SEMINARSKI RAD IZ MEHANIKE FLUIDA

Aparati za merenje pritiska

Prof.dr Agneš Kapor Sofija Dorotić medicinska fizika 412/08

Novi Sad, 2009.

Sadržaj:

I Podela aparature za merenje pritiska

II Manometria)Otvoreni manometri -McLaudov manometar -U-cev

b)Zatvoreni manometri -Diferencijalni manometar -Burdonova cev -Membranometar

d)Metalni manometar

e)Posebna grupa manometara -Piranijev manometar -Jonizacijski vakuummetar

III Barometri

-Živin barometar -Fortinov barometar -Stacionarni barometri -Geteov barometar -Stakleni barometar za registrovanje promene vremena -Aneroidni barometar

IV Literatura

I

Podela aparature za merenje pritiska

Uređaji za merenje pritiska služe za snimanje i prikazivanje fizičkog pritiska nekog fluida.Većina aparata koristi spoljašnji pritisak kao referentni pritisak. Jedino kada se meri apsolutan pritisak kao npr. sa barometrom se kao referentna vrednost uzima vakuum. Na osnovu vrste pritiska koju mere,aparati za merenje pritiska se dele na manometre(postoji četri grupe-zatvoreni,otvoreni,metalni i posebni) i barometre.

II Manometri

Manometri su aparati kji mere pritiske koje izazivaju fluidi usled delovanja njihove težine

a)Otvoreni manometri

McLaudov manometar

Služi za merenje pritiska kompesovanih tečnosti.Izoluje se deo gasa i njegova zapremina V1 se sabije do zapremine V2 . Gas pri tome ne sme da promeni svoje osobine (npr. da se kondenzuje).U istom odnosu se poveca pritisak sa p1 na p2 i pritisak se lako da izmeriti.Ovo je veoma spora procedura i potrebno je njeno stalno nadziranje,ali daje dobre rezultate.Meri vrednosti od 10-2 Pa do 0.1 mPa

U-cev

Staklena U cev je učvršćena preko milimetarske skale i postavljena u vertikalni položaj.U cev se stavlja odredjena količina neke tecnosti.Jedan kraj cevi vezan je za sud u kome se nalazi gas čiji pritisak treba izmeriti.Drugi kraj cevi može biti zatvoren ili otvoren,te prema tome manometar može biti zatvoren ili otvoren. Kod zatvorenog je iznad fluida vakuum te na njega ne deluje nikakv pritisak. Merenje pritiska u sudu vrši se čitanjem visine h na skali a vrednost pritiska se dobija množenjem pročitane visine sa specifičnom težinom fluida. Kod otvorenog manometra meri se razlika izmedju pritiska u sudu i atmosferskog pritiska koji deluje na tečnost u otvorenom kraju cevi.Očitavanje vrednosti je isto kao i kod zatvorenog,tj gleda se visinska razlika.U onom delu U-cevi koji trpi veci pritisak dolazi do pomeranja stuba fluida i to tako da onaj kraj koji ima veći pritisak se spušta,tj potiskuje onaj deo gde je niži pritisak te se nivo fluida na toj strani U-cevi povećava

Ova metoda se danas retko koristi jer bi da bi se prikazao 1bar pritiska,potrebno da cev bude 10 metara.Najmasovnija primena je u medicini za merenje AT

b)Zatvoreni manometri

Zatvoreni manometar ima jedan krak cevi zatvoren i služi za merenje pritisaka većih od atmosferskog.U zatvorenom kraku se nalazi izvesna količina gasa čija zaprenima zavisi od pritiska gasa koji se meri.

Diferencijalni manometar

Cela aparatura je smeštena u metalnu kutiju.Unutar te kutije je posuda u kojoj se nalazi fluid.Na klip koji se nalazi u fluidu se stavljaju tegovi mase m koji izazivaju silu koja dovodi do pomeranja fluida unutar celog sistema.Fluid usled te sile vrsi pritisak na klipnjaču koja počinje da se pomera.Pomoću kazaljke se može očitati intenzitet pritiska koji je bio potreban da se klipnjača pomeri Aneroidni manometar sluzi kao normativ za kalibraciju aparata za merenje pritiska i koristi se za precizna merenja zavisnosti pritiska od različitih osobina materijala.

