Masurarea Marimilor Neelectrice Laborator

Măsurarea mărimilor neelectrice — Îndrumar pentru laborator

3

Lucrări propuse:

Lucrarea 1:

1.1 Verificarea termometrelor

1.2 Verificarea termorezistentelor

Lucrarea 2:

2.1 Verificarea unui logometru

2.2 Inerţia termică a detectoarelor de temperatură

Lucrarea 3:

3.1 Verificarea unui termocuplu

3.2 Verificarea unui milivoltmetru pirometric

Lucrarea 4:

4.1 Verificarea unui manometru cu element elastic

4.2 Verificarea unui traductor de presiune

Lucrarea 5:

5.1 Verificarea unui manometru cu tub înclinat şi ASKANIA

5.2 Determinarea vitezei medii într-o conductă de aer ventilat

Lucrarea 6:

6.1 Verificarea unui debitmetru diferenţial

6.2 Verificarea unui lanţ electronic de măsurare a debitului

Lucrarea 7:

7.1 Măsurarea debitelor cu ajutorul rotametrelor

7.2 Măsurarea debitelor cu ajutorul diafragmei

Lucrarea 8:

8.1 Măsurarea conţinutului de umiditate


4

Lucrarea 1

1.1 Verificarea termometrelor

Scopul lucrării îl constituie verificarea metrologică a unor termometre(cu lichid, cu

bimet]al sau manometrice).

Descrierea instalaţiei

Lucrarea se efectuează pe standul Temperaturi – 1. Pentru verificare se va folosi

instalaţia ―Ultratermostat U 10‖. Schiţa de principiu a instalaţiei este prezentată în figura

1.1.1. Principiul de funcţionare şi principalele elemente componente ale băii termostat sunt

indicate în figura 1.1.2. Recipientul de temperatură joasă este un vas dublu din porţelan în

care se introduce apă cu gheată (pentru temperaturi până la 0ºC) sau zăpadă carbonică (pentru

temperaturi de -60ºC). În vas se află o serpentină sub formă de paner. Extremităţile

serpentinei se cuplează prin releu la supapa releu ca în figura 1.1.1. Supapa releu este

comandată electric la atingerea temperaturii fixate pe termometrul cu contact electric reglabil

(Wertex), astfel încât să permită trecerea parţială a fluidului termostatic prin serpentina

recipientului rece. Rezistenţa de încălzire este alimentată cu curent electric în perioada când

contactul termometrului Wertex nu este închis.

Caracteristici tehnice:

- tensiunea de alimentare 220V;

- frecvenţa 50nm;

- agenţi termostatici şi domeniul de temperaturi: metanol (-60..0ºC), apă distilată

(1..95ºC); agent WT 250 (-30…140ºC).

Pentru temperaturi ridicate se folosesc băi termostat cu săruri topite (250..550ºC).

Modul de lucru

– se verifică starea instalaţiei (legăturile electrice, existenţa apei sau a uleiului până la

nivelul indicat, funcţionarea motorului electric, etc.);

– se introduce termometrul (sau termometrele) de verificat în lichidul termostatic până

la limita de imersie indicată de producător;

– se fixează temperatura de termostatare cu ajutorul termometrului Wertex;

– se alimentează cu tensiune instalaţia pornindu-se totodată şi pompa de circulaţie;

– se aşteaptă atingerea acestei temperaturi (acest moment este semnalizat optic prin

stingerea lămpii blocului electric al termostatului);

– se aşteaptă la fiecare temperatură termostată cel puţin 3 – 5 minute pentru atingerea

regimului staţionar de schimb de căldură între agent şi elementele sensibile ale

termometrelor, timp necesar pentru eliminarea erorilor de regim tranzitoriu. Timpul maxim

de aşteptare este dictat de termometrul cu constanta de timp cea mai mare.

– se fac citirile la termometrul etalon şi la termometrul (termometrele) de verificat. În

acest mod se realizează o serie de temperaturi precizate prin încălzire şi apoi prin răcire lentă,

comparându-se rezultatele. Dacă nu s-a putut respecta adâncimea de imersie, este necesar să

se facă corecţia de coloană.


5

Figura 1.1.1. Schiţa de principiu a ultratermostatului U10

1 – baie termostat; 2 – recipient de temperatură joasă; 3 – vas de termostat; 4 – robinet (supapă) de comandă.

Figura 1.1.2. Baia Ultratermostatului U10

1 – cuvă; 2 – golire cuvă; 3 – buşon golire cuvă; 4 – termometru etalon; 5 – loc de introdus termometru de

verificat; 6 – termometru de contact electric reglabil; 7 – pompă şi agitator; 8 – conductă tur pompă; 9 –

conductă retur pompă; 10 – rezistenţa de încălzire; 11 – legătura electrică pentru comanda supapei; 12 – motor

antrenare pompă; 13 – bloc de comandă; 14,15 – contacte de releu pentru comandarea rezistenţei de încălzire;

3

5 4

7

1

0

9

8

11 14

13

15

~ 220 V 12

6

1

2

1 3

2

1

4


6

Prezentarea rezultatelor, observaţii şi concluzii

Rezultatele măsurărilor se consemnează tabelar (tabelul 1.1.1).

Se vor compara erorile rezultate din verificare cu erorile maxim admisibile pentru

termometrele de tipul celui verificat.

Tabelul 1.1.1

Nr.

crt. Date măsurate Date calculate

tE

tV1

(metalic)

tV2

(cu mercur) t1 t2

1

S-a notat:

tE - temperatura citita pe termometrul etalon, în ºC;

tVi - temperatura indicată de termometrul de verificat nr. i, în ºC;

ti = tE – tVi eroarea de măsură a termometrului i, în ºC.

Se vor prezenta concluzii privind:

desfăşurarea lucrării; (montarea termometrelor, erori)

starea metrologică a termometrelor verificate.

Exemplu de calcul

Date măsurate:

tE = 39 ºC

tV1 = 38 ºC

tV2 = 38 ºC

Date calculate:

t1 = 1 ºC

t2 = 1 ºC

1.2 Verificarea unei termorezistenţe

Scopul lucrării este de a prezenta metoda practică de verificare metrologică a

termorezistenţelor tehnice.


Instalaţiile şi aparatele necesare: incintă (baie) termostat cu domeniu de temperaturi

adaptat domeniului termorezistenţei, termometre etalon, punte Wheatstone, indicator de nul.

Lucrarea se efectuează pe standul Temperaturi – 1.

Schema electrică de principiu este prezentată în figura 1.2.1.

Modul de lucru

a) Se realizează schema electrică din figura 1.2.1, conectând cu conductorii flexibili

termorezistenţa şi aparatele de măsură cu bornele corespunzătoare de pe pupitru, în

conformitate cu schema de conexiuni din figura 1.2.2. Conexiunile externe sunt figurate cu

linie plină. Bornele şi etichetele din figură au notaţiile identice cu cele de pe standul de lucru.


7

b) Se conectează cheile cu nr. 1, 7 (6V) şi 13. Prin acţionarea cheii nr.1, se realizează

legăturile interne reprezentate prin linie punctată şi pe schema sinoptică se indică circuitul de

lucru.

c) Se verifică instalaţia temostat.

d) Se citeşte temperatura indicată de termometrul etalon tE şi se determină folosind

puntea Wheatstone rezistenţa electrică a termorezistenţei Rm (Ω); aceste date se consemnează

în tabelul de rezultate (tabelul 1.2.1), fiind prima pereche de date obţinută.

f) La atingerea temperaturii staţionare fixate se determină temperatura etalon (tE) şi

rezistenţa (Rm).

Operaţiile e) şi f) se repetă pentru minim 3 puncte în domeniul de temperaturi realizat

de instalaţia de termostatare.

Figura 1.2.1 Schema de principiu a instalaţiei pentru verificarea termorezistenţei

Figura 1.2.2 Schema de conexiuni a instalaţiei pentru verificarea termorezistenţei

Prezentarea rezultatelor, observaţii şi concluzii Rezultatele determinărilor şi prelucrării acestora se trec în tabelul 1.2.1.

Tabelul 1.2.1

Nr. Date măsurate Prelucrări date

Sursă

G

Punte Wheatstone

+

–

Baie termostat

Tr.

A B b

Rx

Termorezistenţă Punte Wh.

b B A 1 2

Baie termostat

b B A

G

Punte Wheatstone

+

– Rx

Sursă + –


8

Crt. tE (0C) Rm () Rt () Rm () Rc ()

1

Notaţii:

Rt – rezistenţa calculată/citită din tabele corespunzătoare temperaturii tE (vezi tabelul 1.2.2)

Rm – eroarea termorezistenţei verificate: Rm = Rt – Rm

RC – eroarea admisă termorezistenţei (vezi tabelul 1.2.3)

Se compară erorile obţinute Rm cu erorile tolerate RC În cazul în care Rm > RC,

termorezistenţa nu este corespunzătoare din punct de vedere metrologic.

Se vor comenta cauzele erorilor Rm (fire de conexiune, erori de inerţie termică, erori

de imersie, erori de citire, etc).

Exemplu de calcul

La verificarea unei termorezistenţe tehnice Pt100 s-au determinat:

– temperatura termometrului etalon tE = 90ºC;

– valoarea rezistenţei, citită la temperatura t, Rm = 135.9Ω.

Caracteristica termorezistenţei este dată de ecuaţia:

)10847.5109687.31(100 273 ttR t

Pentru tE = 90ºC, Rt = 135.24 Ω.

Eroarea termorezistenţei

Rm = Rm – Rt = 135.9 – 135.24 = 0.66

Eroarea de temperatură tolerată termorezistenţei Pt100 este:

Ctt 705.0)10905.43.0()105.45.0( 33

Eroarea de rezistenţă tolerată este:

497.0705.0391.0391.0 tcR

Tabelul 1.2.2.Variaţia rezistenţei cu temperatura pentru termorezistenţa de platină Pt100.

Temp.

ºC

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Rezistenţa Ω

0 100.00 103.96 107.91 111.85 115.78 119.70 123.60 127.49 131.37 135.24

100 139.10 142.95 146.78 150.00 154.41 158.21 162.00 165.78 169.78 173.29

200 177.03 180.46 184.48 188.18 191.88 195.56 199.23 202.89 206.53 210.17

300 213.79 217.40 221.00 224.59 228.17 231.73 235.29 238.83 242.36 245.88

400 249.38 252.88 256.36 259.83 263.29 266.74 270.18 273.60 277.01 280.41

500 283.80 287.18 290.55 293.91 297.25 300.58 303.90 307.21 310.50 313.79

600 317.06 320.32 323.57 326.80 330.03 333.25 336.45 339.64 342.82 345.99

700 349.14 352.29 355.42 258.54 361.65 364.74 - - - -

Observaţii:

Valorile sunt calculate cu relaţia: ),1( 2

0 tBtARRt pentru t = 0…750ºC

unde: A = 3.96847. 310

; B = –5.847.10

–7 ; C = 4.22

.10

–12.

