Měřeni tlaku Rozdělení měřících metod • Měření celkových tlaků • Měření parciálních tlaků F4160 1 / 32 • Absolutní metody - hodnota tlaku je určena přímo z údaje měřícího přístroje, nebo výpočtem plynoucím z principu přístroje -ve vztahu nesmí vystupovat charakteristiky meřeneho plynu, ale jenom charakteristiky přístroje • Nepříme metody - tlak se určuje pomocí nektere veličiny, ktera zavisí na tlaku, ale i na vlastnostech meřeneho plynu - vypočtení uídaj zíavisí na druhu plynu Rozdelení manometru (technicke provedení) • Aktivní merky - elektronika je součastí merky, vystup definovane električke napetí v závislosti na tlaku • Aktivní-digitalní merky - RS232, RS485, USB, ... • Neaktivní merky - elektronika není součastí merky připojuje se pomocí kabelu () F4160 2 / 32 Charakteristika měřících metod • Měřící obor - rozsah tlaků, v kterěm je možně metodu použít • Citlivost - pomer zmeny údaje prístroje ke zmene tlaku • Vliv merícího prístroje - na hodnotu tlaku a na složení plynů v merenem objemu • Presnost merení - chyba merení • Setrvacnost ídaje prístroje - rychlost reakce prístroje na zmenu tlaku F4160 3 / 32 Meření celkových tlaků Kapalinove manometry Nejjednodůšší metodou je ůřcení tlaků podle definice tlaků p = S Otevření U-manometř Jedno řameno je připojeno k sýstemů, v nemZ meříme tlak p, dřůhe řameno je spojeno se sýstemem, v nemZ tlak zníme p', řozdíl Ap = p — p' je ůřcen řozdílem vísek hladin přacovní kapaliny Ap = hgg. Výsledkem meření je tedý ídaj řozdíloveho - difeřencialního tlaků. Nejcasteji poůzívane kapaliný jsoů Hg a olej. F4160 4 / 32 Uzavřený U-manometr Je vhodnejší pro meření nízkých tlaků. Jedna trubice je uzavřena, druha je spojena š meřeným sýstemem. Meřený tlak p = hgg. Pokud je pracovní kapalina Hg pak h udíva přímo meřený tlak v [tořř]. Nejnizší meřitelný tlak je dýn minimalním rozdílem hladin, který muzeme odecíšt. F4160 5 / 32 Používají se různá pomocná zařízení pro odečet: • zatavený drát, jehož odpor se mení s výškou hladiny Hg • meření kapacity mezi sloupcem Hg a vnejší vodivou vrstvou na povrchu trubice • opticke metody (mikroskop, plovak se zrcatkem) F4160 6 / 32 Šikmý uzavřený U-manometr Zvětšuje citlivost meření. h = hh sina citlivost se zvětší o -J— sina Pokud použijeme jinou kapalinu nez Hg, nejCastěji olej pak p = h\torr\. □ gi - - * -o F4160 7 / 32 U vsech techto manometru je dulezite, aby hustota kapaliny v obou ramenech byla stejní, aby byla teplota v obou ramenech stejní. Pri odecítaní vysky je treba brat strední vísku menisku kapaliny (prumer trubic). Zavisí i na elektrickych nabojích na trubicích. Ruzní tvar menisku muze byt zpusoben tím, jestli se kapalina do konecne polohy dostala stoupíním nebo klesaním. U olejovych manometru je nutne brít do uvahy zpozdení. Dolní hranice mereních tlaku je ~ 10-1 Pa. Horní hranice merenych tlaku je ~ 105 Pa. Vyhody: jednoducha konstrukce Nevyhody: pary pracovní kapaliny () F4160 8 / 32 F4160 9 / 32 □ s - F4160 10 / 32 Kompresní manometry Přesnější a výhodnější, než zpřesňování měření U-trubic, je metoda komprese plynu. Princip: Plyn o meřenem tlaku Px zaujímý objem Vi. Po stlačení na menší objem V2 vzroste jeho tlak na P2. Platí PxVi = P2V2 == Px = ||P2. PřiCemž stupeň komprese K = tt- lze přímo zmeřit. □ &i - F4160 11 / 32 Kompřese plýnů se přovídí pomocí Hg, V okamziků, kdý zvedaní řtůt' přojde řovinoů X1, ůzavře objem baňký a kapilířý, kde je tlak P\. Při dalsím zvedaní hladiný působí Hg jako píst a stlacůje vzdůch az do kompřesní kapilařý - hladina X2. Přitom hladina Hg ve sřovnívací kapilaře je v řovine X3. Oznacme objem nezaplnene kapilařý V2 a tlak v tomto objemů P2. P2 = Pi + H [torr] Oznacme V1 objem baňký