MASURARI ALE MARIMILOR NEELECTRICE

Continutul acestui material a fost stabilit in functie de specificul pregatirii energetice, de programa disciplinei 'MASURARI ALE MARIMILOR NEELECTRICE' si de dotarea tehnica a laboratorului de 'RETELE SI MASURARI TERMICE' din cadrul CATEDREI DE CENTRALE ELECTRICE SI ENERGETICA INDUSTRIALA. Materialul se adreseaza studentilor de la cursurile de ingineri zi/seral si cele de colegiu seral din cadrul FACULTATII DE ENERGETICA.

Lucrari propuse:

Lucrarea 1:

1.1 Verificarea termometrelor

1.2 Verificarea termorezistentelor

Lucrarea 2:

2.1 Verificarea unui logometru

2.2 Inertia termica a detectoarelor de temperatura

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 inclinat si ASKANIA

5.2 Determinarea vitezei medii intr-o conducta de aer ventilat

Lucrarea 6:

6.1 Verificarea unui debitmetru diferential

6.2 Verificarea unui lant electronic de masurare a debitului

Lucrarea 7:

7.1 Masurarea debitelor cu ajutorul rotametrelor

7.2 Masurarea debitelor cu ajutorul diafragmei

Lucrarea 8:

8.1 Masurarea continutului de umiditate

Lucrarea 1

1.1 Verificarea termometrelor

Scopul lucrarii il constituie verificarea metrologica a unor termometre(cu lichid, cu bimet]al sau manometrice).

Descrierea instalatiei

Lucrarea se efectueaza pe standul Temperaturi - 1. Pentru verificare se va folosi instalatia "Ultratermostat U 10". Schita de principiu a instalatiei este prezentata in figura 1.1.1. Principiul de functionare si principalele elemente componente ale baii termostat sunt indicate in figura 1.1.2. Recipientul de temperatura joasa este un vas dublu din portelan in care se introduce apa cu gheata (pentru temperaturi pana la 0sC) sau zapada carbonica (pentru temperaturi de -60sC). In vas se afla o serpentina sub forma de paner. Extremitatile serpentinei se cupleaza prin releu la supapa releu ca in figura 1.1.1. Supapa releu este comandata electric la atingerea temperaturii fixate pe termometrul cu contact electric reglabil (Wertex), astfel incat sa permita trecerea partiala a fluidului termostatic prin serpentina recipientului rece. Rezistenta de incalzire este alimentata cu curent electric in perioada cand contactul termometrului Wertex nu este inchis.

Caracteristici tehnice:

- tensiunea de alimentare 220V;

- frecventa 50nm;

- agenti termostatici si domeniul de temperaturi: metanol (-60..0sC), apa distilata (1..95sC); agent WT 250 (-30.140sC).

Pentru temperaturi ridicate se folosesc bai termostat cu saruri topite (250..550sC).

Modul de lucru

- se verifica starea instalatiei (legaturile electrice, existenta apei sau a uleiului pana la nivelul indicat, functionarea motorului electric, etc.);

- se introduce termometrul (sau termometrele) de verificat in lichidul termostatic pana la limita de imersie indicata de producator;

- se fixeaza temperatura de termostatare cu ajutorul termometrului Wertex;

- se alimenteaza cu tensiune instalatia pornindu-se totodata si pompa de circulatie;

- se asteapta atingerea acestei temperaturi (acest moment este semnalizat optic prin stingerea lampii blocului electric al termostatului);

- se asteapta la fiecare temperatura termostata cel putin 3 - 5 minute pentru atingerea regimului stationar de schimb de caldura intre agent si elementele sensibile ale termometrelor, timp necesar pentru eliminarea erorilor de regim tranzitoriu. Timpul maxim de asteptare este dictat de termometrul cu constanta de timp cea mai mare.

- se fac citirile la termometrul etalon si la termometrul (termometrele) de verificat. In acest mod se realizeaza o serie de temperaturi precizate prin incalzire si apoi prin racire lenta, comparandu-se rezultatele. Daca nu s-a putut respecta adancimea de imersie, este necesar sa se faca corectia de coloana.

Figura 1.1.1. Schita de principiu a ultratermostatului U10

1 - baie termostat; 2 - recipient de temperatura joasa; 3 - vas de termostat; 4 - robinet (supapa) de comanda.

Figura 1.1.2. Baia Ultratermostatului U10

1 - cuva; 2 - golire cuva; 3 - buson golire cuva; 4 - termometru etalon; 5 - loc de introdus termometru de verificat; 6 - termometru de contact electric reglabil; 7 - pompa si agitator; 8 - conducta tur pompa; 9 - conducta retur pompa; 10 - rezistenta de incalzire; 11 - legatura electrica pentru comanda supapei; 12 - motor antrenare pompa; 13 - bloc de comanda; 14,15 - contacte de releu pentru comandarea rezistentei de incalzire;

Prezentarea rezultatelor, observatii si concluzii

Rezultatele masurarilor se consemneaza 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

S-a notat:

t_E - temperatura citita pe termometrul etalon, in sC;

t_Vi - temperatura indicata de termometrul de verificat nr. i, in sC;

Dt_i = t_E - t_Vi eroarea de masura a termometrului i, in sC.