Tabelul 1.2.3.Relaţii de calcul al erorilor tolerate la termorezistenţele tehnice

Clasa de

precizie Materialul

Raportul

R100/R0

Intervalul

de temp. ºC

Eroarea tolerată

t, ºC R, Ω

1 Platină 1.391±0.0007 -200…0

0…650

±(0.15+4.5.10

–3 t)

±(0.15+3.0.10

–3 t)

R= t(Rt-


9

2 Platină 1.391±0.001 -200…0

0…650

±(0.30+6.0.10

–3t)

±(0.30+4.5.10

–3t)

R0)/t

3 Cupru

Cupru

1.426±0.001

1.426±0.002 -50 ... 180

-50 ... 180

±(0.30+3.5.10

–3t)

±(0.30+6.0.10

–3t)

Tabelul 1.2.4 Eroarea tolerată în grade pentru diferite valori ale diviziunii pentru diverse termometre

Domeniul de

măsurare

Eroarea tolerată (grade)

0.5 1.0 2.0 5.0 10

Termometre cu lichide care nu udă sticla

-60…0 ±0.75 ±1.0 ±2.0 - -

0…100 ±0.5 ±1.0 ±2.0 ±5.0 ±5.0

100..200 ±1.0 ±2.0 ±3.0 ±5.0 ±5.0

200..300 ±1.5 ±2.5 ±4.0 ±5.0 ±5.0

300..400 - ±3.0 ±4.0 ±10 ±10

400..500 - ±4.0 ±5.0 ±10 ±10

peste 500 - - ±6.0 ±10 ±10

Termometre cu lichide care udă sticla

-190..-60 - ±3.0 ±4.0 ±7.5 ±10

60..0 ±1.0 ±2.0 ±4.0 ±7.5 ±10

0…50 ±1.0 ±1.0 ±2.0 ±5.0 ±7.5

50..100 ±1.0 ±2.0 ±3.0 ±5.0 ±7.5

100..200 - ±3.0 ±4.0 ±7.5 ±10

Tabelul 1.2.5 Erori tolerate termometrelor de laborator

Domeniul

de

măsurare

ºC

Eroarea tolerată în grade pentru diferitele valori ale diviziunii (grade)

0.01 0.02 0.05 0.1 0.2 0.5 1 2

-190..-60 - - - - - ±2 ±3 ±4

-60..0 - - ±0.15 ±0.3 ±0.4 ±0.75 ±1 ±2

0..50 ±0.02 ±0.04 ±0.1 ±0.15 ±0.2 ±0.5 ±1 ±2

50..100 ±0.02 ±0.04 ±0.15 ±0.2 ±0.3 ±1 ±1 ±2

100..200 - - - ±0.3 ±0.4 ±1.5 ±2 ±2

200..300 - - - ±0.5 ±0.8 ±1.5 ±2.5 ±3

300..400 - - - - ±1.2 ±2.5 ±3 ±4

peste 400 - - - - - - ±4 ±5

Tabelul 1.2.6 Erorile tolerate termometrelor manometrice cu scară uniformă

Tipul termometrului Valoarea diviziunii ºC Eroarea diviziunii

L, V, G ≤2 ±2

L, G ≥5 ±1

V ≥5 ±1.5 pentru 1/3 din

scară şi ±1 pentru rest


10

Lucrarea 2

2.1. Verificarea unui logometru

Scopul lucrării este acela de a prezenta logometrele de producţie româneasca,

schemele de conexiune şi probele privind verificările logometrelor.


Instalaţii şi aparate necesare: cutie de rezistenţe, punte Wheatstone, indicator de nul,

rezistente reglabile, sursa de curent continuu stabilizată, logometre. Lucrarea se execută pe

standul Temperaturi– 1.

Modul de lucru

Verificarea funcţionarii logometrelor consta din controlarea următoarelor:

– mişcarea liberă a sistemului mobil;

– timpul de amortizare a oscilaţiilor acului indicator;

– verificarea funcţionării logometrului la tensiune nominală;

– exactitatea indicaţiilor;

a) Funcţie de tipul schemei de legături corelat cu tipul logometrului se realizează pe

standul Temperaturi – 1 una din schemele de verificare indicate în figura 2.1.1 sau 2.1.2.

Pentru indicarea montajului cu două fire se aşează cheile: 2, 8 (poz.2), 7 (pe 6 sau 24 V

cc. funcţie de tipul logometrului verificat) şi 13. În mod similar pentru realizarea montajului

cu 3 fire se acţionează următoarele chei de comandă: 2, 7, 8 (poz.3) şi 13.

Schemele pot fi realizate cu toate legăturile aparente figura 2.1.1 sau folosind montajul

din figura 2.1.2.; în acest caz conexiunile externe sunt figurate cu linie plină, iar conexiunile

interioare conectate prin cheile de comandă, cu linie punctată. Bornele şi etichetele din figura

2.1.2 au notaţiile identice cu cele de pe stand.

Atenţie! Logometrele indicatoare sau regulatoare nu trebuie puse sub tensiune decât

după conectarea lor în circuitul de măsură. Nerespectarea acestor reguli poate duce la

deteriorarea echipajului mobil. În consecinţă, cheia 7 se va acţiona numai la executarea

verificărilor.

b) Se calibrează rezistentele de linie conform indicaţiilor de pe cadranul aparatului.

Pentru aceasta, de la cheia 10 se conectează ―Rezistenţă linie RLL―. Prin aceasta se

realizează în interior legăturile rezistentei de linie la bornele ―Verificarea rezistentei linie―,

unde se conectează un ohmmetru. Prin acţionarea butonului rezistentei RL1 , aceasta se

calibrează la valoarea dorită. Se aduce cheia 10 pe poziţia iniţială şi operaţiile se repetă

pentru rezistenţa de linie RL2, respectiv EL3.

c) Se conectează cheia 7 (pe 6 sau 24 de V).

d) Se potriveşte valoarea rezistentei R a cutiei de rezistente cu care se face simularea

cutiei de rezistente, astfel încât să se obţină la logometru o deviaţie pe un reper situat la

mijlocul scării gradate.

e) Verificarea timpului de amortizare se face întrerupând alimentarea din cheia 7 şi

realimentând logometrul, pornind în acelaşi timp un cronometru; timpul în care amplitudinile

oscilaţiilor acului indicator se reduc la 1% din lungimea scării gradate reprezintă timpul de


11

amortizare. Dacă timpul de amortizare astfel determinat, depăşeşte valorile din tabelul 2.1.1,

logometrul se respinge la verificare.

Figura 2.1.1. Schema de principiu pentru verificarea logometrelor cu 2 şi 3 fire

Figura 2.1.2. Schema de conexiuni pentru verificarea logometrelor cu 2 şi 3 fire

Observaţie: La montajul pentru verificarea logometrelor cu 2 fire se executa doar

conexiunea dintre termorezistenţă şi bornele T(A) respectiv T1(B).

Tabelul 2.1.1. Timpul de oscilaţie admis al acului indicator al logometrului

Lungimea scării gradate [mm] Timpul de oscilaţie [s]

Până la 59 3

Între 60 şi 99 5

Între 100 şi 149 8

Peste 150 12

Logometru indicator

Intrare Alimentare T(A) T1(B) R(b) + -

Logometru exterior

Intrare Alimentare A(T) B(T1) b(R) - +

Cutie

rezistenţe 1 2

RL2

RL1

RL3

Logometru

- + T(A) T1(B) R(b)

Sursă

– +

Cutie rezistenţe

RL1

RL2

RL3


12

f) Pentru verificarea funcţionării logometrului la tensiune nominală acesta va fi

alimentat cu o sursă de curent stabilizat cu tensiunea variabilă; în paralel cu logometrul se

conectează un voltmetru:

– se reglează tensiunea de alimentare la valoarea nominală înscrisă pe cadranul

logometrului;

– se reglează rezistenţa R până când acul indicator va ajunge pe cadranul logometrului;

– se modifică tensiunea de alimentare în limitele ±20% din tensiunea nominală de

alimentare. În aceste condiţii trebuie ca acul indicator să nu-şi modifice poziţia faţă de cea

iniţială cu mai mult de ± 0.5% din lungimea scării gradate; în caz contrar logometrul se

respinge la verificare;

– se restabileşte tensiunea nominală de verificare a logometrului.

g) Verificarea indicaţiilor logometrului se face variind semnalul de rezistenţă din cutia

de rezistenţe decadală, în domeniul de rezistenţe al aparatului. În cazul când schema de

verificare se execută independent de stand este indicat să se adauge pentru determinări, la

valoarea nominală a termorezistenţei şi valoarea rezistenţei de linie; de exemplu, dacă la 0C

rezistenţa Rt = 100, iar rezistenţa de linie înscrisă pe cadran este de 10, iar acul indicator

se va opri undeva în jurul lui 0oC (în acest mod cutia de rezistenţe preia şi rolul rezistenţei de

linie).

Se introduc în circuitul de măsurare valori R () ale rezistenţei din cutia decadală

până ce acul indicator se va opri în dreptul reperului cifrat t1 (oC). Nu se admite ca pe cutia

decadală să fixăm rezistenţa corespunzătoare reperului cifrat şi apoi să citim eroare pe

cadran!

Se execută un număr de minim 6 determinări corespunzătoare poziţiilor 0, 20, 40, 60 şi

100% din domeniul de măsură. Verificarea se execută cu R crescător şi descrescător.

Prelucrarea rezultatelor

Datele obţinute la verificarea logometrului se centralizează şi se prelucrează conform

tabelului 2.1.2.

Tabel 2.1.2 Prezentarea şi prelucrarea rezultatelor de la verificarea logometrelor

Nr.

crt.

Date măsurate Prelucrări date

Punct verificat

t1 [C] R [] t2 [C]

∆t = t2 – t1

[C]

∆RA

[] ∆tx [C] t x [%]

0 1 2 3 4 5 6 7

În acest tabel notaţiile au următoarea semnificaţie:

— t1 [C] este reperul la care se face verificarea indicaţiilor logometrului;

— R [] este rezistenţa introdusă din cutia de rezistenţe în decade pentru a se atinge

acest reper;

— t2 [C] este temperatura corespunzătoare rezistenţei R (se determină din tabelul

1.2.2);

— ∆t [C] este eroarea pe care o introduce logometrul în punctul verificat;

— ∆RA [] este eroarea admisibilă aparatului şi se determină cu relaţia:

∆RA = c.(RM - R0)/100

unde c este clasa de precizie a aparatului (exprimată în procente), iar RM şi R0

reprezintă limita maximă respectiv minimă de măsurare a aparatului (în ).

