Student: ................................................. Lucrare de laborator nr.: 1

Grupa: .......................... Data: .......................

Metode şi aparate de măsurare a presiunii 1. DEFINIŢIE

• Presiunea = 2. CLASIFICARE

Presiunea: a) atmosferică =

b) relativă =

c) absolută =

Starea de vid =

Starea de suprapresiune = Starea de depresiune = Domeniul de variaţie a presiunii în aplicaţiile tehnice: 0 →10-9 bar vacuum extrem 10-9→10-6 bar vacuum tehnic 10-6→10-1 bar vacuum 10-1→10 bar presiuni în jurul celei atmosferice

10 →102 bar presiuni mijlocii 102 →104 bar suprapresiuni tehnice

> 104 bar presiuni foarte înalte

Fig.1. Clasificarea presiunilor

Unităţi de măsură - Conversia în Pa (N/m2):

1 bar 1 at 1 mmH2O (=1 kgf/m2)

1 mmHg (1 torr) 1 atm

105 9,81*104 9,81 750105

1,013*105 Pa (N/m2)

Principiul metodei de măsurare: 3. CLASIFICAREA APARATELOR DE MĂSURARE A PRESIUNII

I) Funcţie de valoarea presiunii măsurate de aparat:

- manometre şi micromanometre:

- vacuummetre şi microvacuummetre:

- manovacuummetre:

- barometre:

0 (vid)

patm

pm p=patm+pm

pvac

p=patm-pvac

suprapresiune

depresiune

p

II) Funcţie de destinaţie:

- aparate etalon:

- aparate model:

- aparate de lucru: III) Funcţie de principiul de funcţionare:

- aparate cu lichid:

- aparate cu element elastic:

- aparate electrice: 4. DESCRIEREA UNOR APARATE DE MĂSURARE A PRESIUNII

A) Aparate cu lichid

Principiul metodei:

Avantaje:

Lichide manometrice: A.1) Aparat cu tub în formă de U

- clasificare:

- mod de utilizare:

- calculul presiunii relative:

- limite de utilizare:

Fig.2. Aparat cu tub în formă de U

h 1

h 2

h tot

= h

1+h 2

patm p>patm

0

- calculul presiunii exprimate în [mmH2O] când aceasta se măsoară cu un alt lichid: A.2) Manometru cu rezervor şi tub vertical

- avantaje: - mod de utilizare: - calculul presiunii relative:

Fig.3. Aparat cu rezervor şi tub vertical A.3) Manometru cu rezervor şi tub înclinat

- avantaje: - mod de utilizare: - calculul presiunii relative:

Fig.4. Aparat cu rezervor şi tub înclinat A.4) Manometru diferenţial

- utilizare:

Fig.5. Manometru diferenţial

p>patm

patm

h2 0

h1 htot

s

S

S

p>patm

patm

htot h1

sl

0 α h2

htot

p2 p1

0

B) Aparate cu element elastic

Principiul metodei:

Avantaje:

Clasificare: a) aparate cu tub simplu curbat / spiral b) aparate cu membrană c)aparate cu formă de burduf (silfon)

b) c)

Fig.6. Aparate cu element elastic: cu membrană (b) şi cu formă de burduf (c)

1. membrană; 2. flanşă; 3. capac; 4. mecanism integrator; 5. ac indicator 6.scară gradată.

1. membrană; 2. flanşă superioară; 3. flanşă inferioară;4.tijă articulată.

L

2Re

r0

s2Ri

T

as0

α

p

pm pv

B.1) Aparat cu tub simplu curbat (Bourdon)

Fig.7. Aparate cu element elastic: cu tub Bourdon (a); 1 – racord rigid, 2 – tub Bourdon, 3 – dop etanş

- descriere şi mod de utilizare: - sensibilitatea aparatului = - limita maximă a scării manometrice:

C) Barometre

Fig.8. Barometre cu mercur

Barometru cu mercur Barometru cu cadran Barometru cu apă Goethe

pr pr

h patm

Fig.9. Barometre aneroide; 1 - element sensibil (capsulă elastică, numită aneroidă), 2 – suport, 3 - arc lamelar, 4 - pârghie, 5 - fir, 6 – ax, 7- ac indicator