Se vor prezenta concluzii privind:

desfasurarea lucrarii; (montarea termometrelor, erori)

starea metrologica a termometrelor verificate.

Exemplu de calcul

Date masurate:

t_E = 39 sC

t_V1 = 38 sC

t_V2 = 38 sC

Date calculate:

Dt₁ = 1 sC

Dt₂ = 1 sC

1.2 Verificarea unei termorezistente

Scopul lucrarii este de a prezenta metoda practica de verificare metrologica a termorezistentelor tehnice.

Descrierea instalatiei

Instalatiile si aparatele necesare: incinta (baie) termostat cu domeniu de temperaturi adaptat domeniului termorezistentei, termometre etalon, punte Wheatstone, indicator de nul. Lucrarea se efectueaza pe standul Temperaturi - 1.

Schema electrica de principiu este prezentata in figura 1.2.1.

Modul de lucru

a) Se realizeaza schema electrica din figura 1.2.1, conectand cu conductorii flexibili termorezistenta si aparatele de masura cu bornele corespunzatoare de pe pupitru, in conformitate cu schema de conexiuni din figura 1.2.2. Conexiunile externe sunt figurate cu linie plina. Bornele si etichetele din figura au notatiile identice cu cele de pe standul de lucru.

b) Se conecteaza cheile cu nr. 1, 7 (6V) si 13. Prin actionarea cheii nr.1, se realizeaza legaturile interne reprezentate prin linie punctata si pe schema sinoptica se indica circuitul de lucru.

c) Se verifica instalatia temostat.

d) Se citeste temperatura indicata de termometrul etalon t_E si se determina folosind puntea Wheatstone rezistenta electrica a termorezistentei R_m (Ω); aceste date se consemneaza in tabelul de rezultate (tabelul 1.2.1), fiind prima pereche de date obtinuta.

f) La atingerea temperaturii stationare fixate se determina temperatura etalon (t_E) si rezistenta (R_m).

Operatiile e) si f) se repeta pentru minim 3 puncte in domeniul de temperaturi realizat de instalatia de termostatare.

Figura 1.2.1 Schema de principiu a instalatiei pentru verificarea termorezistentei

Figura 1.2.2 Schema de conexiuni a instalatiei pentru verificarea termorezistentei

Prezentarea rezultatelor, observatii si concluzii

Rezultatele determinarilor si prelucrarii acestora se trec in tabelul 1.2.1.

Tabelul 1.2.1

Notatii:

R_t - rezistenta calculata/citita din tabele corespunzatoare temperaturii t_E (vezi tabelul 1.2.2)

DR_m - eroarea termorezistentei verificate: DR_m = R_t - R_m

DR_C - eroarea admisa termorezistentei (vezi tabelul 1.2.3)

Se compara erorile obtinute DR_m cu erorile tolerate DR_C In cazul in care DR_m > DR_C, termorezistenta nu este corespunzatoare din punct de vedere metrologic.

Se vor comenta cauzele erorilor DR_m (fire de conexiune, erori de inertie termica, erori de imersie, erori de citire, etc).

Exemplu de calcul

La verificarea unei termorezistente tehnice Pt100 s-au determinat:

- temperatura termometrului etalon t_E = 90sC;

- valoarea rezistentei, citita la temperatura t, R_m = 135.9Ω.

Caracteristica termorezistentei este data de ecuatia:

Pentru t_E = 90sC, R_t = 135.24 Ω.

Eroarea termorezistentei

DR_m = R_m - R_t = 135.9 - 135.24 = 0.66 W

Eroarea de temperatura tolerata termorezistentei Pt100 este:

Eroarea de rezistenta tolerata este:

Tabelul 1.2.2.Variatia rezistentei cu temperatura pentru termorezistenta de platina Pt100.

Observatii:

Valorile sunt calculate cu relatia: pentru t = 0.750sC

unde: A = 3.96847^.; B = -5.847^.10^-7 ; C = 4.22^.10^-12.

Tabelul 1.2.3.Relatii de calcul al erorilor tolerate la termorezistentele tehnice

Tabelul 1.2.4 Eroarea tolerata in grade pentru diferite valori ale diviziunii pentru diverse termometre

Tabelul 1.2.5 Erori tolerate termometrelor de laborator

Tabelul 1.2.6 Erorile tolerate termometrelor manometrice cu scara uniforma

Lucrarea 2

2.1. Verificarea unui logometru

Scopul lucrarii este acela de a prezenta logometrele de productie romaneasca, schemele de conexiune si probele privind verificarile logometrelor.

Descrierea instalatiei

Instalatii si aparate necesare: cutie de rezistente, punte Wheatstone, indicator de nul, rezistente reglabile, sursa de curent continuu stabilizata, logometre. Lucrarea se executa pe standul Temperaturi- 1.

