Měření proudu plynu i = pS • měření malých proudů plynu v vakuové technice • průtokoměry Výběr průtokoměru: • přesnost • reprodukovatelnost • měřící rozsah Měření malých proudů plynu v vakuové technice • plynová byreta • měření pomocí kapky Hg • měření pomocí vodivosti • měření na základě silového působení • dynamická expanze Vakuová fyzika 2 2/44 Plynová byreta T V 7" \ i |2 Obr. 5.94. Jednoduché zařízení na měření a přípravu určitého proudu plynu ľ — zásobník; 1" — trubice; 2 — k nádobě s kapalinou; J - kohouty; 4 - vpouštěcí kohouty; 5 — k vakuové aparatuře J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 3/44 v1 v2 Obr. 7-43a. Měření proudu plynu vpouštěného do vakuového systému. B — byreta V% — kohout h — posun výšky hladiny P — zásobní objem plynu M — manometr VS— vakuový systém. Vx — vpouštěcí kohout 2__ 2L. Pátý: Fyzika nízkých tlaků, Academia, Praha 1968 □ 4/44 Vakuová fyzika 2 Obr. 13: Plynová mikrobyreta: M - měrná kapilára s dělením podle objemu; Z - zásobník kapaliny; 0 - ochranná nádobka; K - kohout (pro vyrovnání tlaků), P - přívod plynu; JV - jehlový ventil pro řízené napouštění plynu do vakua. 3 J.KrákCvičení z vakuové techniky, ČVUT Praha 1996 □ vs Obr, 7-43b. Měření objemu plynu cirkulující kapkou P — vpouštěný plyn V S — vakuový systém, do nějž se vpouští plyn. 4__ 4L. Pátý: Fyzika nízkých tlaků, Academia, Praha 1968 □ l ► i -o^o 6/44 Vakuová fyzika 2 Měření pomocí vodivosti J Obr. 5.95. Vakuové zařízení pro měření proudu plynu 1,2 — vakuometry; G — trubice se známou vodivostí _I_= G(pi - p2) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 19SŠ ■ Vakuová fyzika 2 7/44 Obr. 7-45. Měření proudu plynu vpouštěného do vakuového systému (metoda dle Trendelen burga a Hengevosse) M,, Ma — manometry V-i — vpouštěcí ventil Vt, Vs — ventily MV — elektromagnetický ventil OMV — elektronický obvod ovládající MV podle údaje Afx PS — pomocný vakuový systém ZS — zásobní systém D V — difúzni výveva R V — rotační vývěva P — zásobní plyn VS — vakuový systém, do nějž se vpouští plyn. 6_ 6L. Pátý: Fyzika nízkých tlaků, Academia, Praha 1968 □ Vakuová fyzika 2 8/44 ť I = G(pi -P2)- t - celkový čas, ť - doba otevření ventilu. Tlak v pomocném vakuovém systému: ~ 1 — 2.10-7 torr. Vakuová fyzika 2 9/44 Měření na základě silového působení ////// 7_ 7L. Pátý: Fyzika nízkých tlaků, Academia, Praha 1968< □ i p2)7Tl| = TT .2 7ľ L-nm(va + u) - -nm(va - u TT 2 4u „2 2 TT in —nm4vaU7rr9 = p—7rr9 = pu- , , _ 8 2 va 2 P V kT I u = 7rr^p F = 27rm / r 2 I Dynamická expanze 8 8 P.KIenovsky, Bakalárska práce, Brno 2006 Vakuová fyzika 2 12 / 44 P.KIenovsky, Bakalářská práce, Brno 2006 Vakuová fyzika 2 13 / 44 Etalon na principu dynamické expanze rozsah 1.10-1 - 10"b Pa chyba měření 0.6% - 2% ,-6 T , 1 1 Pref = 1 I g G I = p Vi - v2 ti — Í2 Vakuová fyzika 2 14 / 44 Průtokoměry plováčkové průtokoměry turbínové průtokoměry ultrazvukové průtokoměry průtokoměry založené na Coriolisově síle průtokoměry založené na tlakové diferenci průtokoměry tepelné S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 16 / 44 Vakuová fyzika 2 laminární přechod H* 'ď4 I ! ^ I turbulentní Li laminární i- podvrstva 11 S.