 Uređaji za izvođenje vježbe Radijalni ventilator sljedećih karakteristika: TIP BE 315 V = 2500 [ m³/h ] P = 0,75 [ kW ] PROIZVOĐAČ IMP LJUBLJANA Motor ventilatora TIP 5AZ80 B – 4 n = 1350 [ o/min ] P = 0,75 [ kW ] PROIZVOĐAČ RADE KONČAR Mjerni instrumenti Pitot – Prandlova cijev Služi za mjerenje dinamičkog tlaka u struji fluida. Spajamo ju na diferencijalni manometar, na kojemu očitavamo dinamički tlak sttd ppp −= . Manometar Manometar je kosocijevni, a zaporna gustoća tekućine je gustoće 784=ρ kg/m3. Mijenjamo nagib kosocijevnog manometra na taj način mijenjamo skalu pa se očitana duljina stupaca zaporne tekućine na skali množi sa faktorom korekcije da bi se dobila visina stupca zaporne tekućine.

Page 16: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

24

Venturijeva sapnica Služi za mjerenje protoka zraka u cijevi. Kako je sapnica baždarena, protok se računa prema izrazu:

wV 20=& (3.2.1) Uvrsti li se brzina u m/s, iz izraza 3.2.1 dobiva se protok u m3/h. Određivanje vlažnosti Za određivanje vlažnosti zraka koristimo se suhim i vlažnim živinim termometrom, s čijim se očitanjima, koristeći Mollierov h,x-dijagram za vlažni zrak određuje gustoća zraka.

Sl.3.1 Diferencijalni kosocijevni manometar i Pitot - Prandtlova cijev

Sl.3.2 Venturijeva sapnica

Page 17: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

25

Mjerna blenda Mjerne blende ustvari služe za izračunavanje volumnog protoka u ovisnosti o razlici statičkog tlaka prije i poslije blende. Volumni protok se izračunava prema izrazu:

ρ

αε pAV Δ=

23600& (3.2.2)

V [ m3/h ] – volumni protok α – koeficijent protoka blende (ovisi o dimenzijama blende) ε – koeficijent ekspanzije A [m2] – površina presjeka otvora blende Δp [Pa] – razlika statičkog tlaka prije i nakon blende ρ [kg/m³] – gustoća fluida Na sl. 3.3 prikazana je mjerna blenda. Dimenzije korištene mjerne blende su sljedeće: D = 200 [mm] d = 80 [mm] s = 12 [mm] s’ = 4 [mm]

Za mjernu blendu ovih dimenzija vrijedi α = 0,6109, dok je koeficijent ekspanzije zbog malog pada tlaka na blendi u odnosu na ukupni tlak fluida usvojen s vrijednošću 1=ε . Iz gore navedenog se vidi da je dovoljno mjeriti tlak ispred i iza mjerne blende i temeljem mjermih rezultata odrediti protok kroz blendu. U našoj vježbi ćemo blendu smatrati prigušnim mjestom nepoznatih karakteristika, za koje ćemo odrediti pad tlaka kod odgovarajućih protoka koje ćemo odrediti korištenjem Venturi sapnice i Pitot-Prandtlove cijevi. Tek na kraju analize rezultata, usporedit će se tako dobivene vrijednosti protoka zraka i pada tlaka kroz mjernu blendu s protokom koji se za mjernu blendu može izračunati korištenjem izraza 3.2.2.

Sl. 3.3 Shema mjerne blende

Page 18: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

26

3.3 Shema uređaja za mjerenje tlaka

3.4 Postupak mjerenja Kosocijevni manometar se spaja na priključke kanala kroz koji struji zrak Spajanje se izvodi gumenim cijevima koje se nataknu na priključke. Kosocjevni manometar dovodi se u vodoravan položaj pomoću dva vijka i libele. Čarapica vlažnog termometra se namoči vodom i stalak s vlažnim i suhim termometrom se postavlja u struju zraka na izlazu iz sapnice. Nakon ustaljivanja temperatura treba očitati temperature vlažnog i suhog termometra i odrediti stanje zraka na izlazu iz sapnice. Na h,x- dijagramu se očita specifični volumen v vlažnog zraka. Gustoća zraka izračunava se prema izrazu:

Sl. 3.4 Shema linije za mjerenje tlaka u struji fluida 1. ventilator 2. tiristorski regulator broja okretaja elektromotora ventilatora 3. ravni dio cijevi 4. mjerna blenda 5. Venturijeva sapnica 6. Prandtl-Pitotova cijev 7. spojne cijevi 8. kosocijevni manometar 9. skala za očitanje 10. vijci za niveliranje 11. priključci mjerne blende

1

234

5

6

7

8

9

10

11

7 10

9

8 2

Page 19: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

27

v1

=ρ (3.4.1)

Pitot-Prandlova cijev postavlja se na najuži presjek Venturijeve sapnice, s osi u smjeru strujanja zraka. Brzina strujanja fluida dobiva se iz preuređenog izraza 2.6.3

( )ρ

stt ppw −=

2 (3.4.2)

Protok kroz Venturi sapnicu izračunava se iz izraza 3.2.1. Bez promjene broja okretaja ventilatora, dakle za istu dobavu zraka, sada se provodi mjerenje na mjernoj blendi. Mjerna blenda spaja se na manometar pomoću gumenih cijevi. Pomoću kosocijevnog manometra mjeri se razlika statičkog tlaka ispred i iza blende. Podaci o protoku dobiveni Venturui sapnicom i padu tlaka na blendi unose se u dijagram. Nakon dobivenih podataka mjerenjem, izračunavamo za kontrolu protok zraka kroz mjernu blendu korištenjem izraza 3.2.2. Mjerenje se ponavlja za nekoliko mjernih točaka (različite frekvencije napajanja asinhronog motora ventilatora - različite brzine vrtnje ventilatora). 3.5 Primjer rezultata mjerenja ts = 17,9 [°C] – temperatura suhog termometra prije mjerenja tf = 9,8 [°C] – temperatura vlažnog termometra prije mjerenja v = 0,8403 [m3/kg] – specifični volumen očitano iz h,x - dijagrama za vlažni zrak

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡=⎥⎦

⎤⎢⎣⎡=== 33 119019,1

8403,011

mg

mkg

vρ - specifična gustoća

Pitot-Prandtlova cijev u Venturijevoj sapnici Mjerna blenda

Mjer. broj

Dinam. tlak pd (Pa)

Brzina

ρdpw 2

=

(m/s)

Volumni protok

wV 20.=

(m3/h)

Razl. tlaka Δp

(Pa)

Volumni protok (m3/h)

ραε pAV Δ

=23600&

1 118 14,8 281,6 384 281 2 86 12,2 241 282 240 3 54 9,52 190,4 180 192,4 4 31,15 7,235 144,7 102 144,8

6109.0=α - koeficient protoka blende

1=ε - koeficient ekspanzije

Page 20: 2 - mjerenje tlaka - · PDF file• silicij je mehanički dobar materijal – nema histereze, • otpornici su difundirani u membranu ... − radni − kontrolni − etalonski 2.5

28

A (m2) – površina najužeg presjeka blende (d = 80 mm)

050

100150200250300350400

100 150 200 250 300

volumni protok (m3/h)

p (P

a)

Pitot - Prandtlovacijevmjerna blenda

1

10

100

1000

100 1000

volumni protok (m3/h)

log

p (P

a) Pitot - Prandtlovacijevmjerna blenda

Sl. 3.5 Ovisnost pada tlaka na mjernoj blendi o protoku i pad tlaka izmjeren Pitot - Prandtlovom cijevi na najužem presjeku Venturi sapnice