a kapilařý. V2 = 1vrd2h kde d je přůmeř kapilířý, h je řozdíl řovin X4,X2 □ &> - F4160 13 / 32 V2 \nd2h Pi = — P2 =--P2 = =IV2 h(pi+h > K = IVti je konstanta manometru Pi = Kh(Pi + H) 1 - Kh pro Kh Pi = Kh2 [torr] Manometr merí tím nizsí tlaky čím mensí je konstanta K == čím je objem baňky vetsí a prumer kapilíry mensí. () □ &i - F4160 15 / 32 Minimální prumer kapilarý je 0.7 mm, při menších prUmerech potíže s pohybem Hg. Objem bašký nelze libovolne zvetšit - velka hmotnost Hg. Kompresním manometrem nelze merit tlak par kondenzujících za podmínek, pri kterých se merení provídí. Dolní hranice mereních tlaku je ~ 10-4 Pa. Horní hranice merených tlaku je ~ 102 Pa. Merící rozsah 3-4 radý. Výhodý: jednoducha konstrukce, absolutní merení, kalibrace ostatních manometru Nevýhodý: pírý pracovní kapaliný, nemerí spojite □ &> - F4160 16 / 32 () F4160 1Q f 32 Mechanické manometry V mechanických (deformačních) manometrech se tlak určuje z deformace pruzneho elementu. • Membranove manometry - vlivem tlaku se deformuje membrana -deformace se prenasí na mechanicky ukazatel, na jedne strane membrýany etalonovýy tlak • Trubickove manometry • Vlnovcove manometry Pouze mechanika, bez elektroniky, bez napajení. Merí tlak v rozsahu 133 — 105 Pa □ s - F4160 21 / 32 O F4160 22 f 32 □ s - F4160 23 / 32 Kapacitní manometr X \ \ \ 0 1 / / 31 ~ F4160 24 / 32 Princip: deformace membráný a meření její kapacitý Dolní hranice meřeních tlaku je ~ 10-3 Pa. Horní hranice meřených tlaku je ~ 105 Pa. Meřící rozšah nejcašteji 4 radý. Výhodý: absolutní meření, kalibrace ostatních manometru, velka přesnost, chýba meření < 1% Nevýhodý: nutnost kalibrovat nulu F4160 25 / 32 Piezo-manometr □ s - F4160 26 / 32 Princip: deformace membrany s piezo-prvkem Dolní hranice mereních tlaku je ~ 101 Pa. Horní hranice merenych tlaku je ~ 105 Pa. Vyhody: absolutní merení, kalibrace ostatních manometru, velka presnost, chyba merení < 1% Nevyhody: malí merící rozsah () F4160 27 / 32 Molekulární manometry Dopadají-li molekuly plynu o teplote T1 a se strední aritmetickou rychlostí va1 na stenu o teplote Ti, působí na stenu tlakem P. 1 V =4 nva ; P 1 2 Ve -mGnve ; — 3 va 3n 8 P 1 2 nvmGvai Pritom polovina tlaku je vyvolana od dopadajících molekul a polovina od odražených molekul. Pokud bude teplota steny T2 ruzní od teploty plynu Ti, pak bude strední aritmeticka rychlost odraženích molekul va2 ruzní od puvodní rychlosti va1. Proto aniž se zmení koncentrace molekul zmení se hodnota tlaku pusobící na stenu. 1 1 nvmGvai + 4 nvmGva2 => P 4 □ &i - F4160 28 / 32 4 V Val/ 2 V Val/ Ti = T2 == P' = P Ti < T2 == P' > P Toho muzeme výuzít pro meření tlaku. Dve deský vzdalene od sebe o d 1 - teplota Tl - pohýblivaí 2 - teplota T2 - nepohýblivaí T2 > Ti ; A > d ,/ ™ 1^ A , Va2 \ „ 1„/ /T2 ap = p - p = - p f 1 + m) _ p = 1 p f /Ž2 -1) == 2 v W 2 ^v Ti y == p = 2AP VT2 _ V T1 29 / 32 () F4160 Odvození platí pro akomodační koeficienty rovny 1. Akomodační koeficient zavisí na druhu plynu, proto tento manometr není absolutní. Dolní hranice meřícího rozsahu je určena velikostí tlaku zaření zahříte destičky. Horní hranice je dína podmínkou X ~ d. Dolní hranice mereních tlaku je ~ 10-5 Pa. Horní hranice meřenych tlaku je ~ 101 Pa. () □ s - F4160 30 / 32 Tab. 2.9, Akomodační koeficient (při teplotě asi 300 K) Kov Plyn Hc Nc Ar H, N2 o2 W odplyněný (a poté s vrstvou adsorbovaného plynu) 0.02 (0.5) 0.06 (0.74) (0.8) pokrytý vrstvou plynu 0.35 0,35 0.9 0,9 Ni pokrytý vrstvou plynu 0.4 0.8 0.95 0.3 0.8 0,85 Pt leštěná neleštěná černěná 0,35 0,3 0.7 0.8 0,85 0,85 0,95 Fe pokryté vrstvou Hz plynu °* 0.1 0.27 0.44 sklo neodplyněné 0,35 0,7 0,3 0,8 0.8 □ 3 - = 1 O^cv F4160 32 / 32