Mérés előkészítő óra I.

Mérés előkészítő óra I.

Áramlástan Tanszék

2010.

Balczó Márton [email protected]

Istók Balázs [email protected]

Dr. Lohász Máté Márton [email protected]

Nagy László [email protected]

Dr. Régert Tamás [email protected]

Dr .Suda Jenő Miklós [email protected]

Dr .Szente Viktor [email protected]

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Áramlástan c. tantárgy

2.Méréselőkészítő2009.tavasz

Általános ismertetés• A tanszéki weblap: www.ara.bme.hu email:

[email protected]

• www.ara.bme.hu/oktatas/tantargy/NEPTUN/BMEGEATAT01/2010-2011-I

• Honlap:„Mérés regisztráció” labor kurzusra feljelentkezés, kurzus váltás

• A hallgatói információcsere: honlap: „POSEIDON” rendszer

• segédanyagok, zh pontszámok, minta jk és prezentáció, pontok, …

• A méréselőkészítő anyagokból mérések előtt és az 1. zh-n kérdés!

• Menetrend:

• 3 előkészítő (6 hét) + 2 mérés (4 hét) + prezentáció, pótmérés (4 hét)

• A jegyzőkönyv leadása a mérés után legfeljebb 1 hét!. Az oktató 2 nap alatt átnézi, válaszol. A hallgatók a személyes konzultáción megbeszélik a lehetséges hibákat, javasolt változtatásokat. Max. +1 hét javításra.

• Lajos T.: Az áramlástan alapjai, 6. fejezet: Áramlástani mérésekc. fejezet

2004 2009

http://www.ara.bme.hu/


A nyomás mérése

• U-csöves manométer

• Betz-rendszerű manométer

• ferdecsöves mikromanométer

• görbecsöves mikromanométer

• digitális kézi nyomásmérő műszer (EMB-001 típ.)


A nyomás mérése / U-csöves manométerrel I.

• Csőáramlás

• Pillangószelep

• Körvezetéken átlagoljuk a nyomást

H

> g

pB pJ

B Jp p

1 2 ( )ny ny mp gH p g H h g h

A manométer egyensúly egyenlete:

1 2 ( )m nyp p g h

ny <<m

(pl. levegő közeg – víz mérőfolyadék)

Egyébként

(pl. víz közeg – higany mérőfolyadék)

mp g h

( )m nyp g h

Vegyük észre, hogy

( )p f H


A nyomás mérése / U-csöves manométerrel II.

A mérőfolyadékok sűrűsége mf

(irányszámok)

A manométer egyensúly egyenlete

A nyomásközvetítő közeg sűrűsége: ny (pl. levegő)

31000víz

kgm

3840alkohol

kgm

313600higany

kgm

plevegő - légköri nyomás [Pa] ~105Pa

R - a levegő specifikus gázállandója 287[J/kg/K]

T - légköri hőmérséklet [K] ~293K=20°C

( )m nyp g h

3191

mkg

,RT

p

levegő

levegőlevegő


A nyomás mérése / U-csöves manométerrel III.

Pl. a leolvasott érték:

A pontossága ~1mm: Az abszolút hibája:

A helyes érték felírása az abszolút hibával(!)

A relatív hibája:

10 1h mm mm

10h mm

1h mm

Hátrányai:

• Leolvasási hiba (kétszer olvassuk le)

• Pontossága ~1mm

• Kis nyomáskülönbségeknél nagy a relatív hiba

Előnye:

• Megbízható

• Nem igényel karbantartást

%,mmmm

hh

1010101


A nyomás mérése / fordított U-csöves manométer II.


Mivel általában folyadékkal (pl. víz) töltött vezetékekben mérjük a nyomáskülönbséget fordított U-csöves mikromanométerrel, így ha a „mérőfolyadék” ebben az esetben pl. levegő, akkor a sűrűségviszony (1.2/1000) miatt a -l elhagyható.


A nyomás mérése / Betz-rendszerű mikromanométer

A relatív hiba csökkentése optikai eszközökkel, így a pontosság növelhető.