Modul de lucru

Verificarea functionarii logometrelor consta din controlarea urmatoarelor:

- miscarea libera a sistemului mobil;

- timpul de amortizare a oscilatiilor acului indicator;

- verificarea functionarii logometrului la tensiune nominala;

- exactitatea indicatiilor;

a) Functie de tipul schemei de legaturi corelat cu tipul logometrului se realizeaza pe standul Temperaturi - 1 una din schemele de verificare indicate in figura 2.1.1 sau 2.1.2.

Pentru indicarea montajului cu doua fire se aseaza cheile: 2, 8 (poz.2), 7 (pe 6 sau 24 V cc. functie de tipul logometrului verificat) si 13. In mod similar pentru realizarea montajului cu 3 fire se actioneaza urmatoarele chei de comanda: 2, 7, 8 (poz.3) si 13.

Schemele pot fi realizate cu toate legaturile aparente figura 2.1.1 sau folosind montajul din figura 2.1.2.; in acest caz conexiunile externe sunt figurate cu linie plina, iar conexiunile interioare conectate prin cheile de comanda, cu linie punctata. Bornele si etichetele din figura 2.1.2 au notatiile identice cu cele de pe stand.

Atentie! Logometrele indicatoare sau regulatoare nu trebuie puse sub tensiune decat dupa conectarea lor in circuitul de masura. Nerespectarea acestor reguli poate duce la deteriorarea echipajului mobil. In consecinta, cheia 7 se va actiona numai la executarea verificarilor.

b) Se calibreaza rezistentele de linie conform indicatiilor de pe cadranul aparatului. Pentru aceasta, de la cheia 10 se conecteaza "Rezistenta linie RLL". Prin aceasta se realizeaza in interior legaturile rezistentei de linie la bornele "Verificarea rezistentei linie", unde se conecteaza un ohmmetru. Prin actionarea butonului rezistentei RL1 , aceasta se calibreaza la valoarea dorita. Se aduce cheia 10 pe pozitia initiala si operatiile se repeta pentru rezistenta de linie RL2, respectiv EL3.

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

d) Se potriveste valoarea rezistentei R a cutiei de rezistente cu care se face simularea cutiei de rezistente, astfel incat sa se obtina la logometru o deviatie pe un reper situat la mijlocul scarii gradate.

e) Verificarea timpului de amortizare se face intrerupand alimentarea din cheia 7 si realimentand logometrul, pornind in acelasi timp un cronometru; timpul in care amplitudinile oscilatiilor acului indicator se reduc la 1% din lungimea scarii gradate reprezinta timpul de amortizare. Daca timpul de amortizare astfel determinat, depaseste valorile din tabelul 2.1.1, logometrul se respinge la verificare.

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

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

Observatie: La montajul pentru verificarea logometrelor cu 2 fire se executa doar conexiunea dintre termorezistenta si bornele T(A) respectiv T1(B).

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

f) Pentru verificarea functionarii logometrului la tensiune nominala acesta va fi alimentat cu o sursa de curent stabilizat cu tensiunea variabila; in paralel cu logometrul se conecteaza un voltmetru:

- se regleaza tensiunea de alimentare la valoarea nominala inscrisa pe cadranul logometrului;

- se regleaza rezistenta R pana cand acul indicator va ajunge pe cadranul logometrului;

- se modifica tensiunea de alimentare in limitele 20% din tensiunea nominala de alimentare. In aceste conditii trebuie ca acul indicator sa nu-si modifice pozitia fata de cea initiala cu mai mult de 0.5% din lungimea scarii gradate; in caz contrar logometrul se respinge la verificare;

- se restabileste tensiunea nominala de verificare a logometrului.

g) Verificarea indicatiilor logometrului se face variind semnalul de rezistenta din cutia de rezistente decadala, in domeniul de rezistente al aparatului. In cazul cand schema de verificare se executa independent de stand este indicat sa se adauge pentru determinari, la valoarea nominala a termorezistentei si valoarea rezistentei de linie; de exemplu, daca la 0 C rezistenta R_t = 100W, iar rezistenta de linie inscrisa pe cadran este de 10W, iar acul indicator se va opri undeva in jurul lui 0^oC (in acest mod cutia de rezistente preia si rolul rezistentei de linie).

Se introduc in circuitul de masurare     valori R (W) ale rezistentei din cutia decadala pana ce acul indicator se va opri in dreptul reperului cifrat t₁ (^oC). Nu se admite ca pe cutia decadala sa fixam rezistenta corespunzatoare reperului cifrat si apoi sa citim eroare pe cadran!

Se executa un numar de minim 6 determinari corespunzatoare pozitiilor 0, 20, 40, 60 si 100% din domeniul de masura. Verificarea se executa cu R crescator si descrescator.

Prelucrarea rezultatelor

Datele obtinute la verificarea logometrului se centralizeaza si se prelucreaza conform tabelului 2.1.2.