Burdonova cev

Fluid teče u cevi koja je zatvorena na kraju i ima ovalni poprečni presek u obliku polumeseca.Pritisak koji deluje ispravlja cev jer teži ka tome da cev bude okruglog oblika.Veličina ove promene se preko odgovarajućeg mehanizma predstavlja kao pomeranje kazaljke na skali.Broj podeoka na skali odgovara pritisku koji je bio potreban da se ispravi cev.Služi za merenje visokih pritisaka

Membranometar

Ova aparatura radi pomoću gumene ili metalne membrane na koju se jedno ili obostrano deluje sa pritiskom.Kod razlike pritiska izmedju stranica membrane,ova se izvija,što odgovara promeni pritiska fluida.Ta promena se može brojčano iskazati kao promena pritiska.Retko se koristi za visoke pritiske jer je potrebna komplikovana adaptcija aparature.Kod primene na malim pritiscima,skala nije linearna,već sabijena pri kraju.

d)Metalni manometar

To je aparatura koja se sastoji od kutije sa talasastim zidom tako da je ovaj aksialno fleksibilan.Na kutiju se spolja ili iznutra deluje pritiskom,i ona u odnosu na jačinu tog pritiska menja svoju dužinu.Služi za merenje malih pritisaka ali je jako tačna aparatura.Upotrebljava se kao instument pri letenju i kao barometar

e)Posebna grupa manometara

U ovu grupu manometara spadaju manometri koji koriste sekundarne fizičke efekte kako bi merili pritisak koji izaziva fluid.

Piranijev manometar

Prvi sud se pomocu nastavka spaja sa drugim sudom u kome treba izmeriti pritisak.Žica od platine je potopljena u prvi sud i uključena na nepoznati električni otpor R u jednu granu Vitstonovog mosta.Pri propuštanju konstantne električne struje kroz platinastu žicu,ona se zagreva,pri čemu se deo toplote oslobodjene u njoj predaje okolini putem toplotne provodljivosti i zračenjem.Toplotna provodljivost zavisi linearno od pritiska tako da se žica jače zagreva ukoliko je pritisak niži.Na osnovu porasta električnog otpora odredjuje se pritisak.Pošto svaki gas ima svoju toplotnu provodljivost,za svaki gas postoji poseban Piranijev manometar.

-moderan izgled Piranijevog manometra-

Jonizacijski vakuummetar je aparat za određivanje pritiska u rasponu velikih vrednosti vakuuma,tj. 10 − 2 do 10 − 12 mbar.U načelu se bazira na indirektnom merenju pritiska pomoću električnih veličina,kod koga su preostale čestice proporcionalne sa gustinom čestica. Za to je potrebno da se ostatak gasa jonizuje,što se može postići različitim metodama: -hladnokatodnijonizacionivakuummetar -toplokatodnijonizacionivakuummetar

-Hladnokatodnijonizacionivakuummetar

Izmedju anode i katode je napon od odprilike 2kV.Prisutni elektroni se ubrzavaju u ovom polju i jonizuju prostale čestice gasa.Nastaje merljivo pražnjenje elektriciteta koje zavisi od pritiska i može se meriti.Iznad 10 − 2 mbar nije moguće merenje.Jonizovani joni ostaju na katodi i tu se neutrališu,ili rasprše po katodi.Ovim postupkom se katoda troši te se aparatura konstruiše tako da se katoda može zameniti.

-Toplokatodnijonizacionivakuummetar

Ovaj sistem se bazira na emisiji elektrona iz zagrejanog materijala katode.Izmedju katoda i anode je napon koji ubrzava elektrone Oni mogu ako ispune

(gde je EA rad pri napuštanju) da jonizuju preostale čestice.Pozitivno naelektrisani joni se privlače od strane dodatne katode čiji je potencijal negativniji od zagrejanih katoda.Neutralizacija jona dovodi do nastanka merljivih elektronskih struja,koja se bazira na jonskoj struji i zbog toga zavisi od gustine preostalih čestica u preostalom gasu.