— Pentru fiecare punct verificat de determină eroarea locală ∆tx [C] pe care o admite

logometrul, calculată cu:

∆tx = ∆RA/MR


13

Prin MR s-a notat panta caracteristicii termorezistenţei cu care se cuplează logometrul,

în punctul de temperatură t1. Mărimea MR, se determină cu datele din tabelul 1.2.2. Datorită

caracteristicilor neliniare R=f(t) a termorezistenţelor, gradaţiile scării logometrice sunt

neuniforme, iar erorile admisibile variabile în lungul scării.

Exemplu de calcul Fie un logometru pirometric având clasa de precizie 1.5 şi domeniul de temperatură 0 –

400C, conectat cu termorezistenta Pt100.

Domeniul aparatului este: R500 – R0 = 283.8 – 100 = 183.8;

Eroarea admisă a aparatului: ∆RA = 1.5.183.8/100 = 2.757;

Panta caracteristicii termorezistentei Pt100 este :

La limita inferioară MR|0 = ∆R/∆t|0 = 0.397 /C

La limita inferioara MR|500 = ∆R/∆t|500 = 0.340 /C

Eroarea de temperatură admisă logometrului la limita domeniului:

La limita inferioară: ∆tx = ∆RA/MR|0 = 2.757/0.34 = 8.1 oC

tx = (8.1.100)/500 = 1.62 %

La limita superioară: ∆tx = ∆RA/MR|500 = 2.757/0.397 = 6.95 oC

tx = (6.95.100)/500 = 1.3 %

Concluzii privind lucrarea

Se vor consemna principalele elemente care constituie sursa erorilor de metodă la

verificarea executată.

Se vor face aprecieri privind influenţa sursei de alimentare a logometrului precum şi a

rezistenţelor de linie asupra corectitudinii măsurătorilor.

2.2. Inerţia termică a detectoarelor de temperatură

Scopul lucrării este de a pune în evidenţă fenomenul de inerţie a termometrelor de

contact.

Consideraţii teoretice

Transferul de căldură între elementul sensibil al aparatului şi mediul a cărui

temperatură o determinăm, se realizează prin convecţie, conducţie şi radiaţie într-un regim

tranzitoriu până când se realizează echilibrul termic conform relaţiei:

.A

.∆t()

.d = m

.cp

.∆t0

unde: este coeficientul de schimb de căldură, A este suprafaţa de schimb de căldură,

∆t0, ∆t diferenţa iniţială, respectiv la timpul () între mediu şi elementul sensibil, este

timpul, m este masa elementului sensibil, cp este căldura specifică a elementului sensibil.

Dacă se introduce într-un mediu de temperatură t2 un element sensibil de temperatură

iniţială t1, variaţia temperaturii acestuia poate fi aproximată cu o exponenţială (vezi figura

2.2.1):

t = t1 + (t2 – t1).(1 – e

–/T)

unde T este constanta de timp a elementului sensibil.

Constanta de timp T a unui element sensibil de termometru reprezintă timpul după care

diferenţa dintre temperatura iniţială t1 a elementului sensibil şi temperatura t(T) este egală cu

(1 – 1/a) = 1 – 0.368 = 0.632 din diferenţa maximă (t2 – t1).


14

Conform acestei definiţii, constanta de timp se determină cronometrând timpul după

care diferenţa între temperatura elementului sensibil t(T) şi cea iniţială t1 devine 0.632 din

diferenţa maxima (t2 – t1).

Din relaţiile de mai sus se deduce că constanta de timp depinde de elementul sensibil

(m, A, cp), de fluidul a cărui temperatură o determinăm (), precum şi de diferenţa iniţială de

temperatură. În scopul unor indicaţii practice comparabile asupra constantei de timp a

detectoarelor de temperatură STAS 8420-77 (termometre mecanice cu rezistenţă) şi STAS

8421-82 (termocupluri tehnice) se stabilesc condiţii în care se determină constanta de timp a

unui element sensibil, a cărui valoare este indicată de producător pe plăcuţa detectorului sau

în catalogul de produs.

Figura 2.2.1. Definirea constantei de timp a elementului sensibil

Conform acestor normative, verificarea constantei de timp pentru un interval de

temperatură de minimum 15 C, se face utilizând două termostate cu apă, menţinute unul la

temperatura de +20C (t1), al doilea la +35C (t2), cu o variaţie a temperaturii de maxim 0.1 oC/h. Se introduce termometrul în primul termostat, unde se menţine timp de 30 de minute,

apoi în cel de-al doilea termostat cronometrându-se timpul necesar creşterii temperaturii de la

valoarea anterioară până la valoarea t(T) = t1 + 0.632.(t2 – t1).

Mărimile caracteristice ale inerţiei termice a unui element sensibil de termometru sunt:

constanta de timp, timpul de răspuns şi/sau timpul de răspuns 2%. Aceste mărimi trebuie să

constituie un criteriu în alegerea aparatelor de măsurare a temperaturii.

Timpul de răspuns 5% (5) reprezintă timpul după care diferenţa dintre temperatura

elementului sensibil şi cea a mediului nu depăşeşte ±5% din diferenţa maximă posibilă.

Timpul de răspuns 2% (2) reprezintă timpul după care diferenţa dintre temperatura

elementului sensibil şi cea a mediului nu depăşeşte ±2 din diferenţa maximă posibilă.

Între timpul de răspuns 5%, timpul de răspuns 2% şi constanta de timp, există

următoarele relaţii:

R = (t – t1)/(t – t2) = 1 – e–/T

R = 0.95; 5 = 2.995.T = 3

.T

R = 0.98; 2 = 3.912.T = 4

.T


t1

t2

T

(timp)

0.623.(t2– t1)


15

Pentru a pune în evidenţă interacţia termică a unui termocuplu şi a ridica curba de

variaţie a temperaturii indicate (măsurate) în timp, sunt necesare: termocuplu, cablu de

prelungire, milivoltmetru indicator corespunzător termocuplului, incintă termostatică

(cuptor), cronometru.

Schema de conexiuni este prezentată în figura 2.2.2.

Figura 2.2.2. Schema de conexiuni

1. cuptor orizontal; 2. termocuplu; 3. cutie de conexiuni; 4. cabluri de prelungire; 5. rezistenţă de linie

ajustabilă; 6. milivoltmetru

Modul de lucru

a) Se realizează conexiunile termocuplului cu milivoltmetrul indicator păstrând

polaritatea bornelor şi a conductorilor de prelungire. Montajul se realizează la temperatura

ambiantă t1, care se determină cu un termometru cu mercur;

b) Se termostatează cuptorul la temperatura t2 (t2 = 400…800C);

c) Se determină temperatura constantei de timp t(T) = t1 + 0.632.t2;

d) Se introduce termocuplul în cuptor, pornindu-se cronometrul. Se înregistrează timpul

şi temperatura pentru minimum 8 repere ale milivoltmetrului din domeniul t1…t2 incluzând şi

reperul corespunzător temperaturii t(T).

Prezentarea rezultatelor

Rezultatele vor fi sintetizate în tabelul 2.2.1.

Tabelul 2.2.1. Rezultatele măsurătorilor

Nr. det. 0 1 2 3 4 5 6 7

Temperatura la

care se determină

timpul C t1 t2

Timpul s

Se va trasa variaţia t = f(), determinându-se constanta. Se determina 5 şi 2 cu ajutorul

curbei trasate şi se verifică cu relaţiile de mai sus. Lucrarea se va efectua pentru un

termocuplu fără teacă şi se va repeta pentru un termocuplu cu teacă.

Se vor comenta rezultatele obţinute.

1 2 3 4 5 6

mV


16

Lucrarea 3

3.1. Verificarea unui termocuplu

Scopul lucrării este de a prezenta metoda de măsurare a temperaturii folosind ca

detector de temperatură termocuplul, precum şi metode de verificare metrologică a

temperaturilor industriale.

Descrierea instalaţiei:

Instalaţiile necesare sunt: cuptor orizontal pentru verificarea termocuplului,

compensator de curent continuu, cabluri de prelungire, termocuplu etalon, termocuplu de

verificat, incintă de temperatură constantă – 0ºC.

Standul Temperaturi – 2 pe care se efectuează lucrarea, este dotat cu un circuit de

automatizare, pentru alimentarea intermediară a cuptorului, în scopul termostatării. Instalaţia

de automatizare se compune din: traductor Cromel – Alumel; milivoltmetru cu două limite

(regulator), contactor circuit forţă. Cuptorul va fi alimentat cu curent electric numai dacă

temperatura măsurată de traductor va fi in intervalul de temperatură delimitat de

milivoltmetrul reglabil.

Incinta pentru menţinerea punctului de topire al gheţii (0ºC) poate fi realizată printr-o

construcţie simplă prezentată în lucrarea anterioară.

Verificarea unui termocuplu în laborator se face prin metoda comparaţiei adică prin

compararea tensiunilor termoelectromotoare (t.t.e.m.) produse de un termocuplu de verificat

cu cea produsă de termocuplul etalon. În figura.3.1.1. este prezentată schema de principiu.

Figura 3.1.1 Verificarea unui termocuplu prin metoda comparaţiei

Milivoltmetru

Regulator

Termostatare

Incintă de 0ºC compensator

+

–

+ –

X1

X2

TV

TT

TE

Cuptor


17

În cadrul lucrării, pentru acelaşi punct de temperatură se vor folosi succesiv ambele

metode.

