1. - IMiUE

POLITECHNIKA L SKA
WYDZIAŁ IN YNIERII RODOWISKA I ENERGETYKI
INSTYTUT MASZYN I URZ DZE ENERGETYCZNYCH
INSTRUKCJA
do wicze laboratoryjnych
z „Metrologii wielko ci energetycznych”
wiczenie M-5
Pomiar strumienia masy i obj to ci – cz
I
Opracował: mgr in . Daniel W cel
Sprawdził: dr in . Jan Około-Kułak
Zatwierdził: dr hab. in . Janusz Kotowicz
1
Cel wiczenia:
Celem wiczenia jest poznanie podstawowych technik pomiaru strumienia masy
powietrza wilgotnego w ruroci gach za pomoc : metod zw kowych i pomiaru
pr dko ci w przekroju kanał.
1.
Prawie w ka dym procesie technologicznym wyst puje przepływ jakiej
substancji. Czy to w elektrowni czy w hucie przepływ cieczy lub gazu wyst puje
prawie na ka dym kroku. Ilo
przepływaj cej substancji, podobnie jak jej
parametry, wpływaj na prac danego zakładu. Nale y je oczywi cie tak dobra aby
praca była jak najbardziej efektywna, a koszty jak najni sze. Ale eby je dobra
trzeba zna ich warto ci, czyli nale y je zmierzy . I tym wła nie b dziecie si
zajmowa na laboratorium, czyli pomiarem strumienia obj to ci lub masy
(inaczej zwanym obj to ciowym lub masowym nat eniem przepływu) powietrza
wilgotnego przepływaj cego przez ruroci g pomiarowy. W przypadku płynów
ci liwych tzn. gdy g sto ρ=ρ(p,T) lepiej posługiwa si poj ciem strumienia
masy. Do tego wykorzystacie kilka przyrz dów pomiarowych, o których słyszeli cie
ju na wykładzie tj.:
kryz ISA z przytarczowym odbiorem ci nienia,
klasyczn zw k Venturiego,
termoanemomet,
rurk spi trzaj c Prandtla,
anemometr czaszowy.
Niestety obfito metod i przyrz dów pomiarowych stosowanych przy pomiarach
strumieni masy i obj to ci uniemo liwia pełn prezentacj materiału zawieraj cego
podstawy teoretyczne poszczególnych metod i przyrz dów. Je li co umkn ło
Twojej uwadze na wykładzie, w tej instrukcji znajdziesz wiele wiadomo ci
teoretycznych oraz sposób wykonywania pomiarów i opracowania wyników.
2.
wiczenie niew tpliwie pozwoli zorientowa si w wielko ci przepływaj cego
powietrza w ruroci gu oraz innych parametrów powietrza pozwalaj cych obliczy
strumie obj to ci lub masy (chodzi głównie o pr dko przepływu oraz spadek
ci nienia na zw kach). Umo liwi równie praktyczne wykorzystanie ró nych
manometrów, którymi na co dzie nie dokonuje si pomiarów. Ponadto b dziesz
musiał wykorzysta tablice fizyczne oraz szereg wzorów które mo na znale np.
w polskich normach. Daje to szans zapoznania si z rzadko u ywanym na co dzie
lecz niezb dnym w pracy in yniera dokumentem jakim jest norma.
3.
Przyrz dy do pomiaru strumienia obj to ci lub masy w rzeczywisto ci nie mierz
tej wielko ci, mierzymy nimi spadki ci nie lub pr dko ci które nast pnie
2
przeliczamy na strumie . Przyrz dy umo liwiaj ce mierzenie strumienia masy i
obj to ci mo na podzieli na nast puj ce grupy:
a. wykorzystuj ce zjawisko dławienia przepływaj cej strugi (najliczniejsza i
najcz ciej spotykana w praktyce):
I. zw ki miernicze: kryza; dysza (ISA, Venturiego); klasyczna zw ka
Venturiego; kryza segmentowa,
II. przepływomierze pływakowe tzw. Rotametry (elementy dławi ce
o stałym spadku ci nienia),
III. danaidy: jednozw kowa, dwuzw kowa,
IV. przelewy miernicze,
V. zw kowe kanały miernicze.
b. umo liwiaj ce pomiary pr dko ci miejscowych:
I. rurki spi trzaj ce: Prandtla, Brabbéego,
II. młynki hydrometryczne Otta,
III. anemometry: skrzydełkowy, czaszowy,
IV. termoanemometry,
V. katatermometry.
c. pozostałe:
I.