III

Barometri

Barometar je uredjaj za merenje atmosferskog pritiska i postoje različite forme i oblici.Koristi se u meteorologiji.Razvojem su nastali barograf (koji elektronski beleži promene vazdušnog pritiska na jednom mestu) i mikrobarometar (koji meri male promene vazdušnog pritiska)

Ž ivin barometar

Živin barometar se koristi za tačnija merenja atmosferskog pritiska.U Toričelijevoj cevi atmosferski pritisak drži ravnotežu pritisku živinog stuba.Odredjivanje atmosferskog pritiska se može vršiti merenjem visine stuba žive.Ona predstavlja vertikalnu razliku nivoa žive u cevi i rezervoaru.Pri dizanju nivoa žive u cevi,nivo u rezervoaru se spušta i obrnuto.Promena nivoa u rezervoaru je relativno mala,usled znatno većeg poprečnog preseka,ali se mora uzeti u obzir.Stoga bi za dobijanje visinske razlike bilo potrebno očitati gornji nivo žive u cevi i donji nivo žive u rezervoaru. Ovaj metod je veoma ne praktican u praksi,te je namešteno tako da se očitava samo gornji nivo žive tj.onaj nivo u cevi. Za preciznija merenja živinim barometrom je pak važno obratiti pažnju na visinske razlike u cevi rezervoaru kao i na još par faktora.U normalnim uslovima živa doseže visinu od 760mm te se za tačnije rezultate,očitana vrednost računski mora korigovati do standardne,pri čemu se mora paziti na izduženje žive i staklene cevi pri povećanju temperature

p – stvarni pritisakpa – očitani pritisakT – sobna temperatura u °C Koeficijent širenja žive: 0,000182

Za tačnija merenja atmosferskog pritiska je potrebno uzeti u obzir i geografsku širinu i visinu mesta na kome se vrsi merenjeRelativne razlike visine u rezervoaru i cevi zbog različith poprečnih preseka se uočavaju preko skale,kako bi se unela neophodna popravka.Živa se koristi jer zbog svoje velike specifične težine može se koristiti relativno kratka cev(kada bi se koristila voda umesto žive,cev bi trebala da ima dužinu od 10m,dok kod upotrebe žive dužina cevi iznosi 712mm ).Osim toga živa jako teško oksidira,usled vakuuma na gornjem kraju cevi.Prvi živin barometar je napravio Toričeli.On je uočio da se visina žive svakodnevno menja i zaključio da se i vazdušni pritisak odgovarajuće menja.

Fortinov barometarOvaj barometar radi na istom princip kao barometar sa živom samo što je kod njega dno rezervoara ili ceo rezervoar pokretan,te se okretanjem zavrtnja površina žive u rezervoaru uvek dovodi na isti nivo koji odgovara nultoj podeli skale.Tačno doterivanje se vrši pomoću šiljka čiji vrh leži tačno u nivou nulte podele skale.Okretanjem zavrtnja se pre merenja podesi da vrh šiljka dodiruje površinu žive,a zatim na skali procita visina nivoa žive u cevi.Pročitana vrednost predstavlja traženu razliku nivoa h

Stacionarni barometriOva vrsta barometar se koristi u tehničkim laboratorijama i meteorološkim stanicama.Unutrašnja površina cevi i rezervoara su tačno kalibrisane i cilindričnog oblika.Posto je živa nestišljiva,promena nivoa žive u cevi i rezervoaru stoji tačno u odnosu površina poprecnog preseka i rezervoara.Skala im je redukovana,tj. podela je manja od 1mm,tačno za onoliko,koliko je to potrebno da bi se uzela u obzir promena nivoa žive u rezervoaru.Iz pomenutog odnosa površine poprecnog preseka cevi i rezervoara se moze izračunati potrebna redukcija skale.Tako se visinska razlika dobija očitavanjem samo gornjeg nivoa žive.Nedostatak je u tome sto se pre upotrebe mora etalonirati prema nekom standardnom barometru,tačnim podesavanjem količine žive.