Ďaďo, L.Bejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladinyaBen, -Prah* 200i Vakuová fyzika 2 17 / 44 Princip průtokoměru Tekutina (K, P, Pa) Přesnost (typická hodnota) Clona K, P, Pa 0,6-2 % z rozsahu Venturiho trubice K,P 0,6-2 % z rozsahu Rotametr K,P 2 % z rozsahu Terčík K,P < 0,1-1 % z údaje Turbina K, P, Pa 0,1-2% z údaje Vírový K, P, Pa 0,5-1 % z údaje Elektromagnetický K 0,2-1 % z údaje Ultrazvukový (Doppler) K, P 1 % z údaje - 2 % z rozsahu Ultrazvukový (klasický) K, P, Pa 0,5 % z údaje - 2 % z rozsahu Cortolisův K, P, Pa 0,1-0,5 % z rozsahu Tepelný K, P, Pa 0,5 % z údaje - 2 % z rozsahu Vážící systémy K, pevné látky 0,1 % z údaje LDA K, P, Pa 1 % z údaje Značkovací K, P, Pa 1-2 % z údaje Přepady (otevřené kanály) K 3-5 % z údaje Žlaby (otevřené kanály) K 3-5 % z údaje 12 12 S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladinyaBen, -Prah* 200!i Vakuová fyzika 2 18 / 44 Princip průtokoměru Opakovatelnost Rozsah Min. hodnota Reynoldsova Čísla Clona 0,5 % z údaje 3-10:1 3000 Venturiho trubice 0,5 % z údaje 4-10:1 10000 Rotametr 1 % z údaje 10:1 - Terčík 0,02 % z údaje 50:1 >100 Turbina 0,02 % z údaje 25:1 5000 Vírový 0,2 % z údaje 15:1 5000 Elektromagnetický 0,1 % z údaje >100:1 2000 Ultrazvukový (Doppler) 0,5 % z údaje >20:1 5000 Ultrazvukový (klasický) 0,25 % z údaje >20:1 10000 Coriolisův 0,02 % z údaje >100:1 1000 Tepelný 0,5 % z údaje >100:1 5000 Vážící systémy 0,01 % z údaje 50:1 >100 LDA 0,02 % z údaje 2000:1 >100 Značkovací 1 % z údaje 1000:1 5000 Přepady (otevřené kanály) 1-2 % z údaje 400:1 - Žlaby (otevřené kanály) 1-2 % z údaje 120:1 - Korelace 0,5 % z údaje 100:1 5000 13 13S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 200j ^q,q Vakuová fyzika 2 19 / 44 Plováčkové průtokoměry 14 14S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Prahap=200^ Vakuová fyzika 2 20 / 44 A + Pl ) + Vg^ = Ap2 + VgQ2 qv = CdA21/^í--l) =^2) A A2 - plocha mezi plovákem a trubicí, Q2 - hustota plováku, Cd - koeficient ztrát - pro turbulentní proudění přibližně konstantní Vakuová fyzika 2 21 / 44 Turbínové průtokoměry senzor průchodu lopatek -frekvence impulzů úměrná průtoku rotor turbíny - úhlová rychlost úměrná průtoku 15 15S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Prahap=200^ Vakuová fyzika 2 22 / 44 Ultrazvukové průtokoměry Obr. 10A Ultrazvukové senzory průtoku: a) princip, V]t V2 je označení pro vysílací a Pv P2 přijímací funkci měniče, b) prodloužení dráhy šířeni ultrazvukového vlnění reflektory R 16 S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladinyaBen, -Prah* 200^ Vakuová fyzika 2 23 / 44 Změna rychlosti nebo frekvence ultrazvukového vlnění průchodem kapalinou. frekvence 500 kHz - 1 M Hz spíše se používají pro měření kapalin, i kryokapalin (tekutý argon, dusík, helium) Vakuová fyzika 2 24 / 44 Průtokoměry založené na Coriolisově sile S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 25 / 44 18 18S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Prahap=200^ Vakuová fyzika 2 26 / 44 amplituda kmitů 0.8 mm, rezonanční kmitočet 100-250 Hz 19 S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladinyaBen, -Prah* 200^ Vakuová fyzika 2 27 / 44 LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hlad iny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 28 / 44 v = 0 Fc = -2m.v.cb m = částice co = úhlová rychlost v = radiální rychlost Fc = Coriolisova síla co = úhlová rychlost Fc = Coriolisova síla A(p = fázový posuv A, B = senzory t = čas Acp = Fc - m amplituda kmitů O.lfím, rezonanční kmitočet 500-700 Hz 21 S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měřeni průtoku a výšky hladinyaBen, Prah*200& ^ Vakuová fyzika 2 29 / 44 trubice ve tvaru dvojité smyčky Obr, 12.14 Mikromechanicky zhotovený Coriolisův průtokoměr max. průtok 5 ml.h , frekvence kmitů 8 kHz, vstupní otvor 0.5 mm 22 S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladinyaBen, -Prah* 200^ Vakuová fyzika 2 30 / 44 Průtokoměry založené na tlakové diferenci qv = f(v^) 23 S.Ďaďo, L.Bejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 vtokplynu i P++SÍ n u proud plynu-1 P ľ dielektrikum elektroda 24 S.Ďaďo, L.Bejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 32 / 44 Vakuová fyzika 2 laminární proudění, qv = f(p) 25 25 S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladinyaBen, -Prah* 200^ Vakuová fyzika 2 33 / 44 Venturiho trubice Klasická Venturiho trubice ([4-12]) 26 S.Ďaďo, L.Bejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladinyaBen, -Prah* 200i Vakuová fyzika 2 34 / 44 rermoanemometr T média 4 m UJJJJ R senzoru AT P topení t WJ R topení konstantní rozdíl teplot 27 27 S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 35 / 44 Kalorimetrický hmotnostní průtokoměr 28 28S.Ďacľo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 36 / 44 S.Ďacľo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladinyaBen,-Prah* 200!i Vakuová fyzika 2 37 / 44 Indikace teplotního rozdílu Hodnota průtoku Topení a) V 30 S.Dado, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 38 / 44 31 31S.Ďacľo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 39 / 44 Snímač průtoku na Si čipu 2*6 mm [15-12] 32 průtok 2 - 500 ml.h-1, přesnost měření 2%, příkon vyhřívání 5-50 mW, reakční doba < 2 ms S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladinyrgBen, -Prah* 200^ Vakuová fyzika 2 40 / 44 Deformační průtokoměry S.Ďaďo, L.Bejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladinyaBen, -Prah* 200i Vakuová fyzika 2 41 / 44 Pružinový průtokoměr s direktivní pružinou a mechanickým převodem polohy na ukazatel ([6-5]) 34 S.Ďacľo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladinyaBen, -Prah* 200^ Vakuová fyzika 2 42 / 44 Pitotova trubice /■U J- ////// Princip Pilotovy trubice 35 35 S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny,gBen, -Prah* 200^ Vakuová fyzika 2 43 / 44 Prandtlova trubice bod stagnace otvory rovnoměrně íozmístěné po obvodu statický tlak celkový tlak průtok vzduchu nosník trubice manometr se skloněným ramenem Pt celkový tlak Ps statický tlak Prandtlova trubice tvaru L připojená k diferenčnímu manometru měřicímu rozdíl celkového tlaku pt a statického tlaku ps ([5-6]) 36 36 S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladinyaBen, -Prah* 200!i Vakuová fyzika 2 44 / 44