Modul de lucru a) Se acţionează cheile 1 şi 11; pe schema sinoptică se va indica schema de conexiuni.

b) Se introduc termocuplele în cuptor astfel încât vârfurile lor să fie situate în zona

mediană;

c) Se realizează schema de conexiuni ca în figura 3.1.1 legăturile termocuplelor se fac

cu cabluri adecvate de compensator, respectând polaritatea conexiunilor. Aceste cabluri se

duc la incinta de temperatură constantă (0ºC) unde se conectează cu cabluri din cupru cu

ajutorul cărora se realizează conexiunile la compensatorul de curent continuu;

Pentru verificări e tip industrial, atunci când nu se dispune de incintă de temperatură

de 0ºC, legăturile între termocupluri şi compensator se fac prin cabluri de compensaţie. În

acest caz temperatura compensatorului se va măsura pe perioada verificărilor, impunându-se

ca aceasta să nu varieze cu mai mult de ±0.5ºC. Rezultatele determinărilor t.t.e.m. se vor

corecta funcţie de această temperatură.

d) Se alimentează cuptorul, prestabilindu-se temperaturile de termostatare prin

acţionarea limitelor milivoltmetrului regulator de pe pupitrul standului. Atingerea acestei

temperaturi se semnalizează optic prin stingerea lămpii de indicaţie a prezenţei tensiunii la

cuptor. Se aşteaptă termostatarea completă a incintei.

e) Se măsoară t.t.e.m. pentru termocuplul etalon şi de verificat;

f) Se modifică temperatura de termostare a cuptorului şi se repetă operaţiile anterioare

pentru minim 5 puncte din domeniul de măsurare al termocuplurilor.

Prezentarea rezultatelor Toate rezultatele determinărilor se sintetizează în tabelul 3.1.1.

Tabelul 3.1.1. Rezultatele verificărilor unui termocuplu

Nr.

crt.

Termocuplul Eroarea

Etalon Verificat Metoda

comparării

t.t.e.m.

dezvoltată

Ue, mV

Temperatura

corespunzătoare

te, ºC

t.t.e.m.

dezvoltată

Uv, mV

Temp.

corespunzătoare

tv, ºC

Ue-Uv,

mV

te-tv,

ºC

0 1 2 3 4 5 6

Observaţii

1. Coloanele 2 şi 4 ale tabelului se completează folosind tabelele de variaţii ale t.t.e.m.

funcţie de temperatură, pentru tipul termocuplului folosit. În cazul unei temperaturi a sudurii

reci diferită de 0ºC se vor face corecţii de temperatură.

2. Erorile tolerate ale termocuplelor în mV şi ºC sunt stabilite prin norme naţionale.

Erorile determinate se vor compara între ele.

La indicaţiile cadrului didactic îndrumător, se vor trasa curbele de verificare ale

termocuplului.

3.1. Verificarea unui milivoltmetru pirometric


18

Scopul lucrării este de a prezenta milivoltmetrele de producţie românească, schemele

lor de conexiuni şi problemele privind verificările milivoltmetrelor.

Descrierea instalaţiei Aparate necesare: compensator de curent continuu, cutie de rezistenţe, ohmmetru,

cabluri de legătură. Lucrarea se execută pe standul Temperaturi – 2.

Chestiuni practice: În România se practică în prezent următoarele tipuri de

milivoltmetre indicatoare etalonate pentru mărimi neelectrice: MI – 72, MI – 144, MI – 192

(aceste aparate au fost asimilate pe bază de licenţă de la firma Hartman – Braun Germania).

Milivoltmetrele indicatoare mai sus menţionate au mecanism de măsură cu magnet

permanent şi pot fi utilizate în următoarele condiţii de mediu ambient: temperatura

0ºC…+50ºC, umiditatea în medie anuală 75% fără depunere de rouă, absenţa prafului şi a

agenţilor corozivi.

Caracteristicile tehnice ale milivoltmetrelor indicatoare sunt prezentate în tabelul 3.2.1.

Tabelul 3.2.1. Milivoltmetre indicatoare. Caracteristici tehnice

Nr.

crt.

Clasa de

precizie

Descrierea scării

gradate

Gabarit

frontal

Lungimea

scării

Greutatea

[kg]

Tipul

aparatului

1 1.5 45º 72x36 50 0.6 MI-72

2 1.5 57.5º 96x48 64 0.6 MI-92

3 1.5(1) 60º 144x72 100 2.5 MI-144

4 1.5(1) 45º 192x96 125 3.5 MI-192

Schema lucrării este indicată în figura 3.2.1.

Figura 3.2.1 Verificarea unui milivoltmetru pirometric

Mod de lucru

Verificarea funcţionării unui milivoltmetru pirometric constă în controlarea

următoarelor:

— mişcarea liberă a sistemului mobil;

— tipul de amortizare a oscilaţiilor acului indicator;

— exactitatea indicaţiilor.

a) Se conectează cheile 11 şi 2. Pe schema sinoptică va fi indicat circuitul necesar a fi

realizat.

mV +

–

+

–

Rx

X1

X2

Compensator


19

b) Se realizează circuitul indicat ca în figura 3.2.1 şi se calibrează rezistenţa de linie

(conform indicaţiilor de pe cadranul milivoltmetrului) folosind o rezistenţă reglabilă de

precizie montată pe stand. Calibrarea se face măsurând rezistenţa cu un ohmmetru.

c) Mişcarea liberă a sistemului mobil al aparatului se face introducând în acesta, cu

ajutorul compensatorului, o tensiune lent crescătoare şi apoi una lent descrescătoare, în

domeniul aparatului. Acul indicator trebuie să se mişte continuu fără opriri locale.

d) Verificarea timpului de amortizare se face după cum urmează:

— se introduce în aparat o tensiune astfel încât să se obţină pe scala acestuia o deviaţie

a acului indicator, pe un reper situat la mijlocul scării gradate;

— se întrerupe legătura dintre compensator şi milivoltmetru aşteptând până se atinge

punctul iniţial al scalei, după care se reface conexiunea pornind în acelaşi timp un

cronometru. Timpul în care amplitudinea oscilaţiilor acului indicator se reduce până la 1%

din lungimea scării gradate reprezintă timpul de amortizare. Dacă timpul de amortizare

depăşeşte valorile din tabelul 3.2.1, milivoltmetrul se respinge la verificare.

Tabelul 3.2.1. Timpul de oscilaţie admis pentru echipajul mobil al milivoltmetrului pirometric

Lungimea scării gradate, mm Timpul de oscilaţie, s

Până la…………….59 3

Cuprins între…………60 – 90 5

Cuprins între………….100 – 149 8

Peste……………..150 12

e) Verificarea indicaţiilor milivoltmetrului

— Se scurcircuitează bornele de conexiuni ale aparatului şi se va aduce acul indicator,

rotind şurubul corector, pe temperatura iniţială a scării gradate. După reglajul de 0 se va

înlătura scurtul de la borne.

— Se introduce în circuitul de măsurare o tensiune reglată crescător până ce acul

indicator se va opri în dreptul reperului cifrat vizat şi se determină pe compensator acesta

tensiune.

— Se execută un număr de minim 6 determinări corespunzătoare poziţiilor de 0, 20,

40, 60, 80, 100% din domeniul de măsurare.

— Se reiau verificările aceloraşi tensiuni introduse în milivoltmetru dar cu tensiunea

variind descrescător.

Prelucrarea rezultatelor

Se determină eroarea tolerată a milivoltmetrului cu relaţia:

100

)( isA

EEcE

, mV

unde: EA este eroarea tolerată a aparatului;

c este clasa de precizie a aparatului;

ES – Ei reprezintă domeniul de măsură al aparatului;

ES, Ei sunt limita maximă, respective minimă a aparatului, în mV.

Se converteşte această eroare în oC, pentru fiecare reper verificat, folosind tabelele de

variaţii a t.t.e.m. cu temperatura, corespunzătoare tipului de termocuplu cu care se conectează

aparatul.

Pentru fiecare determinare se converteşte tensiunea introdusă în mV, în indicaţii de

temperatură, folosind tabelele t.t.e.m. indicate pentru temperatura sudurii reci de 0ºC şi

tabelele de corecţii funcţie de temperatura sudurii reci.


20

Exemplu de calcul

Un milivoltmetru pirometric Fier – Constantan folosit într-o instalaţie industrială are

temperatura corespunzătoare reperului iniţial al scării 20ºC. La verificarea reperului

corespunzător temperaturii de 500ºC, se măsoară pe compensator tensiunea de 26,481 mV.

Pentru temperatura iniţială a scării gradate de 0ºC, tensiunea măsurată se corectează cu

valoarea corespunzătoare t.t.e.m. dezvoltată de termocuplu cu temperatura sudurii calde la

20ºC., iar a sudurii reci la 0ºC, valoarea preluată din tabelele de corecţie funcţie de

temperatura sudurii reci. În cazul exemplului folosit:

e = 1.019, deci: e(t – 0) = e(t – 20) + C = 26.481 + 1.019 = 27.5 mV

Acestei tensiuni îi corespunde (din tabele) temperatura t2 = 502ºC.

Se determină eroarea t în ºC a punctului verificat: t = t1 – t2

unde: t1 este valoarea reperului de pe milivoltmetru (oC);

t2 este temperatura corespunzătoare tensiunii introduse (oC).

Datele măsurate şi prelucrate se vor centraliza în tabelul 3.2.2.

Tabelul 3.2.2. Verificarea unui milivoltmetru pirometric

Nr.

crt.

Reperul la

care se

execută

verificarea

t1 (oC)

Tensiunea

introdusă prin

compensator

U (mV)

Temperatura

corespunzătoare

tensiunii U

t2 (oC)

Eroarea

milivoltmetrului

t = |t1 - t2| (oC)

Eroarea tolerată

Ea = (t/t1).100

mV %

1 2 3 4 5 6 7

Tabelul 3.2.3 Variaţia t.t.e.m . a termocuplului Platin - Rhodiu (10%) - Platin în funcţie de temperatură

(joncţiunea de referinţă la 0°C)

Temp.°C 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

t.t.e.m.