10 0,1h mm mm A pontossága ~0,1mm: Az abszolút hibája:

A relatív hibája:%101,0

10

1.0

mm

mm

h

h


A nyomás mérése / ferdecsöves mikromanométer

Döntési szög függő - f() - változó relatív hiba jellemzi.


1 2 mp p g h

sinh L

Pontosság: L~1mm,

Relatív hiba:

%,

sinmmmm

sinhL

LL

5050

30101


A nyomás mérése / görbecsöves mikromanométer

Állandó relatív hiba és nem lineáris skála jellemzi.


A nyomás mérése / EMB-001 digitális nyomásmérő

Mérés során használandó gombok listájaBe/kikapcsolása Zöld gombbalGyári kalibráció visszaállítása „0” majd a „STR Nr” (javasolt)Mérési csatornák váltása „CH I/II”0 Pa beállítása „0 Pa”Átlagolási idő váltása (1/3/15s) „Fast/Slow” (F/M/S)

A mérési tartomány:

2p Pa

1250p Pa

A mérési hiba:


Sebességmérés

• Pitot-cső

• Prandtl-cső


Sebességmérés / Pitot-cső

Pitot, Henri (1695-1771), francia mérnök.

2

2d ö stp p p v

A dinamikus nyomás meghatározása:

A sebesség meghatározása:

2 2dv p p


Sebességmérés / Prandtl -cső

Prandtl, Ludwig von (1875-1953), német áramlástani kutató.


Térfogatáram-mérés

• Térfogatáram definíció

• Pontonkénti sebességmérésen alapuló módszer

• Nem kör keresztmetszetű vezetékek

• Kör keresztmetszetű vezetékek

• 10-pont módszer

• 6-pont módszer

• Szűkítőelemes módszer

• Venturi-cső (vízszintes/ferde tengely)

• Átfolyó mérőperem (átfolyási szám, iteráció)

• Beszívó mérőperem

• Beszívó tölcsér


Több mért sebességből átlagsebesség számítás

Nagyon fontos, hogy: átlagok gyöke ≠ gyökök átlaga (!)

Pl. Ha több pontban mérjük a dinamikus nyomást, majd abból sebességet

kívánunk számolni…2

i iv p

1. 2.

3. 4.

1 1

2v p

1 2 3 4 1 2 3 4

1

2 2 2 22

44

n

ii

p p p p p p p pv

vn

HELYESátlagolás

HELYTELEN

átlagolás


Térfogatáram-mérés / sebességmérésen alapulóNem kör keresztmetszetű vezeték

4

, ,1 1

,1 1 ,2 2 ,3 3 ,4 4

4

n

v v i m i ii iA

m m m m

q vdA q v A

v A v A v A v AAv

1 2 ... . i

AA A áll A

n

Feltéve, hogy:

1. 2.

3. 4.

2vq

3vq

1vq

4vq


Térfogatáram-mérés / sebességmérésen alapuló I.

Si/D= 0.026, 0.082, 0.146, 0.226, 0.342, 0.658, 0.774, 0.854, 0.918, 0.974

•A sebességprofil feltételezetten másodfokú parabola.•Állandó üzemállapot•Prandtl-csővel végzett dinamikusnyomás mérés.

Kör keresztmetszetű vezeték, 10pont (6pont) módszer


Térfogatáram-mérés / sebességmérésen alapuló II.

Si/D= 0.026, 0.082, 0.146, 0.226, 0.342, 0.658, 0.774, 0.854, 0.918, 0.974

A sebességmérésen alapuló térfogatáram-mérés előnye a szűkítőelemmel való méréssel szemben, hogy nem változtatja meg a mért berendezés üzemállapotát, illetve hogy a mérés egyszerű.