przepływomierze elektromagnetyczne (do cieczy o małych
przewodno ciach elektrycznych m.in. muły, szlamy, cieki),
II.
przepływomierze ultrad wi kowe (mog by wzorcowane metod
po redni tzn. w oparciu o model matematyczny → pomiar pr dko ci
redniej mierzonej po drodze fali ultrad wi kowej umiejscowionej w
rednicy).
Powy sze dwa przepływomierze charakteryzuj si nast puj cymi zaletami:
brak spadku ci nienia, mo liwo
instalowania na pełnym ruroci gu,
niewra liwo na nierównomierny rozkład pr dko ci i nieuspokojon strug .
W układzie pomiarowym zainstalowano wentylator promieniowy zasysaj cy
przewodem ss cym wilgotne powietrze o parametrach po, to, ϕo i po spr eniu
odprowadza go przewodem tłocz cym na hal . Przewód ss cy i tłocz cy s
ruroci gami stalowymi o przekroju kołowym. Wewn trzna rednica przewodu
rednica przewodu tłocz cego
ss cego wynosi Ds = 494 mm, natomiast
Dt = 400 mm, maksymalna nierówno
powierzchni wewn trznej ruroci gu
= 0,2 mm. Na ruroci gu ss cym wentylatora jest zainstalowana kryza ISA
z przytarczowym pomiarem spadku ci nienia. rednica kryzy d20=260,3 mm,
promie zaokr glenia kraw dzi wlotowej kryzy rk=0,2 mm. Na ruroci gu tłocz cym
wentylatora jest zainstalowana klasyczna zw ka Venturiego. rednica gardzieli
zw ki d20=187 mm, na której znajduje si jeden otwór odbioru ci nienia
statycznego. Do kryzy i zw ki podł czone s jednoramienne cieczowe manometry
ró nicowe zabudowane na tablicy pomiarowej. Składaj si one ze szklanej rurki
wyskalowanej w [mm] poł czonej ze zbiornikiem wypełnionym ciecz
manometryczn . Stosunek k przekroju wewn trznego rurki manometru do przekroju
wewn trznego zbiornika wynosi:
3
A1
4
=
A2
80
2
= 0,0025
i st d mo na zało y , e poziom cieczy w zbiorniku nie b dzie praktycznie ulegał
zmianie.
Zw ka
Venturiego
p2
Sto ek
dławi cy
t1
Rurka
Prandtla
Kryza ISA
t2
p2
t 1’
p1, p1
pss
Wentylator
pd
Rys.1 Schemat instalacji pomiarowej
a) Kryza ISA
Zw ka miernicza jest urz dzeniem zmniejszaj cym pole powierzchni
wewn trznego przekroju ruroci gu, tzn. urz dzeniem stanowi cym dodatkowy opór
dla strugi przepływaj cego płynu. Przy przepływie przez opór struga zostaje
zdławiona i na zw ce mierniczej wyst pi spadek ci nienia statycznego. Pomi dzy
strumieniem masy i spadkiem ci nienia na zw ce mierniczej wyst puj zale no ci
(dla ustalenia ich nale y sporz dzi bilans energetyczny przepływaj cej przez
zmniejszony przekrój strugi).
Zakłada si , e jest zachowana ci gło strugi przepływaj cego płynu i e jego
g sto w czasie przepływu przez zmniejszony przekrój nie ulega zmianie.
Kryza jest to cienka tarcza z otworem kołowym. Znormalizowane kryzy
bywaj nazywane: „tarcze cienkie” lub „tarcze z ostr kraw dzi ”, poniewa
grubo płytki jest mała w stosunku do rednicy otworu. Kraw d kryzy jest
ponadto prostopadła do kierunku przepływu i prostopadła wzgl dem samej tarczy.
b) Klasyczna zw ka Venturiego
Zw ka Venturiego jest to element dławi cy, którego powierzchnia
wewn trzna jest zło ona ze: zbie nego wlotu (konfuzor), cz ci walcowej zwanej
gardziel oraz cz ci rozbie nej sto kowej (dyfuzor) b d cej wylotem.