0 0,000 0,055 0,113 0,173 0,235 0,299 0,365 0,432 0,502 0,573

100 0,645 0,719 0,795 0,872 0,950 1,029 1,109 1,190 1,273 1,356

200 1,440 1,525 1,611 1,698 1,785 1,873 1,962 2,051 2,141 2,232

300 2,323 2,414 2,506 2,599 2,692 2,786 2,880 2,974 3,069 3,164

400 3,260 3,356 3,452 3,549 3,645 3,743 3,840 3,938 4,036 4,135

500 4,234 4,333 4,432 4,532 4,632 4,732 4,832 4,933 5,034 5,136

600 5,237 5,339 5,442 5,544 5,648 5,751 5,855 5,960 6,064 6,169

700 6,274 6,380 6,486 6,592 6,699 6,805 6,913 7,020 7,128 7,236

800 7,345 7,454 7,563 7,672 7,782 7,892 8,003 8,114 8,225 8,336

900 8,445 8,560 8,673 8,786 8,899 9,012 9,126 9,240 9,355 9,470

1000 9,585 9,700 9,816 9,932 10,048 10,165 10,282 10,400 10,517 10,635

1100 10,754 10,872 10,991 11,110 11,229 11,348 11,467 11,587 11,707 11,826

1200 11,947 12,007 12,188 12,308 12,429 12,550 12,671 12,792 12,913 13,034

1300 13,155 13,276 13,397 13,519 13,640 13,761 13,883 14,004 14,125 4,247

1400 14,368 14,489 14,610 14,731 14,852 14,973 15,094 15,215 15,336 15,456

1500 15,576 15,697 15,817 15,937 16,057 16,176 16,296 16,415 16,534 16,653

1600 16,771 16,890 17,009 17,125 17,423 17,360 17,477 17,594 17,711 17,826

1700 17,942 18,056 18,170 18,282 18,394 18,504 18,612 - - -

Tabelul 3.2.4 Corecţiile pentru joncţiunea de referinţă a termocuplului PtRh (10%) Pt

Temp.°C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Corecţia (mV)

0 0,000 0,006 0,011 0,016 0,022 0,027 0,033 0,033 0,044 0,050

10 0,055 0,061 0,067 0,072 0,078 0,034 0,090 0,095 0,101 0,107

20 0,113 0,119 0,125 0,131 0,137 0,142 0,148 0,154 0,161 0,167

30 0,173 0,179 0,185 0,191


21

Tabelul 3.2.5 Erori tolerate termocuplului Platin - Rhodiu - Platin (joncţiunea de referinţă 0°C)

Temperatura

(oC)

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100

Eroarea

tolerată

mV 0.016 0.022 0.025 0.027 0.029 0.029 0.031 0.037 0.043 0.05 0.057 oC 3 3 3 3 3 3 3 3.5 4 4.5 5

Lucrarea 4

4.1. Verificarea unui manometru cu element elastic

Scopul lucrării este de a prezenta metoda cea mai utilizată în practica verificărilor

metrologice ale manometrelor cu element elastic.


Instalaţii şi aparate necesare: sursă de presiune corespunzătoare domeniului de măsură

al manometrului de verificat şi manometru etalon. Clasa de precizie a manometrului etalon

trebuie să fie cu circa 4 clase superioară clasei de precizie a manometrului de verificat.

Domeniul de măsură al manometrului de verificat trebuie să fie 2/3 din domeniul de măsură

al manometrului etalon.

Schema de principiu a instalaţiei de verificare este prezentată în figura 4.1.1.

Figura 4.1.1. Pompă pentru verificat manometre tip IAUC sau INMB. 1 – pompă cu piston pentru

presiune înaltă; 2 – pompă primară şi rezervor de ului; 3 – ventilul rezervorului de ulei şi manetă a pompei

primare; 4 – ventil; 5 – manometru etalon cu piston şi greutate; 5 – manometru etalon (cu piston şi greutăţi); 6 –

manometru de verificat.

Modul de lucru

Modul de lucru cu pompa pentru verificat manometre tip IAUC sau INMB: se

montează manometrul de verificat (6), manometrul etalon cu piston şi greutate (5), intrând de

obicei în componenţa instalaţiei. Se roteşte maneta (3) de la dreapta la stânga, deschizând

1

2 3

4

5 6


22

astfel ventilul de admisie al uleiului în instalaţie. Se deschide ventilul (4). Pe platanul

manometrului cu piston şi greutate (5) se aşează greutăţile corespunzătoare valorii presiunii

ce trebuie realizată, realizând astfel presiune în instalaţie. Pistonul manometrului cu piston şi

greutate se va ridica, greutăţile aflate pe platan fiind echilibrate de forţa de presiune

exercitată de uleiul pompat de pompa primară. Momentul echilibrării se stabileşte cu ajutorul

reperului de pe tija pistonului manometrului.

În cazul în care pompa primară (2), nu poate realiza presiunea necesară se procedează

astfel: se deschide ventilul de admisie al uleiului în instalaţie prin rotirea manetei (3). Se

deschide ventilul (4). Se roteşte maneta pistonului pompei pentru presiuni ridicate (1)

admiţând ulei în instalaţie. Se închide ventilul de admisie al uleiului în instalaţie prin rotirea

manetei (3), şi se creează presiune în instalaţie prin rotirea aceleiaşi manete cu ajutorul

pompei primare (2). Când maneta (3) nu se mai poate roti, se închide ventilul (4) şi se

creează în continuare presiune în instalaţie cu ajutorul pompei cu piston pentru presiuni

înalte.

Observaţie: Pentru stabilirea corectă a momentului echilibrării forţei de presiune cu

greutăţile de pe platanul manometrului cu piston, este necesar ca între piston şi cilindrul

acestuia să nu apară frecări ne-lichide. Pentru aceasta, în timpul verificărilor se imprimă

pistonului o mişcare de rotaţie care realizează o centrare a acestuia (efect giroscopic) şi o

peliculă de ulei între piston şi cilindru, eliminând astfel frecările.

Efectuarea verificărilor propriuzise:

— Se alimentează standul şi se selectează de pe panoul sinoptic schema

corespunzătoare verificării ce trebuie efectuată.

— Se realizează montajul corespunzător lucrării dorite şi se verifică corectitudinea

executării. Principala operaţie constă în verificarea etanşeităţii circuitului de lucru. Această

verificare se realizează astfel: cu ajutorul sursei de presiune se realizează în instalaţie

presiunea corespunzătoare limitei maxime a domeniului de măsură al aparatului de verificat.

Instalaţia este etanşă dacă în acest timp acul manometrului etalon sau al celui de verificat nu

indică o scădere a presiunii în instalaţie.


Valorile presiunilor indicate de manometrul etalon pa,i şi de manometrul de verificat

atât la creşterea presiunii pc,i cât şi la descreşterea acesteia pd,i sunt trecute în tabelul 4.1.1.

Erorile de precizie corespunzătoare reperului „i‖ sunt:

— la creşterea presiunii: pc,i = pc,i – pa,i

— la descreşterea presiunii: pd,i = pd,i – pa,i

Eroarea de fidelitate corespunzătoare reperului „i‖ este: pf,i = pc,i – pd,i

Interpretarea rezultatelor: Manometrul verificat corespunde din punct de vedere

metrologic dacă erorile de precizie la creşterea şi descreşterea presiunii şi erorile de fidelitate

sunt mai mici decât eroarea tolerată a acestuia. Eroarea tolerată a unui manometru este:

p = C.Lmax/100

unde C este clasa de precizie a manometrului, în procente, iar Lmax este limita maximă a

domeniului de măsură a acestuia.

Tabelul 4.1.1. Valorile presiunilor măsurate

Încercarea

Mărimea 1 2 …

Presiunea la etalon, pa

Presiunea indicată de aparatul de

verificat la creşterea presiunii, pc


23

Presiunea indicată de aparatul de

verificat la descreşterea presiunii, pd

Eroarea de precizie la creşterea

presiunii, Δpc

Eroarea de precizie la descreşterea

presiunii, Δpd

Eroarea de fidelitate, Δpf

Exemplu de calcul

Presiunea la etalon pa = 5 bar

Presiunea indicată de aparatul de verificat la creşterea presiunii, pc = 4.9 bar

Presiunea indicată de aparatul de verificat la descreşterea presiunii, pd = 4.85 bar

Eroarea de precizie la creşterea presiunii Δpc = 0.1 bar

Eroarea de precizie la descreşterea presiunii Δpd = 0.15 bar

Eroarea de fidelitate Δpf = 0.05 bar

Eroarea tolerată a manometrului este : 2.010100

2

100max L

cp bar

4.2 Verificarea unui traductor de presiune

Scopul lucrării este de a prezenta metode de verificare metrologică a traductoarelor

electronice de presiune – traductor de presiune absolută 0 – 1000mmHg.


Instalaţii şi aparate necesare: sursă de presiune (pompă de vid), un manometru etalon

(manometru tub ―U‖ cu mercur) şi un miliampermetru electronic de presiune.

Schema de principiu a verificării este prezentată în figura 4.2.1.

Figura 4.2.1 Pompă pentru verificat manometre tip Automatica. 1 – pompă cu piston; 2 – rezervor; 3 –

ventilul rezervorului de ulei; 4 – ventile; 5 – manometru etalon; 6 – traductor de verificat.

Modul de lucru

— Se alimentează standul acţionând cheia 13;

1

2

3

4

5

6

4


24

— Se realizează conexiunile electrice conform figurii 4.2.2 şi figurii 4.2.3;

— Se conectează la reţea sursa de alimentare a traductorului, acţionând cheile 11 sau

12 în funcţie de sursa de alimentare cu care lucrează;

Observaţie: Este interzisă alimentarea unei surse la care bornele de la ieşire notate 4 –

20 mA sunt în gol (nu sunt legate cu miliampermetrul sau cu sunt scurcircuitate), întrucât se

distruge sursa.

Mărimile citite se înregistrează în tabelul de centralizare a datelor (tabelul 4.2.1).

Figura 4.2.2 Schema electrică de principiu.

Tp

mA

cc

Sursa

mA

K

~220

Miliampermetru

+ –

Traductor de presiune

relativă

+ –

Sursa traductor electronic

4 – 20 mA Traductor

+ – + –

Sursa I

P

~220


25

Figura 4.2.3. Schema de conexiuni


Corespunzător presiunii indicate de manometrul etalon pE se calculează intensitatea IE:

IE = n.1.6 + 4 [mA]

Pentru intensitatea curentului măsurată la miliampermetru (Imăs) se determină presiunea

corespunzătoare:

max

minmax

min pII

IIp mas

mas

unde: Imax = 20 mA

Imin = 4 mA

pmax = 10 bar

Se mai calculează eroarea curentă:

i = IE – Imăs

şi eroarea admisă traductorului:

T = 16.c/100

unde c este clasa de precizie a traductorului (0.05).

Datele se centralizează în tabelul 4.2.1.

Tabelul 4.2.1. Datele verificării traductorului de presiune

Nr.

crt.

pE

[bar]

IE

[mA]

Imăs

[mA]

pmăs

[bar] i T

Exemplu de calcul Presiunea indicată de manometrul etalon: pE = 6 bar

Intensitatea corespunzătoare: IE = 6.1.6 + 4 = 13.6 mA

Intensitatea curentului măsurată la miliampermetru: Imăs = 13.8 mA

Presiunea corespunzătoare: pmăs = 6.125 bar

Eroarea curentă: i = 13.6 – 13.8 = 0.2 mA

Eroarea admisă traductorului: T = 16.0.05/100 = 0.08 mA

Tabelul 4.2.2 Conversia unităţilor de măsură pentru presiune

Unitatea Pa bar at mm H2O(1) mm Hg(2) atm p.s.i.

