Měření proudu plynu Q = 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 □ S 2/45 Plynová byreta Obr. 5.94 Jednoduché zařízení na měření a přípravu určitého proudu plynu ľ - zásobník; l" - trubice; 2 - k nádobě s kapalinou; 3 - kohouty; 4 - vpouštěcí kohouty; 5 - k vakuové aparatuře J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 Vakuová fyzika 2 3/45 Obr. 7-43a. Měření proudu plynu vpouštěného do vakuového systému. B — byreta V2 — kohout h — posun výšky hladiny P — zásobní objem plynu M — manometr VS— vakuový systém. Vx — vpouŠtěcí kohout L. Pátý: Fyzika nízkých tlaků, Academia, Praha 1968 Vakuová fyzika 2 4/45 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. J.KrákCvičení z vakuové techniky, ČVUT Praha 1996 □ t3 Obr. 7-43b. Měření objemu plynu cirkulující kapkou P — vpouštěný plyn VS — vakuový systém, do nějž se vpoušti plyn. L. Pátý: Fyzika nízkých tlaků, Academia, Praha 1968 i □ i < t3 i Měření pomocí vodivosti Q = C(pi - P2) J k výveve Obr. 5.95. Vakuové zařízení pro měřeni proudu plynu 1,2 - vakuometry; G — trubice se známou vodivostí J. Groszkowski: Technika vysokého vakua, SNTL, Praha 1981 s1 Vakuová fyzika 2 Obr. 7-45. Měření proudu plynu vpouštěného do vakuového systému (metoda dle Trendelen-burga a Hengevosse) M j, M 2 — manometry Ví — vpouštěcí ventil Ví, V% — ventily M V — elektromagnetický ventil OMV — elektronický obvod ovládající M V podle údaje Mx PS — pomocný vakuový systém ZS — zásobní systém D V — difúzni výveva RV — rotační vývěva P — zásobní plyn VS — vakuový systém, do nějž se vpouští plyn. L. Pátý: Fyzika nízkých tlaků, Academia, Praha 1968 Vakuová fyzika 2 8/45 ť Q = c(pi - p2)- t - celkový čas, ť - doba otevření ventilu Tlak v pomocném vakuovém systému: ^ 1 - 2 x 10~7 hPa Vakuová fyzika 2 9/45 Měření na základě silového působení ////// Fyzika nízkých tlaků, Academia, Praha 1968 (Pi - P2)tH2 = TT , 2 7ľ L-nm(va + u) - -nm(va - u F = 7ľ o 4u o /27ľm 2 -nm4vaU7rr2 = p—7rr2 = puW -r^r^ľ2 8 va V kT u = Q 7rr^p F = 27rm / r 2 Q □ S1 Dynamická expanze - Elektromotory ř Délková stupnica MKS SRG-2CE Hlavní turbomolekulární vývěva Předčerpávací vývěva Vývěva pro snížení tlaku v silech na potřebnou hodnotu Zdroj tlaku v silech Klenovsky, Bakalářská práce, Brno 2006 □ t3 Vakuová fyzika 2 P.KIenovsky, Bakalářská práce, Brno 2006 Vakuová fyzika 2 13 / 45 Etalon na principu dynamické expanze rozsah 1 x 10 1 — 10 b Pa chyba měření 0, 6% — i-6 o 1 1 Pref = Q ( g + £ Q = P Vi - y2 Vakuová fyzika 2 14 / 45 Průtokoměry • plováčkové průtokoměry • turbínové průtokoměry • ultrazvukové průtokoměry • průtokoměry založené na Coriolisově síle • průtokoměry založené na tlakové diferenci • průtokoměry tepelné Re = gnD V Re<2000 laminárníproudění 2000100 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 S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měřeni průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 □ ► < s ► < 1 ► < 1 ► 1 0 0,0 Vakuová fyzika 2 Plováčkové průtokoměry S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 20 / 45 A ( + Pi ) + v§2 = AP2 + Vg£2 qv = CdA2W^(^-l) =/(A2) A2 - plocha mezi plovákem a trubicí, Q2 - hustota plováku, C ztrát - pro turbulentní proudění přibližně konstantní □ - Turbínové průtokoměry senzor průchodu lopatek -frekvence impulzů úměrná průtoku rotor turbíny - úhlová rychlost úměrná průtoku S.Dado, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 □ S1 Vakuová fyzika 2 Ultrazvukové průtokoměry v,,p, v2,p2 a) v,, p, R v2,p2 W /////77T7 v >> v \ >>>>>>> R b) Obr. 10.1 Ultrazvukové senzory průtoku: a) princip, Vp V2 je označení pro vysílací a P]f P2 přijímací funkci měniče, b) prodloužení dráhy šířeni ultrazvukového vlnění reflektory R S.Dado, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 □ ŕJ1 23 / 45 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 □ S - 1 'OQvO 24 / 45 Průtokoměry založené na Coriolisově sile L S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měřeni průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 □ i3 25 / 45 S.Ďacľo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 26 / 45 amplituda kmitů 0,8 mm, rezonanční kmitočet 100-250 Hz S.Daďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha nulový průtok _t£» Tf nulový průtok průtok S.Ďaďo, L.Bejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 v = O Fc = -2m.v.čb m = částice co = úhlová rychlost v = radiální rychlost Fc = Coriolisova síla co = úhlová rychlost Fc = Coriolisova síla Acp = fázový posuv A, B = senzory t = čas A(p = Fr - m amplituda kmitů 0,1 um, rezonanční kmitočet 500-700 Hz S.Ďaďo, L.Bejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 trubice ve tvaru dvojité smyčky Obr. 12.14 Mikromechanicky zhotovený Coriolisův průtokoměr max. průtok 5 ml.h-1, frekvence kmitů 8 kHz, vstupní otvor 0,5 mm S.Daďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 30 / 45 Průtokoměry založené na tlakové diferenci f(VSp) o, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 í vtokplynu 3= membrána P V proud plynu J p. dielektrikum elektroda S.Ďaďo, L.Bejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 □ S 32 / 45 laminární proudění, qv = f(p) S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 33 / 45 Venturiho trubice Klasická Venturiho trubice ([4-12]) S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 34 / 45 rermoanemometr T média P topení R senzoru R topení konstantní rozdíl teplot S.Daďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 35 / 45 Kalorimetrický hmotnostní průtokoměr v— A ■i—-—•-1— T '2é i L/2 0 L/2 S.Ďaďo, L.Bejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 36 / 45 Diferenční termoanemometr S.Ďacľo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 37 / 45 Indikace teplotního a) b) S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 38 / 45 S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 39 / 45 Snímač průtoku na Si čipu 2 x- 6 mm [15-12] S.Ďacľo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 průtok 2 - 500 ml.h-1, přesnost měření 2%, příkon vyhřívání 5-50 mW, reakční doba < 2 ms Vakuová fyzika 2 40 / 45 Deformační průtokoměry Zásuvný deformační průtokoměr ([9-2]) S.Ďacľo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 41 / 45 Pružinový průtokoměr s direktivní pružinou a mechanickým převodem polohy na ukazatel ([6-5J) S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Vakuová fyzika 2 □ <3 42 / 45 Pitotova trubice Princip Pitotovy trubice S.Ďaďo, LBejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny Ben, Praha 2005 Prandtlova trubice ^otvory rovnoměrně ^rozmístěné po obvodu bod stagnace 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]) S.Ďaďo, L.Bejček, A. Platil: Měření průtoku a výšky hladiny, Ben, Praha 2005 Jednotky slm (standard liter per minuté) 0 °C 1 atm ls/min (liter standard per minuté) 20 °C 1 atm