Zw ka Venturiego, której wlot jest znormalizowan dysz ISA 1932
nazywana jest dysz Venturiego, natomiast gdy wlot ma kształt sto kowy nazywana
jest klasyczn zw k Venturiego.
4
c) Termoanemometr
Termoanemometr słu y do pomiaru miejscowych pr dko ci przepływaj cej
strugi gazu. Wykorzystuje si w nim zale no oporu cienkiego drutu platynowego,
nagrzewanego pr dem elektrycznym i chłodzonego przez strug , od pr dko ci gazu.
Nagrzewany drut jest wł czony w układ mostka. Miliwoltomierz podł czony do
układu mostkowego wskazuje warto przeliczon na pr dko w [m/s]. Przy
posługiwaniu si termoanemometrem nale y pami ta o tym, e s one
wyskalowane dla pomiaru pr dko ci pewnego ci le okre lonego gazu (opór drutu
zale y od jego temperatury, a ta z kolei od pr dko ci i rodzaju gazu).
WYZNACZENIE PUNKTÓW POMIAROWYCH W PRZEKROJU RUROCI GU
Posługuj c si metod podziału pola powierzchni przekroju ruroci gu (przekrój
ruroci gu płaszczyzn prostopadł do osi podłu nej) na równe cz ci nale y dla
podanej przez prowadz cego wiczenie liczby „n” cz ci podziałowych obliczy
promienie z nieparzystymi indeksami, w przedziale 1 ≤ i ≤ 2n, ze wzoru:
ri =
D i
[mm]
2 2n
gdzie:
D - rednica wewn trzna ruroci gu w którym jest przeprowadzany pomiar [mm]
n - liczba cz ci podziałowych pola powierzchni przekroju
i - wska nik promienia
r7
r5
r3
r1
oD
Rys.2 Rozmieszczenie punktów pomiarowych przy pomiarze termoanemometrem
Wyliczone promienie na przeci ciu z osi poprzeczn ruroci gu wyznaczaj
punkty w których nale y umieszcza czujnik termoanemometru.
5
d) Rurka Prandtla
Rurka spi trzaj ca Prandtla – okre lana równie jako rurka Pitota-statyczna –
zabudowana w strumieniu płynu umo liwia poprawny pomiar miejscowego
ci nienia statycznego (ps), ci nienia całkowitego (pc) oraz ci nienia dynamicznego
(pd). Odpowiednie podł czenie do manometru pozwala zmierzy ci nienie
dynamiczne – potrzebne do wyznaczenia pr dko ci miejscowej przepływaj cej
strugi. Pr dko wyznacza si z poni szej zale no ci:
pd = ρ ⋅
w2
2
Rurk spi trzaj c Prandtla nale y tak umieszcza w kanale pomiarowym aby
głowica rurki była skierowana w stron przeciwn do przepływaj cej strugi. Pomiar
ci nienia dynamicznego dokonuje si mikromanometrem cieczowym (alkohol
etylowy) z pochył rurk jako ró nic ci nienia całkowitego i ci nienia statycznego.
pd = pc − p s
WYZNACZENIE PUNKTÓW POMIAROWYCH W PRZEKROJU RUROCI GU
Punkty pomiarowe zostały dobrane zgodnie z norm ISO 5801: 1997
0,021D
0,117D
0,187D
0,345D
0,655D
0,816D
0,883D
0,979D
oD
Rys.3 Rozmieszczenie punktów pomiarowych przy pomiarze rurk Prandtla
6
e) Anemometr czaszowy
Anemometry (wiatromierze) s to urz dzenia słu ce do pomiaru miejscowych
pr dko ci gazów. Składaj si one z nast puj cych elementów: wirnika czaszowego
o osi prostopadłej do przepływaj cej strugi, licznika drogi strumienia, obudowy
osłaniaj cej i utrzymuj cej wirnik oraz licznika. Ze wzgl du na sw budow mo na
nimi mierzy pr dko ci do 50 m/s. Anemometry skrzydełkowe ró ni si od
czaszowych: budowa (o wirnika łopatkowego jest równoległa do przepływaj cej
strugi) i zakresem pr dko ci w których mo emy mierzy (w zale no ci od rednicy
koła łopatkowego od ok. 0,1 m/s do 10 m/s) S one równie czulsze i dokładniejsze
Zwykle posiadaj wbudowany stoper oraz mechanizm uruchamiaj cy jednocze nie
licznik drogi strumienia i stoper.