1Pa=1N/m2 1 10–5

1.0197 . 10–5 0.10197 7.50.10–3 0.986923.10–5 0.14514. 10–3

1 bar 10–5 1 1.0197 11.197. 103 750 0.986923 14.514

1at=1kgf/cm2

98.0665.

103 9.80665 1 104 735.56 0.96784 14.23

1mm H20 9.80665 98.0665.

10–4 10–4 1 73.556. 10–3 0.96784. 10–4 1.423. 10–3

1mm Hg 133.322 133.322.

10–4 13.595. 10–4 13.595 1 13.158. 10–4 19.3385. 10–3

1 atm 1.01325.

105 1.01325 1.0332 1.0332. 104 760 1 14.702


26

1 p.s.i 6.89. 103 6.89. 10–3 70.3. 10–3 703 51.7102 68.04. 10–3 1

Lucrarea 5

5.1. Verificarea unui micromanometru cu tub înclinat şi ASKANIA

Scopul lucrării este de a deprinde studenţii cu utilizarea micromanometrului tip

ASKANIA şi a micromanometrului cu tub înclinat. Se determină constanta unui

micromanometru cu tub înclinat în cazul folosirii unui lichid manometric a cărui densitate nu

se cunoaşte cu precizia necesară. Constanta aparatului se stabileşte prin compararea

indicaţiilor acestuia cu ale unui micromanometru ASKANIA.


Micromanometrul tip ASKANIA şi micromanometrul cu tub înclinat sunt aparate de

măsurat diferenţe mici de presiune cu precizie ridicată. Ordinul de mărime al diferenţelor de

presiune măsurate este de câţiva zeci mm H2O. Diferenţa de presiune indicată de

micromanometrul ASKANIA corespunzătoare unei denivelări h (mm) citite la poziţia de

echilibru este:

Δpask = ρH2O.g

. Δhask

.10

-3 [N/mm

2]

unde: ρH2O este densitatea apei utilizate ca lichid manometric în aparat;

g este acceleraţie gravitaţională (g = 9,81 m/s2);

Δhask este denivelarea citită (mm).

Diferenţa de presiune indicată de micromanometrul cu tub înclinat se determină cu

relaţia:

Δpti = k.l.10

-3 [N/m

2]

unde: k este constanta aparatului ( N/m3);

l este lungimea pe care se ridică lichidul manometric pe tubul înclinat (mm).

Constanta aparatului depinde de densitatea lichidului manometric utilizat şi de

caracteristicile constructive ale aparatului (poziţia tubului înclinat, diametrul tubului înclinat

şi cel al rezervorului).

Pentru aparatul utilizat constanta k se poate exprima cu suficientă precizie, prin relaţia:

k = ρ.g

.sin α [N/m

3]

unde: ρ este densitatea lichidului manometric (necunoscută) (kg/m3);

g este acceleraţia gravitaţională (g = 9,81 m/s2);

α este unghiul înclinării tubului faţă de orizontale.


Schema de principiu a instalaţiei este prezentă în figura 5.1.1. În locul parei se foloseşte

o instalaţie de creat suprapresiuni cu sticlă de plastic.


27

Figura 5.1.1. Schema de principiu a instalaţiei de verificare

Modul de lucru

— Se montează cele două micromanometre în poziţie de lucru, operaţia executându-se

cu ajutorul şuruburilor de colare şi a nivelelor aflate pe postamentele aparatelor.

— Se aduce la priza (+) a fiecărui aparat tubul de cauciuc la capătul căruia se creează

suprapresiunea. Priza (–) se lasă liberă (sub acţiunea presiunii atmosferice).

— Se creează cu ajutorul sticlei de plastic o suprapresiune, măsurată de cele două

manometre.

Notă: Se are în vedere ca suprapresiunea creată să nu depăşească valoarea care ar face

să iasă lichidul manometric din vreunul din cele două micromanometre.


Datele măsurate şi cele calculate se centralizează în tabelul 5.1.1.Se repetă operaţia

pentru realizarea a cinci măsurători de suprapresiuni diferite.

Tabelul 5.1.1. Centralizarea datelor necesare verificării micromanometrului cu tub înclinat

Nr.

crt.

Δhask

(mm)

Δpask

(N/m2)

l

(mm)

K

(N/m3)

K*

(N/m3)

Ρ

(kg/m3)

Din egalitatea presiunilor indicate de cele două aparate:

Δpask = Δptub înclinat

rezultă:

k = Δpask/l

Valoarea constantei aparatului se estimează ca valoare medie a şirului de date:

k* =

n

i

ikn 1

1

n fiind numărul de citiri.

Rezultă densitatea fluidului:

sin

*

g

k

în care unghiul α se estimează în funcţie de înclinarea tubului faţă de orizontală.

Valoarea constantei k* se reţine şi se utilizează în partea a doua a lucrării, respectiv la

determinarea vitezei medii într-o conductă de aer ventilat.

Exemplu de calcul

Denivelarea citită la micromanometrul ASKANIA: Δhask = 85.6 mm

Diferenţa de presiune corespunzătoare: Δpask = 839.74 Pa


28

Lungimea la micromanometrul verificat: l = 186 mm

Constanta k pentru această măsurătoare: k = 4514.73

Densitatea fluidului: = 920.44 kg/m3

5.2 Determinarea vitezei medii în canalul de aer ventilat

Scopul lucrării este de familiarizare a studenţilor cu metodele de măsurare a vitezei pe

baza determinării presiunii dinamice şi cu metodele de determinare indirectă a vitezei medii.


În conducta de aer ventilat, care are secţiune rectangulară, sunt montate două tuburi

Pitot–Prandtl fixe, care măsoară presiunea dinamică în centrul canalului şi un anubar, a cărui

poziţie în secţiune se poate modifica pe orizontală şi verticală, astfel încât acesta poate

determina presiunea dinamică în diferite puncte ale secţiunii. Prizele de presiune ale tubului

Pitot–Prandtl şi anubarului sunt racordate la un micromanometru cu tub înclinat.

Modul de lucru Secţiunea rectangulară a canalului va fi împărţită în 9 arii de suprafeţe egale, ca în

figura 5.2.1, făcându-se măsurători de presiune dinamică cu anubarul fixat în centrul acestor

arii.

Figura 5.2.1. Împărţirea ariei rectangulare în cele 9 suprafeţe egale


Se va măsura lungimea indicată de micromanometrul cu tub înclinat, pentru fiecare din

cele 9 suprafeţe egale. Măsurătorile efectuate se vor trece în tabelul 5.2.1.

Tabelul 5.2.1 Valorile măsurate pe cele 9 suprafeţe

Aria 1 2 3 4 5 6 7 8 9

l (mm)

Vitezele în punctele 1 .. 9 se vor determina cu relaţia:

aer

iii

lkw

81.92 [m/s]

unde: i = 1 .. 9

ki este constanta micromanometrului (în funcţie de înclinarea tubului)

li este lungimea coloanei de lichid în tub (în mm)

este densitatea fluidului a cărui viteză se măsoară (în kg/m3)

Densitatea aerului se poate determina cu relaţia:

tear

273

273293.1 [kg/m

3]

în care t este temperatura aerului, în oC.

Viteza în centrul canalului pe baza măsurătorilor efectuate are valoarea:

.1 .2 .3

.4 .5 .6

.7 .8 .9


29

aer

lkw

55

max

81.92 [m/s]

Viteza medie în canal va rezulta din relaţia:

9

9

1

i

i

med

w

w [m/s]

Lucrarea 6

6.1 Verificarea unui debitmetru diferenţial

Scopul lucrării îl constituie verificarea metrologică a unui debitmetru diferenţial cu

plutitor.


Se va folosi instalaţia de verificare a debitelor, prezentată în figura 6.1.1.

1

2

3

4

4

5

6

7

4

8

9

9

9

10

11

12 12


30

Figura 6.1.1. Instalaţie de verificare a debitelor: 1 – pompă; 2, 3, 4, 9, 11, 12 – robinete; 5 – vas de

separare pentru impuls ―+‖; 6 – vas de separare pentru impuls ―-―; 7 – traductor de presiune diferenţială; 8 –

debitmetru diferenţial; 10 – manometru etalon.

Modul de lucru

Înainte de a începe lucrul efectiv, se verifică instalaţia. Această operaţie constă în

verificarea etanşeităţilor, eliminarea aerului prin purjare prin robinetele 11, 12 şi din aducerea

lichidului din vasele 5 şi 6 la acelaşi nivel prin purjare, fie prin adaos de apă. Rezultatul se

constată prin egalizarea nivelului mercurului în cele două braţe ale manometrului etalon.

Cu ajutorul pompei 1 se creează diferite presiuni crescătoare corespunzătoare indicării

de către debitmetrul 8 a unor valori ale debitului din domeniul lui de măsură (cel puţin 5

puncte uniform distribuite). Se citesc valorile debitelor Qv (m3/h) indicate de către

debitmetrul diferenţial şi respective presiunile corespunzătoare hE (mm Hg) indicate de către

manometrul etalon. Se fac citiri pentru două regimuri de funcţionare: la creşterea presiunii,

respective la descreşterea ei.

Prezentarea rezultatelor Rezultatele obţinute se trec în tabelul 6.1.1.

Tabelul 6.1.1. Datele necesare verificării debitmetrului diferenţial

Nr.

măs.

Date măsurate

Date calculate

hE (mm Hg) Qv (m3/h) QV

E (m

3/h) ΔQv

m (m

3/h)

Între debitul QVE care ar trebui să fie indicat de debitmetrul diferenţial în condiţii de

eroare nulă şi presiune diferenţială hE citită la manometrul diferenţial există relaţia:

EV hkQ

unde k este constanta de etalonare a aparatului, constantă ce depinde de dimensionarea

dispozitivului de strangulare şi de parametrii fluidului de lucru.

Constanta k se determină astfel:

max

max

h

Qk

unde Qmax este limita maximă a domeniului de măsură, iar hmax este presiunea

corespunzătoare indicată de constructorul aparatului în cartea tehnică şi pe plăcuţa cu date

tehnice a aparatului. Pentru instalaţia prezentată, Qmax = 12 m3/h şi hmax = 6400 m H2O. Deci

k = 0.15.

Dacă introducem hE în mm Hg în relaţia de debit, atunci se obţine:

EV

OH

OHHg

EV

hQ

hkQ

5318.0

2

2

unde k = 0.15, ρHg = 13,545 kg/dm3, ρH2O = 0.998 kg/dm

3.