- variaţia presiunii atmosferice cu altitudinea:

( ) TRgh

atmatmaerepp

−⋅= 0

D) Aparate electrice

- avantaje:

- principiul metodei: - clasificarea manometrelor: D.1) Manometre piezoelectrice

- principiul metodei:

Fig.10.Manometru piezoelectric

- domeniu de utilizare:

mmmmm ±±±±±

−

+

∆p

∆U

VERIFICAREA CUNOŞTINŢELOR:

1) Cu ce valoare a presiunii efectuaţi un calcul termodinamic dacă manometrul indică 2 bar, iar barometrul indică 757 mmHg?

2) Care este diferenţa între presiunea manometrică şi cea vacuummetrică? 3) Cu ce valoare a presiunii efectuaţi un calcul dacă vacuummetrul cu mercur arată o

denivelare de 740 mm iar barometrul indică presiunea atmosferică de 760 mmHg ? 4) Ce lichide se utilizează în aparatele cu tub U? 5) Care sunt limitele de utilizare ale aparatelor de sticlă cu tub U? 6) Cum se utilizează un manometru cu tub vertical ? 7) Schiţaţi un manometru cu tub vertical şi arătaţi cum se determină presiunea relativă. 8) Cum se utilizează un aparat manometru cu tub înclinat ? 9) Schiţaţi un manometru cu tub înclinat şi arătaţi cum se determină presiunea relativă. 10) Care principiul de funcţionare al manometrelor cu element elastic? 11) Enumeraţi tipurile de manometre cu element elastic pe care le cunoaşteţi şi indicaţi care

este domeniul de utilizare al acestui tip de aparate. 12) Pe ce principiu funcţionează un traductor piezoelectric ? 13) La ce se utilizează traductoarele piezoelectrice.

Student: ................................................. Lucrare de laborator nr. 2

Grupa: .......................... Data: .......................

Metode şi aparate de măsurare a temperaturii 1. DEFINIŢII

• Temperatura unui sistem =

• Stare de echilibru termic =

• Scară de temperatură = 2. SCĂRI DE TEMPERATURĂ

Clasificare: a) empirice:

b) termodinamică absolută:

c) internaţională practică -273,15

t [0C] T [K] T [0F] T [R]

100 373,15

0 273,15

0

212 671,67

32 491,67

-459,67 0

CELSIUS KELVIN FAHRENHEIT RANKINE

273,16 0,01 32,02 491,69

Punct de fierbere al apei*

Punct triplu al apei*

Punct de îngheţ al apei*

* la pN

0 460

Relaţii matematice între diferite scări de temperatură: 3. METODE DE MĂSURARE A TEMPERATURII

Clasificare în funcţie de poziţia corpului termometric faţă de sistemul studiat: I) metode de măsurare prin care corpul termometric este adus în contact direct cu

sistemul studiat; A) metode bazate pe dilatarea termică / variaţia presiunii corpurilor termometrice; B) metode bazate pe variaţia rezistenţei electrice a corpurilor cu temperatura; C) metode bazate pe efectul termoelectric; D) metode bazate pe schimbarea stării corpului termometric cu temperatura.

II) metode de măsurare de la distanţă. A) metode bazate pe măsurarea radiaţiei termice a unui corp; B) metode bazate pe schimbarea culorii corpurilor cenuşii; C) metode bazate pe măsurarea emisiunii electronice a corpurilor solide şi gazoase

prin observarea liniilor spectrale. 4. DESCRIEREA UNOR METODE ŞI APARATE DE MĂSURARE A

TEMPERATURII

I) Metode de măsurare a temperaturii prin care corpul termometric este adus în contact direct cu sistemul studiat

A) Metode bazate pe dilatarea termică/variaţia presiunii corpurilor termometrice cu temperatura

A.1 a) Termometre metalice cu dilatare

- metoda se bazează pe:

- descriere - domenii de utilizare:

Fig.1. Schema de principiu a unui termometru metalic cu dilatare A.1 b) Termometre bimetalice

- metoda se bazează pe:

Fig.2. Schema de principiu a unui termometru bimetalic

Fig.3. Schema de principiu a termostatării

- descriere - domenii de utilizare:

Şurub Contact

Conductori

Benzi metalice lipite

Postament

Oţel+25%Ni+ 5%Mo

α = 20·10-6 K-1

Invar (oţel+36%Ni)

6 1

Fig.4. Forme constructive: spirală plană (a); spirală elicoidală (b)

a) b) A.2) Termometre cu lichid

Fig.5. Schema de principiu a Fig.6. Alte tipuri constructive de unui termometru cu lichid termometre cu lichid

- metoda se bazează pe: - descriere: - domenii de utilizare:

Rezervor cu lichid

Scară gradată

Tub capilar

Baghetă din sticlă

- lichide utilizate şi limite de utilizare:

- montarea în instalaţii şi protejarea termometrelor tehnice

Fig.7. Montarea în instalaţii şi protejarea termometrelor tehnice A.3) Termometre manometrice - metoda se bazează pe: - descriere:

Limite de utilizare [0C] t [oC] (la pN) αv Lichid

inferioară superioară solidificare fierbere [K-1]x103

Hg −30 700 −38,86 356,7 0,18 Toluen −90 100 −95 110,8 1,07 Alcool metilic −97 63 −98 64,5 1,19

Alcool etilic −100 75 −117 78 1,03 Pentan −120 20 −130 36 1,52 Aliaj de Ga 0 1050 −23 1700 0,55

Termometru

Teacă protecţie

Ulei (t < 180°C) Pilitură Cu,Al,oţel (t > 180°C)

a) D

23

D

b)

αD

23

D

c)

Fig.8. Schema de principiu a unui termometru manometric A.3) a) Termometre manometrice cu lichid - lichide utilizate: - domenii de utilizare: A.3) b) Termometre manometrice cu gaze - gaze utilizate: - domenii de utilizare: A.3) c) Termometre manometrice cu vapori

- substanţe utilizate: - domenii de utilizare:

Rezervor Tub capilar

Aparat de măsură

Tub de legătură

B) Metode bazate pe variaţia rezistenţei electrice a corpurilor

B.1) Termometre cu rezistenţă electrică

Fig.9. Schema de principiu a unui termometru cu rezistenţă electrică 1 - teacă de protecţie 2 - suport izolant 3 - filament 4 - piuliţă de fixare a aparatului la locul de măsură 5 - cutie de borne 6 - fire pentru aparat de măsură

Fig.10. Termometrul cu rezistenţă electrică

- metoda se bazează pe:

- domenii de utilizare:

- metale utilizate şi limite de aplicabilitate:

Rezistenţă Grosime fir [mm]

Rezistivitatea ρ [Ωmm2/m]

Limite de măsură [°C]

Platină 0,05-0,07 0,1 −180→630 Cupru 0,1 0,017 −50→150

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Rt/R0 Fe

Ni

PtCu

100 200 300 400 500 600 700 °C

R1

R2

a b

Rr

Rt

G

0C

E + -

2t r

1

RR RR

=

- exemple de metode de măsurare a rezistenţei electrice:

a) metoda potenţiometrică

b) metoda punţii echilibrate cu reglaj manual

C) Metode bazate pe efectul termoelectric

C.1) Termocupluri (pirometre termoelectrice) - metoda se bazează pe:

Fig.11. Montarea mV pentru măsurarea tensiunii termoelectromotoare: a) la lipitura rece; b) la termoelectrod.

+ - E

Rr

RN

Rt

C

I

tt N

N

UR RU

=

mV

mV

a b

Con întreg

Con topit Con indicator

- metoda de menţinere a temperaturii sudurii reci (fig.12):

Fig.12. Menţinerea temperaturii sudurii reci

- materiale utilizate pentru cei doi electrozi:

D) Metode bazate pe schimbarea stării corpului termometric

D.1) Conuri SEGER şi Conuri ORTON

Indicativ t [oC] 022 586 017 747 012 861 07 984 01 1137 3 1168 7 1240

11 1315 14 1366

Fig.13. Conuri ORTON

A (+) B (-) Tmax (funcţ.cont.)

Tmax (funcţ.interm.)