Tabel 2.1.2 Prezentarea si prelucrarea rezultatelor de la verificarea logometrelor

In acest tabel notatiile au urmatoarea semnificatie:

- t C] este reperul la care se face verificarea indicatiilor logometrului;

- R [W] este rezistenta introdusa din cutia de rezistente in decade pentru a se atinge acest reper;

- t₂ [ C] este temperatura corespunzatoare rezistentei R (se determina din tabelul 1.2.2);

- ∆t [ C] este eroarea pe care o introduce logometrul in punctul verificat;

- ∆R_A [W] este eroarea admisibila aparatului si se determina cu relatia:

∆R_A = c^.(R_M - R₀)/100

unde c este clasa de precizie a aparatului (exprimata in procente), iar R_M si R₀ reprezinta limita maxima respectiv minima de masurare a aparatului (in W

- Pentru fiecare punct verificat de determina eroarea locala ∆t_x [ C] pe care o admite logometrul, calculata cu:

∆t_x = ∆R_A/M_R

Prin M_R s-a notat panta caracteristicii termorezistentei cu care se cupleaza logometrul, in punctul de temperatura t₁. Marimea M_R, se determina cu datele din tabelul 1.2.2. Datorita caracteristicilor neliniare R=f(t) a termorezistentelor, gradatiile scarii logometrice sunt neuniforme, iar erorile admisibile variabile in lungul scarii.

Exemplu de calcul

Fie un logometru pirometric avand clasa de precizie 1.5 si domeniul de temperatura 0 -400 C, conectat cu termorezistenta Pt100.

Domeniul aparatului este: R₅₀₀ - R₀ = 283.8 - 100 = 183.8W

Eroarea admisa a aparatului: ∆R_A = 1.5^.183.8/100 = 2.757W

Panta caracteristicii termorezistentei Pt100 este :

La limita inferioara M_R|₀ = ∆R/∆t|₀ = 0.397 W C

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

Eroarea de temperatura admisa logometrului la limita domeniului:

La limita inferioara: ∆t_x = ∆R_A/M_R|₀ = 2.757/0.34 = 8.1 ^oC

dt_x = (8.1^.100)/500 = 1.62 %

La limita superioara: ∆t_x = ∆R_A/M_R|₅₀₀ = 2.757/0.397 = 6.95 ^oC

dt_x = (6.95^.100)/500 = 1.3 %

Concluzii privind lucrarea

Se vor consemna principalele elemente care constituie sursa erorilor de metoda la verificarea executata.

Se vor face aprecieri privind influenta sursei de alimentare a logometrului precum si a rezistentelor de linie asupra corectitudinii masuratorilor.

2.2. Inertia termica a detectoarelor de temperatura

Scopul lucrarii este de a pune in evidenta fenomenul de inertie a termometrelor de contact.

Consideratii teoretice

Transferul de caldura intre elementul sensibil al aparatului si mediul a carui temperatura o determinam, se realizeaza prin convectie, conductie si radiatie intr-un regim tranzitoriu pana cand se realizeaza echilibrul termic conform relatiei:

a A^.∆t(t)^.dt = m^.c_p^.∆t₀

unde: a este coeficientul de schimb de caldura, A este suprafata de schimb de caldura, ∆t₀, ∆t diferenta initiala, respectiv la timpul (t) intre mediu si elementul sensibil, t este timpul, m este masa elementului sensibil, c_p este caldura specifica a elementului sensibil.

Daca se introduce intr-un mediu de temperatura t₂ un element sensibil de temperatura initiala t₁, variatia temperaturii acestuia poate fi aproximata cu o exponentiala (vezi figura 2.2.1):

t = t₁ + (t₂ - t₁)^.(1 - e^-t/T

unde T este constanta de timp a elementului sensibil.

Constanta de timp T a unui element sensibil de termometru reprezinta timpul dupa care diferenta dintre temperatura initiala t₁ a elementului sensibil si temperatura t(T) este egala cu (1 - 1/a) = 1 - 0.368 = 0.632 din diferenta maxima (t₂ - t₁).

Conform acestei definitii, constanta de timp se determina cronometrand timpul dupa care diferenta intre temperatura elementului sensibil t(T) si cea initiala t₁ devine 0.632 din diferenta maxima (t₂ - t₁).

Din relatiile de mai sus se deduce ca constanta de timp depinde de elementul sensibil (m, A, c_p), de fluidul a carui temperatura o determinam (a), precum si de diferenta initiala de temperatura. In scopul unor indicatii practice comparabile asupra constantei de timp a detectoarelor de temperatura STAS 8420-77 (termometre mecanice cu rezistenta) si STAS 8421-82 (termocupluri tehnice) se stabilesc conditii in care se determina constanta de timp a unui element sensibil, a carui valoare este indicata de producator pe placuta detectorului sau in 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 temperatura de minimum 15 C, se face utilizand doua termostate cu apa, mentinute unul la temperatura de +20 C (t₁), al doilea la +35 C (t₂), cu o variatie a temperaturii de maxim 0.1 ^oC/h. Se introduce termometrul in primul termostat, unde se mentine timp de 30 de minute, apoi in cel de-al doilea termostat cronometrandu-se timpul necesar cresterii temperaturii de la valoarea anterioara pana la valoarea t(T) = t₁ + 0.632^.(t₂ - t₁).