Hátránya, hogy a hiba viszonylag nagy lehet, a szűkítőelemeshez képest. Hosszú mérés, biztosítani az állandó üzemállapotot. (10pont x 1,5perc = 15 perc)

Kör keresztmetszetű vezeték, 10pont (6pont) módszer

1 2 ... .5A

A A áll

1 10 2 9 3 8 4 7 5 6

2 2 2 2 25

v v v v v v v v v v

v

Feltéve, hogy:


Térfogatáram-mérés / szűkítőelemes módszerVenturi-cső

p1 p2

m

ny

h

H

mq vA .m

kgq áll

s

2 21 1 2 22 2

p v p v

Bernoulli-egyenlet (=áll., U=áll.):

Vq vA 3

.V

mq áll

s

1 1 2 2Vq v A v A

A1 A2

1 2A A 1 2v v

A p

1 4 4

1 1

2 2

2 2

1 1

m ny

ny ny

g h pv

d dd d


Térfogatáram-mérés / szűkítőelemes módszer

Szabványos szűkítés - nyomáskülönbség

= d/D átmérőviszony,d [m] legszűkebb keresztmetszet átmérőjeD [m] a szűkítést megelőző cső átmérőjeReD = vD/ a Reynolds-szám (alapképlet)v [m/s] átlagsebesség a D átmérőjű csőben[m2/s] kinematikai viszkozitásp1 [Pa] szűkítőelem előtt mért nyomásp2 [Pa] szűkítőelemben vagy utána mért nyomás kompresszibilitási tényező (()~1 a levegő esetén, a nyomásváltozás csekély) átfolyási szám, =(,ReD) (szabványos kialakítás!)

izentrópikus kitevő =p2/p1 nyomásviszony

Átfolyó mérőperem

2 24v

d pq

Vq vA


Térfogatáram-mérés / szűkítóelemes módszer

Nem szabványos szűkítés - nyomáskülönbség

Beszívó mérőperem (nem szabványos)

6,0

2

4

2

mpmp

v

pdq

beszbesz

v

pdkq

24

2


A mérési bizonytalanság meghatározása (hibaszámítás) I.

1. 2.

3. 4.

2p

3p

1p

4p

2 ii

pv

pRT

Pl. a térfogatáram bizonytalansága

41 2 3 4

1 2 3 41

2 2 2 2v i i

i

p RT p RT p RT p RTq v A A A A A

p p p p

1 1 2 2 3 3 4 4

12vq R T A p A p A p A p

p

Prandtl-csővel mért nyomások:p1 =486,2Pap2 =604,8Pap3 =512,4Pap4 =672,0Pa

A labor kondíciója:p =1010hPaT=22°C (293K)R=287 J/kg/K

, , ,vq f T p p állandók

A légköri nyomás mérési hibája a leolvasái hibája p=100PaA labor hőmérsékletének mérési hibája, T=1KA Prandtl-csöves nyomásmérés hibája (EMB-001) p=2Pa

0,1m2

3

0,3082sv

mq


A mérési bizonytalanság meghatározása (hibaszámítás) II.

1. 2.

3. 4.

2p

3p

1p

4p

Pl. a térfogatáram bizonytalansága

2

1

n

ii i

RR X

X

Általánosan abszolút hiba

p, T, p)

A térfogatáram abszolút hibája:

A térfogatáram relatív hibája:

A térfogatáram számeredménye:

pq

pq

vv 1

21

Tq

Tq

vv 1

21

ii,v

i

v

pq

pq

1

21

4

1

2

,

22

2

1

2

1

2

1

i i

iivvvV p

pq

T

Tq

p

pqq

%2,0001976,0 V

V

q

q

s

mqV

3

0616,03082,0


A honlapról letölthető anyagok

Anyagok:

• Méréselőkészítő óra anyaga (mereselok.pdf)

• Hibaszámítási segédlet (hibaszamitas.pdf)

• EMB-001 tip. digitális nyomásmérő leírása (EMB-001_Manual.pdf)

• Mérési segédletek: M01, M02, M03……M13 (M?.doc, M?.pdf, M?.html)

• Mérési jegyzőkönyv borítólap, minta jegyzőkönyv (mintameres_jk.doc)

• Mérési jegyzőkönyv tartalmi / formai követelményei (mereskov.pdf)

• Mérőperem számítási segédlet (meroperem.pdf)

• PowerPoint prezentáció segédlet, minta (neptunkod.ppt)

Mérés előkészítő óra I.

Documents