Geteov barometar

To je uglavnom dekorativna posuda ispunjena tečnošcu koja je na donjoj strani ispupčena na gore i otvorena.Glavna posuda je hermetički zatvorena.Sa promenom pritiska se nivo tečnosti na ispupčenju menja. -Merenje pritiska

Ovim barometrom je moguće merenje promene pritiska koja se dešavala tokom više dana.Pošto vazduh menja zapreminu pri promeni temperature,potrebno je obratiti pažnju na temperaturne promene.Osim toga važan je poprečni presek ispupčenja i zapremina vazduha unutar aparature.Promena pritiska se izračunava na osnovu promene visine nivoa tečnosti.Ako je tečnost u aparaturi voda promena vazdušnog pritiska je

Značenje Jedinica Vrednost

ΔT

Promena temperature od početka merenja Celzijus -5 do +5

A Poprečni presek ispupčenja cm² 0,6

V0 Zapremina vazduha u aparaturi cm³ 100

Δh

Promena visine vodenog stuba od početka merenja cm -5 do +5

Δp

Promena vazdusnog pritiska od početka merenja hPa -20 do +20

Stakleni barometar za registrovanje promene vremena

Alkoholni rastvor „kampera“ reaguje sa kristalnom vezom usled promene vremenskih uslova.Bistar rastvor znači „lepo vreme“-visok vazdušni pritisak, tj. mutan rastvor „loše vreme“-nizak vazdušni pritisak.Kako tačno funkcionise ovaj aparat nije najtačnije razjašnjeno.Smatra se da promene magnetih polja i elektriciteta u atmosferi utiču na rast kristala

Aneroidni barometar

Aneroidni barometar se sastoji od metalne kutije koja se zove aneroidna ćelija.Ona je napravljena od legure berilijuma i kopera.Unutar kutije se nalazi veoma mala količina vazduha.Promene atmosferskog pritiska dovode do širenja ili skuplanja kutije.Te promene izazivaju pomeranje mehanizma koji je tako precizan da se i male promene mogu registrovati.Pre očitavanja je potrebno kvrcnuti lagano po staklu barometra kako bi se kazaljka pomerila i pokazala trenutnu vrednost atmosferskog pritiska.Vrednost pritiska se izražava u hektopaskalima.

Hektopaskala Millimetara

992 744.1

996 747.1

1000 750.1

1004 753.1

1008 756.1

1012 759.1

1016 762.1

1020 765.1

Ova tabela pokazuje odgovarajuću vrednost atmosferskg pritiska u hektopaskalima pretvorenu u milimetre.Ona je čisto praktične vrste tj.služi za lakše “tumačenje”pročitane vrednosti sa skale.Aneroidni barometri,u zavisnosti gde se proizvode mogu imati skalu u hektopaskalima,inčima,milimetrima-u zavisnosti od navike korisnika.

IV

Literatura:

1.inž.M.Vučic Vlastimir;Osnovna merenja u Fizici;deseto preradjeno izdanje,Naučna knjiga Beograd,1967

2.Heinz Gascha,Stefan Pflanz:Das grosse Buch der Physik,Sonderausgabe

3.prof.dr Verner Braunbek;Fizika za sve,Gradjevinska knjiga Beograd,1960

4.Božidar Žizic;Kurs opšte mehanike,Gradjevinska knjiga Beograd,1987

5.www.wikipedia.de

6.Božidar Žićić;Kurs opšte fizike,Gradjevinska knjiga Beograd 1988

7.F.W.Sears;Mehanika,talasno kretanje i toplota,Naučna knjiga Beograd 1962

8.dr J.Janjić;Opšti kurs fizike I deo,Naučna knjiga Beograd 1983