A nyomás mérés alapvető eszközei
Mérésadatgyűjtés, jelfeldolgozás 2. előadás
Levegő nyomás mérésének alapvető eszközei U-csöves manométerek Ismétlés:Fizika I. 5. előadás p1 = p2
p1> p2
ρl levegő
A közlekedő edények elvén működő U-csöves manométerek alkalmasak, nyomás,ill.
0 H
0
h1 h2
nyomáskülönbségek mérésére. Az erőegyensúlyt a b jelű talppontra felírva:
ρ folyadék B Ha p1= p2 ,
p1+ρ g H=p2+ ρ g H
Ha p1>p2
p1 – p2 =(h1 + h2 ) ρ g [ Pa ]
h1, h2 [ m ]
Példa: A manométer bal oldali ágába nyomást vezetnek, a jobb oldali ág szabad marad ( pbar). 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? p1 – 0 = 3200 + 3320 =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? ( ρvíz=1000kg/m3 )
p1 = 6520 Pa p1 6520 h1 + h2 = = = 0,664m ρ g 1000*9,81 A bal oldali ág 326mm-t, a jobb 338mm-t mozdul el. Miért nem egyformák?
Számolja ki, hogy mekkorák ezek az elmozdulások, ha higannyal töltenénk a csöveket? (ρhig=13600 kg/m3 )
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.
A- a tartály keresztmetszete, amely sokkal nagyobb, mint a ferde cső keresztmetszete, ezért a nyomás hatására létrejött h* elmozdulás elhanyagolható. p1> p2
alkohol ρalk=850 kg/m3
p1 − p2 = hρ g = hm sin αρ g Minél jobban megdöntik a csövet, annál hosszabb lesz a hm távolság, a relatív leolvasási hiba annál kisebb lesz.
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.
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
p
∆U
A membránra rögzített kivezető rúdHoz többféle jelátalakító kapcsolható: -induktív, indukciós -potenciométeres -kapacitív, stb.
hullámosított membrán ∆l deformációval
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
A csőmembrán vékony, varrat nélküli, hullámosított, 8..300mm átmérőjű cső. Közepes és nagy nyomások, ill.nyomáskülönbségek mérésére, érzékelésére alkalmas. A nyomás hatására ∆l deformáció keletkezik amelyet villamos jel megváltoztatására lehet átalakítani. ∆l
p
Az automatizált rendszerek leggyakoribb nyomás érzékelője
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? Bourdon-cső
ház
mutató
karos mechanizmus áttétel
X- a nyomás hatására létrejött deformáció
p
Az analóg műszerek osztálypontosságának ellenőrzése. Az előző előadáson megismert összefüggések alapján az osztálypontosság:
H max β= *100 % x vég
ahol a Hmax a mérési sorozat legnagyobb abszolút hibája xvég műszer méréshatárának legnagyobb értéke
Példa: Egy műszerrel az alábbi mérési sorozatot mértük, a műszer skáláJának végértéke:100 V xi Xv
25,5 25
45,5 45
Hmax = | 25 – 25,5|=0,5 V
78,2 78
β=
89,9 V 90 V
a mért érték a valódi érték.
0,5 *100 = 0,5% 100
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.
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)