Eroarea de măsură a debitmetrului este:

V

E

V

m

V QQQ

Pentru ca debitul diferenţial cu plutitor să fie acceptabil, din punct de vedere

metrologic, este necesar ca:


31

18.0100

max Qc

Qm

V

unde c este clasa de precizie a aparatului (c = 1.5, Qmax = 12m3/h).

Exemplu de calcul

Presiunea indicată de aparatul etalon: hE = 370 mmHg

Debitul corespunzător calculat: QVE = 0.5318

.19.24 = 10.23 m

3/h

Debitul măsurat: Qv = 10 m3/h

Eroarea de măsură: ΔQvm

= 0.23 m3/h

6.2 Verificarea unui lanţ electronic de măsurare a debitului

Scopul lucrării îl constituie verificarea metrologică a unui lanţ electronic de măsurare

a debitului.


Schema de principiu a instalaţiei este prezentată în figura 6.2.1, iar schema de

conexiuni în figura 6.2.2.

Figura 6.2.1. Schema funcţională de principiu

Miliampermetru

+ –

Traductor

Extractor de radical

Intrare Ieşire

+ – + –

De la traductor Ieşire spre surse

f1 f2 f3 f4

+ – + – + – + –

Sursa pentru traductorul electronic

Ieşire 2–10 mA Ieşire 4–20 mA Traductor

+ – + – + –

X

mA

Er Sursa

K K

Tp

~220V ~220V

mA

cc


32

Figura 6.2.2 Schema de conexiuni a instalaţiei

Modul de lucru

Se alimentează standul prin manevrarea cheii de comandă 6 şi se selectează prezenta

lucrare cu cheia 2. Se realizează schema de conexiuni corespunzătoare figurii 6.2.2.

Se conectează la reţea sursa de alimentare şi extractorul de radical, manevrând cheile 3

sau 5 în funcţie de aparatele utilizate.

Observaţie: Nu se alimentează sursele şi extractoarele de radical dacă ieşirile lor de 4 –

20 mA sunt în gol, respective nu sunt racordate la un miliampermetru sau nu sunt

scurtcircuitate, deoarece acestea se pot distruge.

Pe partea mecanică a standului se va folosi instalaţia de verificare a debitelor,

prezentată în figura 6.1.1. Se verifică etanşeităţile, eliminarea aerului prin purjare cu

robinetele 11 şi 12 şi din aducerea lichidului din vasele 5 şi 6 la acelaşi nivel. Rezultatul se

constată prin egalizarea nivelului mercurului în cele două braţe ale manometrului etalon.

Cu ajutorul pompei 1 se creează diferite presiuni crescătoare corespunzătoare indicării

de către debitmetrul 8 a unor valori ale debitului din domeniul lui de măsură (cel puţin 5

puncte uniform distribuite). Se citesc valorile debitului Qtrad(%) indicate de traductor şi

valorile presiunii diferenţiale hE (mm Hg) indicate de manometrul etalon. Se fac citiri pentru

două tipuri de regimuri: când presiunea creşte şi când scade.


Rezultatele obţinute se trec în tabelul 6.2.1.

Tabelul 6.2.1. Datele necesare verificării lanţului electronic de măsurare a debitului

Nr.

Măs.

Date măsurate

Date calculate

hE (mmHg) Qtrad (%) Qtrad (m3/h) ΔQV

E (m

3/h) ΔQtrad (m

3/h)

1

Valoarea debitului la milivoltmetru se face în %. Deoarece traductorul de presiune

diferenţială a fost etalonat pentru ca Qmax = 12 m3/h să indice 100%, rezultă relaţia:

12[%] tradtrad QQ [m3/h]

Eroarea de citire a traductorului de presiune diferenţială se determină cu relaţia:

trad

E

Vtrad QQQ [m3/h]

Pentru ca indicaţiile lanţului de măsură să fie acceptate trebuie ca:


33

Qtrad < 2.0100

max

222

Qccc hxtrad

[m3/h]

Exemplu de calcul

Presiunea indicată de aparatul etalon: hE = 370 mmHg

Debitul corespunzător calculat: QVE = 0.5318

.19.24 = 10.23 m

3/h

Debitul indicat de traductor: Qtrad = 81%

Qtrad = 9.72 m3/h

Eroarea de măsură: ΔQtrad = 10.23 – 9.72 = 0.51 m3/h

Lucrarea 7

7.1 Măsurarea debitelor cu ajutorul rotametrelor

Scopul lucrării este de a deprinde măsurarea debitului de fluide ce trec printr-o

conductă cu ajutorul rotametrelor.


Principiul rotametrului: Rotametrele sunt debitmetre cu diferenţă constantă de presiune

şi plutitor rotativ. Aceste aparate sunt utilizate la măsurarea debitelor lichidului şi gazelor pe

baza deplasării unui plutitor într-un tub tronconic gradat, dispus vertical, prin care circulă

fluidul de măsurat. Elementele principale ale unui rotametru sunt: tubul tronconic şi

plutitorul.

Tubul tronconic este un tub calibrat conic, dispus vertical, construit din sticla sau metal.

În general conicitatea (Dmax – Dmin) a tuburilor rotametrelor este de 1/100 care corespunde la

un unghi de 35’, iar în unele cazuri rotametrele au o conicitate de 1/10 corespunzătoare unui

unghi de 536’.

Plutitorul se află montat în interiorul tubului şi are o formă cilindrică, de diferite

diametre. Diametrul maxim al plutitorului trebuie sa fie mai mic decât diametrul interior al

tubului deoarece el trebuie să se deplaseze liber pe toată lungimea tubului. Forma şi

materialul din care se alege plutitorul se alege în funcţie de gama valorilor de măsură ale

debitului şi respectiv de proprietăţile mediului de măsură.

Plutitorul are prevăzut la partea superioară o serie de fante (şenţuleţe) care au rolul să

imprime o mişcare de rotaţie şi să le menţină pe axa de mişcare a tubului. Această mişcare de

rotaţie are ca efect dispunerea plutitorului în centrul curentului şi astfel plutitorul nu atinge

peretele tubului. În cazul rotametrelor de dimensiuni mari, când se folosesc plutitoare grele,

dirijarea plutitorului se face prin intermediul unei tije de ghidare.

Debitul volumetric de fluid care trece prin rotametru este dat de relaţia:

1

*

**2*)(*)(

f

p

p

p

ppvAc

VgAAwAAQ

[m

3/s]

Se observă că singurul element variabil din relaţia de mai sus este aria secţiunii inelare

(A – Ap), respective aria secţiunii transversale a tubului rotametric A. Atunci când tubul are o

formă tronconică A variază liniar cu înălţimea h a tubului şi deci se poate scrie: Qv = f(h)

relaţie care reprezintă relaţia funcţionala fundamentală a rotametrului. Dacă se variază


34

condiţiile de lucru ale fluidului care trece prin rotametru de la starea f la starea f' , fără

ca vâscozitatea să varieze prea mult, atunci se vor folosii pentru citirea rotametrelor

coeficienţii de corecţie:

Pentru lichide:

'

'

*f

f

fp

fpK

Pentru gaze:

'

f

fK

Atunci când un rotametru se foloseşte pentru măsurarea debitului uni fluid cu alte

proprietăţi fizice decât cele pentru care a fost realizat, este necesar sa se schimbe plutitorul.

Forma şi dimensiunile lui rămân aceleaşi ca la primul plutitor, iar masa lui este:

1

2

2

1

2

212 **

mm

Debitul va fi:

1

212 *

QQ

În aceste relaţii s-a notat cu 1 cazul folosirii primului plutitor (al celui original) şi cu 2

cazul folosirii celui de al doilea plutitor, iar cu vâscozitatea cinematica a fluidului.

Cu un manometru diferenţial în forma de U se vor citi presiunile. Se vor citi de

asemenea valorile de debit indicate de debitmetrul diferenţial electromagnetic si de cele două

rotametre.

Modul de lucru

Se vor face măsurători de debit cu ajutorul rotametrelor montate pe reţeaua de apă a

laboratorului. Pentru diferite debite de fluid circulate prin reţeaua de apă se vor face

determinări folosind alternativ un rotametru şi respectiv două rotametre.


Rezultatele obţinute în măsurarea debitului de apă de pe reţea cu ajutorul unui

rotametru, respectiv a două rotametre, se vor trece în tabelul 7.1.1.

Tabelul 7.1.1. Debitele măsurate cu ajutorul rotametrelor

Nr.

măs. Un singur rotametru

Două rotametre Total

Rotametrul 1 Rotametrul 2

7.2 Măsurarea debitului cu ajutorul diafragmei

Scopul lucrării îl constituie determinarea debitului de fluid pe baza măsurării presiunii

diferenţiale generate de diafragmă.

Descrierea instalaţiei Schema instalaţiei pentru măsurarea debitului utilizând diafragma este prezentată în

figura 7.2.1.


35

Modul de lucru

Pentru efectuarea acestei lucrări se foloseşte unul dintre circuitele de apă ale reţelei de

conducte aferente laboratorului. Circuitul constă dintr-un circuit de apă, o pompă, un colector

principal, o diafragmă de măsură, două rotametre, colectoarele C5 si C4 cu cinci rezistenţe de

presiune conectate în paralel între ele şi o serie de ventile cu funcţiuni de închidere –

deschidere sau de reglare. Pentru măsurarea perturbării câmpului de presiuni de către

diafragmă se foloseşte un manometru diferenţial cu tub în forma de U.

Circuitul de lucru se realizează prin deschiderea ventilelor: VA1, VA2, VA3, VA13,

VA11, VA10, VA14, VRA3 şi a robinetelor R1 – R5; se vor închide ventilele: VA4, VA5,

VA15, VA14 si VA11. Se porneşte pompa de circulaţie şi se reglează debitul din circuitul de

lucru prin reglarea turaţiei motorului de antrenare a pompei. O reglare suplimentară a

debitului de apă trecut prin diafragmă se face prin reglarea debitului de apă din circuitul

rotametrelor.

Se vor face citiri pentru un anumit debit trecut prin circuitul diafragmei de măsură şi se

consemnează diferenţa de nivel h în (mm) indicate de manometrul diferenţial.


Se citesc datele caracteristice ale diafragmei de măsură, respectiv d diametrul

orificiului şi D diametrul interior al conductei şi se determină raportul:

D

d

Pentru aceasta valoare determinată se alege din tabelul 7.2.1 un coeficient de debit

(deoarece nu se cunoaşte regimul de curgere se va folosi o metoda iterativă de obţinere a

coeficientului ).