Pomiar pr dko ci anemometrami polega na okre leniu ilo ci obrotów wirnika
przypadaj cych na jednostk czasu, przy czym ilo obrotów wirnika jest od razu
przekładana na drog strumienia w [m].
3
12
5
4
3
2
1 5
4
Rys.4 Rozmieszczenie punktów pomiarowych na wylocie z ruroci gu dla pomiaru
anemometrem
7
4.
POMIARY – Kryza ISA
Wielko ciami mierzonymi b d : parametry otoczenia: po, to,
ϕo , ci nienie statyczne przed kryz h1, spadek ci nienia na
kryzie h1 oraz temperatur w ruroci gu t1.
Pomiar ci nienia otoczenia
Ci nienie otoczenia nale y mierzy barometrem
(rt ciowym). Suwak wska nika skali barometru ustawi
w ten sposób, aby dolne kraw dzie wska nika znalazły si na
wysoko ci górnego punktu menisku rt ci. Ci nienie
otoczenia oblicza ze wzoru:
po = lt ⋅ ρ o [1 − β ⋅ to ] ⋅ 9,81
Ci nienie otoczenia
wystarczy zmierzy raz
w czasie pomiarów. Jest
to wielko której
warto zmienia si
bardzo wolno i zmiany
w krótkim przedziale
czasu s niezauwa alne
na barometrze
rt ciowym.
N
m2
lt - odczyt na barometrze przy temperaturze otoczenia [mm]
o
= 13,595
kg
- g sto
dm3
rt ci w temperaturze 0 oC
= 0,00018 [°C-1] – współczynnik rozszerzalno ci
obj to ciowej rt ci
Pomiar temperatury otoczenia
Temperatur otoczenia to [°C] nale y odczyta
termometrze umieszczonym w pobli u barometru.
Wilgotno powietrza
równie nie zmienia si
zbyt szybko wi c
na
wystarczy jeden pomiar.
Pomiar wilgotno ci wzgl dnej
Wilgotno
wzgl dn powietrza ϕo [%] nale y
zmierzy higrometrem włosowym znajduj cym si w Hali
Maszyn Cieplnych.
WYNIKI POMIARÓW
to [oC]
lt [mm]
ϕ o [%]
Pomiar strumienia powietrza wilgotnego
WYNIKI POMIARÓW
Lp.
8
Ci nienie statyczne
Spadek ci nienia
Temperatura
pow. przed kryz
[mm]
ho
h1
na kryzie
[mm]
ho
h1
powietrza w ruroci gu
[oC]
t1
t 1’
1.
2.
3.
4.
5.
6.
rednia
Odczytu wskaza manometrów nale y dokonywa co 2 minuty.
OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARU
Ci nienia mierzone manometrami ró nicowymi nale y oblicza
korzystaj c z poni szego wzoru:
N
m2
p z = (h1 − ho ) ⋅ ρ c ⋅ 9,81
gdzie: ho - wskazanie manometru ró nicowego przed
uruchomieniem wentylatora
h1 - wskazanie manometru ró nicowego w czasie pomiaru
3
cieczy manometrycznej
c = 0,835 kg/dm - g sto
(alkohol etylowy)
Ci nienie bezwzgl dne przed kryz
2
p1 = p o − p m1 [N/m ]
pm1- ci nienie manometryczne gazu przed kryz ISA (zmierzone)
G sto ci gazu wilgotnego
1
Pami taj, e skala
na manometrze jest
w milimetrach,
a warto ci do wzoru
nale y podstawia
w metrach
Kryza znajduje si
w ruroci gu ss cym
wi c masz do
czynienia z
podci nieniem jako
ci nieniem
bezwzgl dnym.