Marimile caracteristice ale inertiei termice a unui element sensibil de termometru sunt: constanta de timp, timpul de raspuns si/sau timpul de raspuns 2%. Aceste marimi trebuie sa constituie un criteriu in alegerea aparatelor de masurare a temperaturii.

Timpul de raspuns t ) reprezinta timpul dupa care diferenta dintre temperatura elementului sensibil si cea a mediului nu depaseste 5% din diferenta maxima posibila.

Timpul de raspuns 2% t ) reprezinta timpul dupa care diferenta dintre temperatura elementului sensibil si cea a mediului nu depaseste 2 din diferenta maxima posibila.

Intre timpul de raspuns 5%, timpul de raspuns 2% si constanta de timp, exista urmatoarele relatii:

R_t = (t - t₁)/(t - t₂) = 1 - e^-t/T

R_t t = 2.995^.T = 3^.T

R_t t = 3.912^.T = 4^.T

Descrierea instalatiei

Pentru a pune in evidenta interactia termica a unui termocuplu si a ridica curba de variatie a temperaturii indicate (masurate) in timp, sunt necesare: termocuplu, cablu de prelungire, milivoltmetru indicator corespunzator termocuplului, incinta termostatica (cuptor), cronometru.

Schema de conexiuni este prezentata in 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. rezistenta de linie ajustabila; 6. milivoltmetru

Modul de lucru

a) Se realizeaza conexiunile termocuplului cu milivoltmetrul indicator pastrand polaritatea bornelor si a conductorilor de prelungire. Montajul se realizeaza la temperatura ambianta t₁, care se determina cu un termometru cu mercur;

b) Se termostateaza cuptorul la temperatura t₂ (t₂ = 400.800 C);

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

d) Se introduce termocuplul in cuptor, pornindu-se cronometrul. Se inregistreaza timpul si temperatura pentru minimum 8 repere ale milivoltmetrului din domeniul t₁.t₂ incluzand si reperul corespunzator temperaturii t(T).

Prezentarea rezultatelor

Rezultatele vor fi sintetizate in tabelul 2.2.1.

Tabelul 2.2.1. Rezultatele masuratorilor

Se va trasa variatia t = f(t), determinandu-se constanta. Se determina t si t cu ajutorul curbei trasate si se verifica cu relatiile de mai sus. Lucrarea se va efectua pentru un termocuplu fara teaca si se va repeta pentru un termocuplu cu teaca.

Se vor comenta rezultatele obtinute.

Lucrarea 3

3.1. Verificarea unui termocuplu

Scopul lucrarii este de a prezenta metoda de masurare a temperaturii folosind ca detector de temperatura termocuplul, precum si metode de verificare metrologica a temperaturilor industriale.

Descrierea instalatiei:

Instalatiile necesare sunt: cuptor orizontal pentru verificarea termocuplului, compensator de curent continuu, cabluri de prelungire, termocuplu etalon, termocuplu de verificat, incinta de temperatura constanta - 0sC.

Standul Temperaturi - 2 pe care se efectueaza lucrarea, este dotat cu un circuit de automatizare, pentru alimentarea intermediara a cuptorului, in scopul termostatarii. Instalatia de automatizare se compune din: traductor Cromel - Alumel; milivoltmetru cu doua limite (regulator), contactor circuit forta. Cuptorul va fi alimentat cu curent electric numai daca temperatura masurata de traductor va fi in intervalul de temperatura delimitat de milivoltmetrul reglabil.

Incinta pentru mentinerea punctului de topire al ghetii (0sC) poate fi realizata printr-o constructie simpla prezentata in lucrarea anterioara.

Verificarea unui termocuplu in laborator se face prin metoda comparatiei adica prin compararea tensiunilor termoelectromotoare (t.t.e.m.) produse de un termocuplu de verificat cu cea produsa de termocuplul etalon. In figura.3.1.1. este prezentata schema de principiu.

Figura 3.1.1 Verificarea unui termocuplu prin metoda comparatiei

In cadrul lucrarii, pentru acelasi punct de temperatura se vor folosi succesiv ambele metode.