Se determină pierderile de presiune generate de diafragmă:

OHHghgp2

* [N/m2]

Introducând valori numerice pentru g = 9.81 m/s2, Hg = 13545 kg/m

3, H2O = 998

kg/m3 se obţine:

∆p=123.086.∆h Pa

unde h se introduce în mm.

Cu aceste valori obţinute pentru , β şi ∆p se calculează într-o primă aproximaţie

debitul de apa cu relaţia:

OH

m

pdQ

2

*2*

4

**

2

kg/s

Cunoscând acum debitul de fluid se determină regimul de curgere prin conductă:

4*** 2

2D

QW

OH

m

b

m/s

DWd b *

Re , =1.006.10

-6 m/s

2

Cu această valoare a lui Re şi cu β determinat la început se obţine din tabel o nouă

valoare pentru coeficientul de debit cu care se reia calculul debitului de apă Qm trecut prin

diafragmă.

Se vor consemna concluzii privind metoda iterativă de determinare a debitului atunci

când nu se cunoaşte regimul de curgere al fluidului.


36

Tabelul 7.2.1Valorile coeficienţilor de debit

Red

Β 104 2

.10

4 3

.10

4 5

.10

4 10

5 106

107 10

8

0.72 0.747 0.728 0.720 0.714 0.708 0.701 0.708 0.70

0.74 0.764 0.748 0.735 0.728 0.721 0.714 0.712 0.71

0.76 — 0.760 0.751 0.743 0.736 0.728 0.727 0.72

0.78 — 0.779 0.770 0.761 0.753 0.744 0.743 0.74

0.52 — 0.636 0.6337 0.6314 0.6291 0.6253 — —


37

Figura 7.2.1. Schema instalaţiei pentru măsurarea debitului utilizând diafragma

Rezervor apa R1

R2

R3

R4

R5

R7 R6

h

Debitmetru

electromagnetic

Diafragma de

măsurare

VA44 VA11 VA10

VA14

VA15 VA13

VA 4 VA 3

VA 2

VA 1

VRA11

VA 5

Manometru diferential

cu Hg


38

Lucrarea 8

8.1 Măsurarea conţinutului de umiditate al gazelor

Scopul lucrării: Compararea indicaţiilor dintre mai multe aparate indicatoare de

umiditate.


Descrierea principiului de funcţionare al aparatelor

Aparatul Peutron se bazează pe principiul măsurării conţinutului de umiditate prin

determinarea punctului de rouă din temperatura de echilibru a materialelor higroscopice.

Determinarea punctului de rouă se realizează prin măsurări de temperatură cu ajutorul a două

termometre. Principiul se bazează pe faptul că la aceeaşi temperatură presiunea vaporilor de

apă într-o soluţie de sare cristalizată este mai redusă decât presiunea de saturaţie a vaporilor

de apă. În figura 8.1 sunt redate în mod comparativ presiunea vaporilor de apă a unei soluţii

de clorură de litiu cristalizată şi presiunea de saturaţie a vaporilor în funcţie de temperatură.

Atâta timp cât presiunea parţială a vaporilor din aer este mai mare decât presiunea parţială a

vaporilor din soluţia de clorură de litiu, aceasta va absorbi umiditatea din atmosferă.

Crescând temperatura soluţiei de clorură de litiu, aceasta nu mai preia apă din atmosferă,

stabilindu-se un echilibru între ambele presiuni parţiale ale vaporilor. Din graficul prezentat

în figura 8.1 se determină temperatura de rouă corespunzătoare temperaturii de echilibru.

Traductorul de umiditate este prezentat în figura 8.2 având următoarele repere: 1-înfăşurarea

de încălzire; 2-vată de sticlă impregnată; 3-tub de sticlă; 4-termometru; 5-termorezistenţă.

Când sesizorul şi aerul înconjurător au aceeaşi temperatură, clorura de litiu absoarbe apă din

aer. Dacă termorezistenţei i se aplică o tensiune alternativă, un curent electric trece prin

soluţia de clorură de litiu, încălzind-o conform legii Joule - Lenz. Prin creşterea temperaturii

creşte presiunea parţială a vaporilor din soluţie până la echilibru. Cu ajutorul termometrului

se măsoară temperatura stratului de LiCl, iar din curba presiunii parţiale a vaporilor din

soluţie se deduce presiunea parţială a vaporilor (pv).

Figura 8.1. Presiunea parţială a vaporilor de apă a unei soluţii saturate de LiCl.


39

Figura 8.2. Sesizorul traductorului de umiditate cu clorură de litiu

Cu cel de-al doilea termometru se măsoară temperatura aerului înconjurător, ceea ce

permite aflarea presiunii de saturaţie corespunzătoare acestei temperaturi (pv sat). Limita

erorilor este de 1% şi 2% umiditate relativă la temperatura mediului de 10o C, respectiv

40o C.

Psihrometrul cu aspiraţie reprezintă cel mai răspândit aparat pentru măsurarea

umidităţii relative (figura 8.3).

Figura 8.3. Psihrometrul cu aspiraţie

Se compune dintr-un ventilator acţionat de un arc sau de un motor electric alimentat de

o baterie, care aspiră aer cu o viteză constantă (2 m/s) prin ambele traductoare de

temperatură. În timp ce termometrul din stânga este expus direct aerului (termometru uscat),


40

cel de–al doilea este înconjurat cu gaze menţinute umede (termometru umed). Datorită

curentului de aer, o cantitate de apă se evaporă consumând o cantitate de căldură luată din

aer. Temperatura indicată de termometrul umed va scade şi va coborî cu atât mai mult cu cât

se vaporizează o cantitate mai mare de apă, adică cu cât aerul iniţial este mai uscat. Diferenţa

de temperatură între termometrul umed şi cel uscat se numeşte diferenţă psihrometrică şi

permite determinarea presiunii parţiale a vaporilor de apă cu relaţia lui Sprung:

pv = pv sat – 775

bp.0,5

.(tus – tum)

în care s-a notat cu: pv – presiunea parţială a vaporilor, torr; pv sat – presiunea de

saturaţie la temperatura termometrului umed, torr; pb – presiunea barometrică, torr; tus –

temperatura indicată de termometrul uscat, oC; tum - temperatura indicată de termometrul

umed, oC.

Relaţia lui Sprung este valabilă pentru temperaturi ce nu depăşesc 50 oC.

Detectorul de umiditate U21

Detectorul de umiditate furnizează semnale rezistenţă corespunzătoare temperaturilor

măsurate de două termorezistenţe; una umedă şi alta uscată, ambele termorezistenţe fiind

expuse unui curent de aer cu o viteză de circa 3m/s. Pentru umezirea uneia dintre

termorezistenţe este prevăzut un rezervor intern cu apă, care conţine circa 300 cm3, cantitate

care în mod normal este suficientă pentru şapte zile de funcţionare continuă. Pentru mărirea

duratei de funcţionare între două alimentări cu apă se poate adăuga un rezervor suplimentar

tip U94, având o capacitate de circa 1700 cm3, care asigură menţinerea unui nivel constant în

rezervorul detectorului. În instalaţiile în care există o uşoară suprapresiune asigurând o viteză

de ieşire a aerului de circa 3m/s, se poate utiliza detectorul U22, fără ventilatorul U23.

Aparatul funcţionează cu înregistratoare din seria E736.

Figura 8.4. Schema de principiu pentru verificarea detectorului de umiditate U21.

Caracteristici tehnice:

— Domenii de măsurare: gama de temperatură 0 – 70oC

gama de umiditate relativă 20 – 100%

— Rezistenţa cablului de legătură: 5 ohmi

— Precizie: 1% pentru umiditate relativă

0,3% pentru temperatură

— Alimentare ventilator: 220 V 10%; 50 sau 60 Hz

— Putere electrică absorbită: circa 15 VA pentru U21

circa 30 VA pentru U22 – U23

— Montare: pe perete sau pe sol

— Viteza curentului de aer: circa 3m/s


41

— Greutate: 6,5 kg

Psihrometrul electronic este constituit din aparatul propriu-zis şi traductorul de

umiditate. Carcasa aparatului cuprinde cablajul imprimat şi transformatorul de alimentare. Pe

panoul frontal sunt montate instrumente indicatoare cu scara gradată în unităţi de temperatură

(oC) precum şi elementele de comandă şi reglare, respectiv întreruptorul tensiunii din reţea,

becul de semnalizare a tensiunii din reţea, comutatorul interval, care selectează intervalul de

temperatură (0-25oC, respectiv 20-45

oC) şi comutatorul modului de lucru, cu patru poziţii:

reglaj zero, calibrare, tuscat, tumed.

Blocul traductor cuprinde într-o singură unitate constructivă elementele sensibile la

variaţiile de temperatură, respectiv două termorezistenţe de Pt100 jucând rolul termometrului

uscat şi al celui umed, rezervorul de apă distilată şi motorul cu ventilator, toate într-o carcasă

de material plastic.

Higrometrul electronic

Funcţionarea sa se bazează pe faptul că modificările umidităţii aerului conduc la

schimbarea concentraţiei unei soluţii de sare expusă în atmosfera respectivă. La aceeaşi

umiditate a aerului se întâlneşte o concentraţie constantă a soluţiei de sare. Această umiditate,

numită de ―echilibru‖ este o măsură a concentraţiei soluţiei de sare. Schimbările survenite în

concentraţie şi temperatură determină modificări ale conductivităţii electrice a soluţiei.

Bazat pe acest principiu aparatul conţine ca element primar un higriator funcţionând ca

o celulă electrochimică, în care electrolitul este constituit dintr-o substanţă higroscopică. În

funcţie de necesităţi higrometrul electronic poate fi echipat cu 1-5 higriatori după cum trebuie

măsurată umiditatea relativă a aerului pe un interval mai îngust sau mai larg.

Higrometrul de absorbţie se bazează pe deformarea (alungirea) unor materii organice

ca: fir de păr, hârtie etc. cu precizie 2 – 3%.

Figura 8.5. Higrometrul de absorbţie

Modul de lucru

Se vor efectua măsurători de umiditate a aerului cu ajutorul aparatelor prezentate mai

sus. La punerea în funcţiune şi în timpul măsurătorilor se vor respecta indicaţiile date de

fabricile constructoare.

Psihrometrul electronic, higrometrul electronic şi psihrometrul cu fir de păr se pun în

funcţiune simplu prin conectarea la sursa de tensiune (pentru primele două aparate). După

calibrare se fac citirile pentru valorile temperaturilor indicate de termorezistenţele umede şi

uscate şi se compară cu tabelele psihrometrice.

Masurarea Marimilor Neelectrice Laborator

Documents

Transcript of Masurarea Marimilor Neelectrice Laborator