ρ1 = ρ g + ρ p
G sto
gazu suchego
ρg = ρn
g
nale y obliczy w/g wzoru:
pn=1,013·105 Pa
( p1 − ϕ ⋅ p p )Tn
pn ⋅ T1
Tn=273 K
gdzie:
gazu suchego w parametrach normalnych pn,Tn
n - g sto
p1 - ci nienie statyczne gazu przed kryz
pp - ci nienie nasyconej pary wodnej w temperaturze t1 (tablica
fizyczna lub wykres IS)
Przy odczytywaniu
wszelkich warto ci
z tablic czy
wykresu zwró
uwag na
podawane
jednostki. Sprawd
czy warto
obliczonej g sto ci
9
t1 – temperatura gazu w ruroci gu pomiarowym
G sto
pary wodnej zawartej w gazie
ρp = ϕ ⋅ ρ ''
" - g sto
fizyczna)
nasyconej pary wodnej w temperaturze t1 (tablica
Obliczenia w/g PN-93/M-53950/01
Wsółczynik przepływu C dla przytarczowego odbioru ci nienia
C1 = 0,5959 + 0,0312 β
2 ,1
1
− 0,1840 β + 0,0029 β
8
1
2,5
1
106
⋅
Re D
0 , 75
ReD - liczba Reynoldsa odniesiona do rednicy wewn trznej
ruroci gu
Re D =
w ⋅ Ds
ν
w - pr dko
przepływu powietrza
-6
=15,06 10 [m2/s] - współczynnik lepko ci kinematycznej
Liczba ekspansji ( cisliwo ci) ε 1
ε 1 = 1 − (0,41 + 0,35β 14 )
∆p1
χ ⋅ p1
χ - wykładnik izentropy (dobra z tablic dla powietrza)
Wzór ten mo na stosowa jedynie w przypadku spełnienia
warunku
p2
p1
≥ 0,75
Obliczenie strumienia powietrza wilgotnego:
Spadek ci nienia na kryzie
∆p1 = (∆h1 − ∆ho ) ⋅ ρ c ⋅ 9,81
qm (qv)
-
qm =
strumie masy (obj to ci)
C1
1 − β 14
⋅ ε1
Π 2
d 1 ⋅ 2∆p1 ⋅ ρ 1
4
gdzie:
C1 - współczynnik przepływu
β 1 - przew enie kryzy pomiarowej β 1 =
10
N
m2
d1
Ds
kg
s
ma ten sam rz d
wielko ci
co g sto
w warunkach
normalnych.
Warto liczby
Reynoldsa nale y
zało y , a nast pnie
po obliczeniu
strumienia obj to ci
sprawd czy
zało enie było
słuszne. Je li nie
skoryguj warto
liczby Re i powtórz
obliczenia.
Liczba ekspansji
uwzgl dnia
poprawk
wynikaj c z
zało enia, e
g sto powietrza
jest taka sama przed
jak i za kryz .
ε1 - liczba ekspansji ( ci liwo ci - koryguje bł dy spowodowane
przez przyj cie stałej obj to ci wła ciwej płynu, zale y od
wymiarów i rodzaju zw ki)
ρ1 - g sto
gazu
kg
m3
d1 - rednica otworu kryzy [m.]
Ds - rednica otworu wewn trznego ruroci gu ssawnego [m.]
OGRANICZENIA STOSOWANIA METODY
15,5 ≤ d
50 ≤ D ≤ 1000
0,2 ≤ β ≤ 0,45
5000 ≤ Re D dla β jak wy ej
Podane
ograniczenia s
spełnione w tym
przypadku. Daj
pogl d w jakich
przypadkach mo na
stosowa powy sz
metod .
10000 ≤ Re D dla β >0,45
Warto ci D oraz d podane s w [mm].
NIEPEWNO CI
Niepewno
współczynnika przepływu C.
Je eli zało y , e znane s bezbł dne warto ci β , D, ReD i
chropowato wzgl dna ruroci gu, to niepewno
warto ci C wynosi:
0,6 % dla
β % dla
k
–
D
wzgl dna
β ≤ 0,6
0,6 < β ≤ 0,75
Niepewno liczby ekspansji ε 1 .