Fe Constantan 600 ºC 800 ºC Ni NiCr 900 ºC 1200 ºC

Cromel (Ni+Cr+Fe)

Alumel (Ni+Al+Mn+Si) 900 ºC 1300 ºC

Pt PtRh(18%Rh) 1550 ºC 1850 ºC W MoAl 2000 ºC 2000 ºC Rh IrRh 2400 ºC 2400 ºC

Cablu de compensare

Constantan

Fier

Cuptor

1 2

3 2' 3'

Electrod din fier

Electrod din constantan

Vas Dewar

mV

Fire din cupru la milivoltmetru

Cablu de compensare

D.2) Termoculori

Fig.14. Termoculori – schiţa de principiu

II) Metode de măsurare a temperaturii de la distanţă

A) Metode bazate pe măsurarea radiaţiei termice a unui corp

A.1) Pirometru optic

- metoda se bazează pe:

Fig.15. Pirometrul optic – schiţa de principiu OL – obiect studiat 1 – lentilă-obiectiv 2 - filament 3 - lentilă-ocular 4 – filtru de lumină roşu 5 – ochiul uman (utilizatorul) 6 – potenţiometru (reostat) 7 – sursă de tensiune 8 - aparat de măsură

- domeniu şi mod de utilizare:

Culoare Substanţă chimică

iniţial final t [°C] Reversibilitate

Sulfură de Hg roşu cafeniu-negru 230→250 da

Cromat de Pb roşu cafeniu-negru 230→250 nu

Iodură de Hg şi Ag roşu maro 70 nu

Etichetă

Bandă adezivă neagră

Suprafaţă rigidă

Film poliester Substanţă chimică

Bandă de protecţie

A.2) Pirometru de radiaţie

- metoda se bazează pe: - domeniu de utilizare:

Fig16. Pirometru de radiaţie totală

L1-lentilă obiectiv; L2- lentilă ocular; F –filtru de lumină neutru; B – baterie de termocupluri

VERIFICAREA CUNOŞTINŢELOR:

1) Cum a fost stabilită scara de temperatură a lui Celsius ? 2) Ce temperatură utilizaţi într-un calcul termodinamic dacă termometrul arată +137 0C ? 3) Cât de mare este temperatura în scara Celsius dacă un termometru indică +77 oF ? 4) Care este principiul de funcţionare al unui termometru metalic ? La ce se poate utiliza ? 5) Care este principiul de funcţionare al unui termometru bimetalic ? La ce se poate utiliza ? 6) Cum este construit un termometru de sticlă cu lichid şi cum funcţionează ? 7) Ce lichide sunt utilizate frecvent în termometrele cu lichid şi care sunt limitele de

utilizare ? 8) Descrieţi un termometru manometric şi arătaţi care este principiul de funcţionare. 9) Care este principiul de funcţionare al termometrului cu rezistenţă electrică şi ce materiale

se utilizează pentru termorezistenţe ? 10) Ce metode cunoaşteţi pentru măsurarea rezistenţei electrice a unei termorezistenţe ?

Schiţaţi montajul electric. 11) In ce constă efectul termoelectric şi cum se montează milivoltmetrul care măsoară

tensiunea termoelectromotoare din circuit ? 12) Cum se poate menţine la temperatură constantă sudura rece a unui termocuplu ? 13) Ce cupluri de materiale cunoaşteţi, utilizate drept termocupluri şi care sunt limitele de

măsurare pentru fiecare ? 14) Cum funcţionează pirometrul optic şi la ce se utilizează ? 15) Cum funcţionează pirometrul de radiaţie şi la ce se utilizează ? BIBLIOGRAFIE

1. Al. Dănescu, D. Ştefănescu ş.a. Tratat de Termotehnică vol X-1,2 – Lucrări de laborator la Termotehnică UPB 1976.

2. M. Marinescu, N. Băran, ş.a. Termogazodinamică şi transfer de căldură – Indrumar de laborator. UPB 1996

3. M. Marinescu, S. Dimitriu, Al. Chisacof ş.a. Mărimi fundamentale în termodinamică: Presiune – Temperatură – Debit Ed. POLITEHNICA Press 2003.