Modul de lucru

a) Se actioneaza cheile 1 si 11; pe schema sinoptica se va indica schema de conexiuni.

b) Se introduc termocuplele in cuptor astfel incat varfurile lor sa fie situate in zona mediana;

c) Se realizeaza schema de conexiuni ca in figura 3.1.1 legaturile termocuplelor se fac cu cabluri adecvate de compensator, respectand polaritatea conexiunilor. Aceste cabluri se duc la incinta de temperatura constanta (0sC) unde se conecteaza cu cabluri din cupru cu ajutorul carora se realizeaza conexiunile la compensatorul de curent continuu;

Pentru verificari e tip industrial, atunci cand nu se dispune de incinta de temperatura de 0sC, legaturile intre termocupluri si compensator se fac prin cabluri de compensatie. In acest caz temperatura compensatorului se va masura pe perioada verificarilor, impunandu-se ca aceasta sa nu varieze cu mai mult de 0.5sC. Rezultatele determinarilor t.t.e.m. se vor corecta functie de aceasta temperatura.

d) Se alimenteaza cuptorul, prestabilindu-se temperaturile de termostatare prin actionarea limitelor milivoltmetrului regulator de pe pupitrul standului. Atingerea acestei temperaturi se semnalizeaza optic prin stingerea lampii de indicatie a prezentei tensiunii la cuptor. Se asteapta termostatarea completa a incintei.

e) Se masoara t.t.e.m. pentru termocuplul etalon si de verificat;

f) Se modifica temperatura de termostare a cuptorului si se repeta operatiile anterioare pentru minim 5 puncte din domeniul de masurare al termocuplurilor.

Prezentarea rezultatelor

Toate rezultatele determinarilor se sintetizeaza in tabelul 3.1.1.

Tabelul 3.1.1. Rezultatele verificarilor unui termocuplu

Observatii

1. Coloanele 2 si 4 ale tabelului se completeaza folosind tabelele de variatii ale t.t.e.m. functie de temperatura, pentru tipul termocuplului folosit. In cazul unei temperaturi a sudurii reci diferita de 0sC se vor face corectii de temperatura.

2. Erorile tolerate ale termocuplelor in mV si sC sunt stabilite prin norme nationale. Erorile determinate se vor compara intre ele.

La indicatiile cadrului didactic indrumator, se vor trasa curbele de verificare ale termocuplului.

3.1. Verificarea unui milivoltmetru pirometric

Scopul lucrarii este de a prezenta milivoltmetrele de productie romaneasca, schemele lor de conexiuni si problemele privind verificarile milivoltmetrelor.

Descrierea instalatiei

Aparate necesare: compensator de curent continuu, cutie de rezistente, ohmmetru, cabluri de legatura. Lucrarea se executa pe standul Temperaturi - 2.

Chestiuni practice: In Romania se practica in prezent urmatoarele tipuri de milivoltmetre indicatoare etalonate pentru marimi neelectrice: MI - 72, MI - 144, MI - 192 (aceste aparate au fost asimilate pe baza de licenta de la firma Hartman - Braun Germania). Milivoltmetrele indicatoare mai sus mentionate au mecanism de masura cu magnet permanent si pot fi utilizate in urmatoarele conditii de mediu ambient: temperatura 0sC.+50sC, umiditatea in medie anuala 75% fara depunere de roua, absenta prafului si a agentilor corozivi.

Caracteristicile tehnice ale milivoltmetrelor indicatoare sunt prezentate in tabelul 3.2.1.

Tabelul 3.2.1. Milivoltmetre indicatoare. Caracteristici tehnice

Schema lucrarii este indicata in figura 3.2.1.

Figura 3.2.1 Verificarea unui milivoltmetru pirometric

Mod de lucru

Verificarea functionarii unui milivoltmetru pirometric consta in controlarea urmatoarelor:

- miscarea libera a sistemului mobil;

- tipul de amortizare a oscilatiilor acului indicator;

- exactitatea indicatiilor.

a) Se conecteaza cheile 11 si 2. Pe schema sinoptica va fi indicat circuitul necesar a fi realizat.

b) Se realizeaza circuitul indicat ca in figura 3.2.1 si se calibreaza rezistenta de linie (conform indicatiilor de pe cadranul milivoltmetrului) folosind o rezistenta reglabila de precizie montata pe stand. Calibrarea se face masurand rezistenta cu un ohmmetru.

c) Miscarea libera a sistemului mobil al aparatului se face introducand in acesta, cu ajutorul compensatorului, o tensiune lent crescatoare si apoi una lent descrescatoare, in domeniul aparatului. Acul indicator trebuie sa se miste continuu fara opriri locale.

d) Verificarea timpului de amortizare se face dupa cum urmeaza:

- se introduce in aparat o tensiune astfel incat sa se obtina pe scala acestuia o deviatie a acului indicator, pe un reper situat la mijlocul scarii gradate;

- se intrerupe legatura dintre compensator si milivoltmetru asteptand pana se atinge punctul initial al scalei, dupa care se reface conexiunea pornind in acelasi timp un cronometru. Timpul in care amplitudinea oscilatiilor acului indicator se reduce pana la 1% din lungimea scarii gradate reprezinta timpul de amortizare. Daca timpul de amortizare depaseste valorile din tabelul 3.2.1, milivoltmetrul se respinge la verificare.

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

e) Verificarea indicatiilor milivoltmetrului

- Se scurcircuiteaza bornele de conexiuni ale aparatului si se va aduce acul indicator, rotind surubul corector, pe temperatura initiala a scarii gradate. Dupa reglajul de 0 se va inlatura scurtul de la borne.