Je eli zało y , e znane s bezbł dne warto ci β , p/p1 oraz χ ,
to niepewno wzgl dna warto ci ε1 wyra ona w %, wynosi
δε = 4 ⋅
∆p
p1
Bł dy pomiaru strumienia masy powietrza wilgotnego wyznaczy
jako sum bezwzgl dnych warto ci niepewno ci wzgl dnych:
∆qm = δC + δε
POMIARY – Klasyczna zw ka Venturiego
Wielko ciami mierzonymi b d : parametry otoczenia po, to, ϕo , ci nienie statyczne
w ruroci gu ss cym hss, przyrost ci nienia w wentylatorze hs, spadek ci nienia na
zw ce Venturiego h2 oraz temperatur za wentylatorem t2.
11
Pomiarów dokonuje si w identyczny sposób jak przy pomiarze kryz ISA
WYNIKI POMIARÓW
to [oC]
lt [mm]
ϕ o [%]
Pomiar strumienia powietrza wilgotnego
WYNIKI POMIARÓW
Lp.
Ci nienie statyczne
Przyrost ci nienia
w ruroci gu
w wentylatorze
ss cym
[mm]
[mm]
hsso
hss
hso
hs
Spadek ci nienia
na zw ce
[mm]
ho
Temp.
Powietrza
[oC]
h2
1.
2.
3.
4.
5.
6.
rednia
Odczytu wskaza manometrów nale y dokonywa co 2 minuty.
OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARU
Ci nienie bezwzgl dne przed zw k Venturiego
p 2 = ∆p s + p ss
N
m2
pss- ci nienie bezwzgl dne gazu przed wentylatorem
(w ruroci gu ss cym)
ps - przyrost ci nienia w wentylatorze
Obliczenie g sto ci gazu wilgotnego
Zw ka Venturiego
znajduje si
w ruroci gu
tłocz cym wi c masz
do czynienia
z nadci nieniem
jako ci nieniem
bezwzgl dnym.
2
ρ2 = ρ g + ρ p
G sto
12
gazu suchego
g
nale y obliczy w/g wzoru:
pn=1,013·105 Pa
Przy odczytywaniu
wszelkich warto ci z
tablic czy wykresu
zwró uwag na
ρ g = ρn
( p2 − ϕ ⋅ p p )Tn
Tn=273 K
pn ⋅ T2
gdzie:
gazu suchego w parametrach normalnych pn,Tn
n - g sto
p2 - ci nienie statyczne gazu przed zw k Venturiego
pp - ci nienie nasyconej pary wodnej w temperaturze t2 (tablica
fizyczna)
t2 - temperatura gazu w ruroci gu pomiarowym
G sto
podawane jednostki.
Sprawd czy warto
obliczonej g sto ci
ma ten sam rz d
wielko ci co g sto
w warunkach
normalnych.
pary wodnej zawartej w gazie
ρp = ϕ ⋅ ρ ''
" - g sto
fizyczna)
nasyconej pary wodnej w temperaturze t2 (tablica
Obliczenia w/g PN-93/M.-53950/01
Współczynnik przepływu C2
C 2 = 0,985
Liczba ekspansji ε 2
Warto ε 2 nale y odczyta z tablic zamieszczonych w PN93/M-53950/01.
Obliczenie strumienia powietrza wilgotnego:
Liczba ekspansji
uwzgl dnia
poprawk
wynikaj c z
zało enia, e g sto
powietrza jest taka
sama przed jak i w
najw szym miejscu
zw ki.
Spadek ci nienia na zw ce
∆p 2 = (∆h2 − ∆ho ) ⋅ ρ c ⋅ 9,81
qm (qv)
-
qm =
N
m2
strumie masy (obj to ci)
C2
1 − β 24
⋅ε2
Π 2
d 2 ⋅ 2∆p 2 ⋅ ρ 2
4
gdzie:
C2 - współczynnik przepływu
β 2 - przew enie zw ki Venturiego β 2 =
kg
s
d2
Dt
ε 2 - liczba ekspansji
3
ρ 2 - g sto gazu [kg/m ]
d2 - rednica gardzieli zw ki Venturiego [m]
Dt - rednica otworu wewn trznego ruroci gu tłocznego [m.]
OGRANICZENIA STOSOWANIA METODY
200 ≤ D ≤ 1200
0,4 ≤ β ≤ 0,7
Podane ograniczenia
s spełnione w tym
przypadku. Daj
pogl d w jakich
przypadkach mo na
13
stosowa powy sz
metod .
2 ⋅ 105 ≤ Re D ≤ 2 ⋅ 106
Warto ci D oraz d podane s w [mm].
NIEPEWNO CI
Niepewno
współczynnika przepływu C
Niepewno wzgl dna warto ci C klasycznej zw ki Venturiego
z cz ci sto kow zbie n wykonan z blachy metod
spawania, wynosi: 1,5 %
Niepewno
liczby ekspansji ε 2
Niepewno
wynosi
wzgl dna liczby ekspansji, wyra ona w procentach,
δε = (4 + 100 β 8 )
∆p
p2
Bł dy pomiaru strumienia masy powietrza wilgotnego
wyznaczy jako sum bezwzgl dnych warto ci niepewno ci
wzgl dnych
∆q m = δC + δε
POMIARY – Termoanemometr
Pomiarów pr dko ci strumienia gazu dokonujemy w wyznaczonych punktach
przekroju ruroci gu (ze wzgl du na budow ruroci gu pomiar wykonuje si wzdłu
jednej rednicy). Pomiary nale y powtórzy trzykrotnie.
WYNIKI POMIARÓW
Lp.
1.
2.
3.
rednia
r2n-1
Pr dko ci w ruroci gu wi [m/s]
...
r1
r’1
...
...
...
r’2n-1
r - promienie oznaczaj ce punkty pomiarowe bli sze otworu w ciance ruroci gu
r’ - promienie oznaczaj ce punkty pomiarowe za osi podłu n ruroci gu
OBLICZENIA
Pr dko
rednia strugi powietrza
2n
w=
14
i =1
wi
2n
m
s
W tym przypadku liczb
punktów pomiarowych
mo na przyj równ 4 na
jednym promieniu.
Strumie masy powietrza
kg
s
qm = A ⋅ w ⋅ ρ1
POMIARY – Rurka Prandtla
Pomiarów ci nienia dynamicznego dokonujemy w okre lonych punktach przekroju
ruroci gu. Pomiary nale y powtórzy trzykrotnie.
Pomiar pr dko ci przepływaj cego powietrza w ruroci gu
WYNIKI POMIARÓW
Lp.
1.
2.
3.
rednia
lo
Ci nienia dynamiczne w ruroci gu ldi [mm]
Miejsce pomiaru
Temp.
pow. w
0,021D 0,117D 0,184D 0,345D 0,655D 0,816D 0,883D 0,979D ruroci gu
lo – warto wskazywana przez mikromanometr przed uruchomieniem wentylatora
(stan zerowy)
OBLICZENIA
Ci nienie dynamiczne w punktach pomiarowych
p di = c ⋅ (l di − l o ) ⋅ ρ c ⋅ 9,81
N
m2
c – przeło enie mikromanometru
Ze wzgl du na budow rurki
Prandtla oraz konstrukcj
gniazda mocuj cego j do
ruroci gu, b dzie mo na
pomierzy pd tylko w pi ciu
punktach.
rednie ci nienie dynamiczne w przekroju
1
pd =
n
Pr dko
n
i =1
2
p
0,5
di
rednia strugi powietrza
w=
Strumie masy powietrza
2
ρ1
⋅ pd
m
s
G sto
powietrza przyjmij
tak sam jak przy
obliczeniach dla kryzy ISA.
15
qm = A ⋅ w ⋅ ρ1
kg
s
POMIARY – Anemometr czaszowy
Liczniki anemometru przed wykonaniem pomiarów nale y wyzerowa . Wykona
seri pi ciu pomiarów pr dko ci miejscowych na wylocie z ruroci gu (w rodku
ruroci gu [1], na osiach poprzecznych mo liwie najbli ej wewn trznej cianki
ruroci gu [2], [3], [4], [5]). Po umieszczeniu anemometru w miejscu pomiarowym
równocze nie wł czy licznik anemometru oraz uruchomi stoper. Po ustalonym
z góry czasie odczyta wskazanie licznika. Jednocze nie odczytywa temperatur
na termometrze za wentylatorem.