- Se introduce in circuitul de masurare o tensiune reglata crescator pana ce acul indicator se va opri in dreptul reperului cifrat vizat si se determina pe compensator acesta tensiune.

- Se executa un numar de minim 6 determinari corespunzatoare pozitiilor de 0, 20, 40, 60, 80, 100% din domeniul de masurare.

- Se reiau verificarile acelorasi tensiuni introduse in milivoltmetru dar cu tensiunea variind descrescator.

Prelucrarea rezultatelor

Se determina eroarea tolerata a milivoltmetrului cu relatia:

, mV

unde: DE_A este eroarea tolerata a aparatului;

c este clasa de precizie a aparatului;

E_S - E_i reprezinta domeniul de masura al aparatului;

E_S, E_i sunt limita maxima, respective minima a aparatului, in mV.

Se converteste aceasta eroare in ^oC, pentru fiecare reper verificat, folosind tabelele de variatii a t.t.e.m. cu temperatura, corespunzatoare tipului de termocuplu cu care se conecteaza aparatul.

Pentru fiecare determinare se converteste tensiunea introdusa in mV, in indicatii de temperatura, folosind tabelele t.t.e.m. indicate pentru temperatura sudurii reci de 0sC si tabelele de corectii functie de temperatura sudurii reci.

Exemplu de calcul

Un milivoltmetru pirometric Fier - Constantan folosit intr-o instalatie industriala are temperatura corespunzatoare reperului initial al scarii 20sC. La verificarea reperului corespunzator temperaturii de 500sC, se masoara pe compensator tensiunea de 26,481 mV.

Pentru temperatura initiala a scarii gradate de 0sC, tensiunea masurata se corecteaza cu valoarea corespunzatoare t.t.e.m. dezvoltata de termocuplu cu temperatura sudurii calde la 20sC., iar a sudurii reci la 0sC, valoarea preluata din tabelele de corectie functie de temperatura sudurii reci. In cazul exemplului folosit:

De = 1.019, deci: e(t - 0) = e(t - 20) + DC = 26.481 + 1.019 = 27.5 mV

Acestei tensiuni ii corespunde (din tabele) temperatura t₂ = 502sC.

Se determina eroarea Dt in sC a punctului verificat: Dt = t₁ - t₂

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

t₂ este temperatura corespunzatoare tensiunii introduse (^oC).

Datele masurate si prelucrate se vor centraliza in tabelul 3.2.2.

Tabelul 3.2.2. Verificarea unui milivoltmetru pirometric

Tabelul 3.2.3 Variatia t.t.e.m . a termocuplului Platin - Rhodiu (10%) - Platin in functie de temperatura (jonctiunea de referinta la 0C)

Tabelul 3.2.4 Corectiile pentru jonctiunea de referinta a termocuplului PtRh (10%) Pt

Tabelul 3.2.5 Erori tolerate termocuplului Platin - Rhodiu - Platin (jonctiunea de referinta 0C)

Lucrarea 4

4.1. Verificarea unui manometru cu element elastic

Scopul lucrarii este de a prezenta metoda cea mai utilizata in practica verificarilor metrologice ale manometrelor cu element elastic.

Descrierea instalatiei

Instalatii si aparate necesare: sursa de presiune corespunzatoare domeniului de masura al manometrului de verificat si manometru etalon. Clasa de precizie a manometrului etalon trebuie sa fie cu circa 4 clase superioara clasei de precizie a manometrului de verificat. Domeniul de masura al manometrului de verificat trebuie sa fie 2/3 din domeniul de masura al manometrului etalon.

Schema de principiu a instalatiei de verificare este prezentata in figura 4.1.1.

Figura 4.1.1. Pompa pentru verificat manometre tip IAUC sau INMB. 1 - pompa cu piston pentru presiune inalta; 2 - pompa primara si rezervor de ului; 3 - ventilul rezervorului de ulei si maneta a pompei primare; 4 - ventil; 5 - manometru etalon cu piston si greutate; 5 - manometru etalon (cu piston si greutati); 6 - manometru de verificat.

Modul de lucru

Modul de lucru cu pompa pentru verificat manometre tip IAUC sau INMB: se monteaza manometrul de verificat (6), manometrul etalon cu piston si greutate (5), intrand de obicei in componenta instalatiei. Se roteste maneta (3) de la dreapta la stanga, deschizand astfel ventilul de admisie al uleiului in instalatie. Se deschide ventilul (4). Pe platanul manometrului cu piston si greutate (5) se aseaza greutatile corespunzatoare valorii presiunii ce trebuie realizata, realizand astfel presiune in instalatie. Pistonul manometrului cu piston si greutate se va ridica, greutatile aflate pe platan fiind echilibrate de forta de presiune exercitata de uleiul pompat de pompa primara. Momentul echilibrarii se stabileste cu ajutorul reperului de pe tija pistonului manometrului.