Pomiar pr dko ci przepływaj cego powietrza na wylocie z ruroci gu
WYNIKI POMIARÓW
Numery
punktów
pomiarowych
Pomiary
1
I
II
III
2
I
II
III
3
I
II
III
4
I
II
III
5
I
II
III
Wskazanie licznika
anemometru
Wskazanie stopera
Temperatura
powietrza w ruroci gu
∆τ [s ]
t [oC]
∆l [m]
rednia
OBLICZENIA
Pr dko ci w okre lonych miejscach pomiarowych
w=
∆l
∆τ
m
s
l – wskazanie licznika anemometru [m]
– wskazanie stopera [s]
16
Ze wzgl du na brak
wykresu wskaza
anemometru nie
koryguj pomierzonych
warto ci.
Pr dko
rednia
5
w=
i =1
wi
m
s
5
Strumie masy
qm = A ⋅ w ⋅ ρ1
kg
s
A - pole przekroju poprzecznego (miejsca umieszczenia
anemometru)
Jako rednic kanału
wylotowego mo esz
przyj
rednic
ruroci gu tłocznego.
5.
Ka dy pomiar i nast puj ce po nim obliczenia musz zosta sprawdzone.
Obecnie bez analizy bł dów nie ob dzie aden pomiar. W Twoim przypadku te
powiniene sprawdzi obliczone wielko ci: pod wzgl dem jednostki jak i
otrzymanej warto ci. Ostatnim elementem sprawdzaj cym b dzie policzenie bł dów
pomiarowych obrazuj cych dokładno poszczególnych metod pomiarowych.
Bł dy pomiaru strumienia masy dla rurki spi trzaj cej i anemometru
Bł dy bezwzgl dne i wzgl dne pomiaru strumienia masy dla rurki spi trzaj cej i
anemometru nale y obliczy zakładaj c, e strumie masy wilgotnego powietrza
w ruroci gu ss cym i tłocz cym wentylatora jest ten sam oraz, e warto ci
spodziewan jest wynik uzyskany dla zw ki normalnej (kryzy ISA).
BŁ DY POMIARU STRUMIENIA MASY DLA RURKI SPI TRZAJ CEJ
Bł d bezwzgl dny
∆q mr = q mr − q mz
Bł d wzgl dny
(δq m ) r =
∆q mr
⋅ 100
q mz
kg
s
[%]
gdzie:
qmr - wynik pomiaru strumienia masy dla rurki spi trzaj cej [kg/s]
qmz - wynik pomiaru strumienia masy dla zw ki [kg/s]
BŁ DY POMIARU STRUMIENIA MASY DLA ANEMOMETRU
Bł d bezwzgl dny
∆q ma = q ma − q mz
kg
s
Bł d wzgl dny
17
(δq m ) a =
∆q ma
⋅ 100
q mz
[%]
gdzie:
qma - wynik pomiaru strumienia masy dla anemometru kg/s
qmz - wynik pomiaru strumienia masy dla zw ki kg/s
Obliczone bł dy pozwol oceni nie tylko dokładno danej metody pomiarowej ale
równie dokładno z jak udało Ci si pomierzy wielko ci pr dko ci i ci nienia.
Stanowi w pewnym stopniu element kontrolny nie tylko dla pomiarów ale równie
dla oblicze . Mo esz równie oceni czy zastosowane metody pomiarowe maj
swoje uzasadnienie w danym przypadku oraz jakie by zastosował w innych
sytuacjach.
WYKAZ LITERATURY
1. Praca zbiorowa pod redakcj Cz. Graczyka: Laboratorium miernictwa cieplnego,
Skrypty uczelniane Nr 801, Politechnika l ska, Gliwice 1981.
2. Polska norma PN-93/M-53950/01, Pomiar strumienia masy i strumienia
obj to ci płynów za pomoc zw ek pomiarowych.
3. Praca zbiorowa: Pomiary cieplne, WNT, Warszawa 1993.
18