In cazul in care pompa primara (2), nu poate realiza presiunea necesara se procedeaza astfel: se deschide ventilul de admisie al uleiului in instalatie prin rotirea manetei (3). Se deschide ventilul (4). Se roteste maneta pistonului pompei pentru presiuni ridicate (1) admitand ulei in instalatie. Se inchide ventilul de admisie al uleiului in instalatie prin rotirea manetei (3), si se creeaza presiune in instalatie prin rotirea aceleiasi manete cu ajutorul pompei primare (2). Cand maneta (3) nu se mai poate roti, se inchide ventilul (4) si se creeaza in continuare presiune in instalatie cu ajutorul pompei cu piston pentru presiuni inalte.

Observatie: Pentru stabilirea corecta a momentului echilibrarii fortei de presiune cu greutatile de pe platanul manometrului cu piston, este necesar ca intre piston si cilindrul acestuia sa nu apara frecari ne-lichide. Pentru aceasta, in timpul verificarilor se imprima pistonului o miscare de rotatie care realizeaza o centrare a acestuia (efect giroscopic) si o pelicula de ulei intre piston si cilindru, eliminand astfel frecarile.

Efectuarea verificarilor propriuzise:

- Se alimenteaza standul si se selecteaza de pe panoul sinoptic schema corespunzatoare verificarii ce trebuie efectuata.

- Se realizeaza montajul corespunzator lucrarii dorite si se verifica corectitudinea executarii. Principala operatie consta in verificarea etanseitatii circuitului de lucru. Aceasta verificare se realizeaza astfel: cu ajutorul sursei de presiune se realizeaza in instalatie presiunea corespunzatoare limitei maxime a domeniului de masura al aparatului de verificat. Instalatia este etansa daca in acest timp acul manometrului etalon sau al celui de verificat nu indica o scadere a presiunii in instalatie.

Prezentarea rezultatelor

Valorile presiunilor indicate de manometrul etalon p_a,i si de manometrul de verificat atat la cresterea presiunii p_c,i cat si la descresterea acesteia p_d,i sunt trecute in tabelul 4.1.1.

Erorile de precizie corespunzatoare reperului "i" sunt:

la cresterea presiunii: Dp_c,i = p_c,i - p_a,i

la descresterea presiunii: Dp_d,i = p_d,i - p_a,i

Eroarea de fidelitate corespunzatoare reperului "i" este: Dp_f,i = p_c,i - p_d,i

Interpretarea rezultatelor: Manometrul verificat corespunde din punct de vedere metrologic daca erorile de precizie la cresterea si descresterea presiunii si erorile de fidelitate sunt mai mici decat eroarea tolerata a acestuia. Eroarea tolerata a unui manometru este:

Dp = C^.L_max/100

unde C este clasa de precizie a manometrului, in procente, iar L_max este limita maxima a domeniului de masura a acestuia.

Tabelul 4.1.1. Valorile presiunilor masurate

Exemplu de calcul

Presiunea la etalon p_a = 5 bar

Presiunea indicata de aparatul de verificat la cresterea presiunii,     p_c = 4.9 bar

Presiunea indicata de aparatul de verificat la descresterea presiunii, p_d = 4.85 bar

Eroarea de precizie la cresterea presiunii Δp_c = 0.1 bar

Eroarea de precizie la descresterea presiunii Δp_d = 0.15 bar

Eroarea de fidelitate Δp_f = 0.05 bar

Eroarea tolerata a manometrului este : bar

4.2 Verificarea unui traductor de presiune

Scopul lucrarii este de a prezenta metode de verificare metrologica a traductoarelor electronice de presiune - traductor de presiune absoluta 0 - 1000mmHg.

Descrierea instalatiei

Instalatii si aparate necesare: sursa de presiune (pompa de vid), un manometru etalon (manometru tub "U" cu mercur) si un miliampermetru electronic de presiune.

Schema de principiu a verificarii este prezentata in figura 4.2.1.

Figura 4.2.1 Pompa pentru verificat manometre tip Automatica. 1 - pompa cu piston; 2 - rezervor; 3 - ventilul rezervorului de ulei; 4 - ventile; 5 - manometru etalon; 6 - traductor de verificat.

Modul de lucru

- Se alimenteaza standul actionand cheia 13;

- Se realizeaza conexiunile electrice conform figurii 4.2.2 si figurii 4.2.3;

- Se conecteaza la retea sursa de alimentare a traductorului, actionand cheile 11 sau 12 in functie de sursa de alimentare cu care lucreaza;

Observatie: Este interzisa alimentarea unei surse la care bornele de la iesire notate 4 - 20 mA sunt in gol (nu sunt legate cu miliampermetrul sau cu sunt scurcircuitate), intrucat se distruge sursa.

Marimile citite se inregistreaza in tabelul de centralizare a datelor (tabelul 4.2.1).

Figura 4.2.2 Schema electrica de principiu.

Figura 4.2.3. Schema de conexiuni

Prezentarea rezultatelor

Corespunzator presiunii indicate de manometrul etalon p_E se calculeaza intensitatea I_E:

I_E = n^.1.6 + 4 [mA]

Pentru intensitatea curentului masurata la miliampermetru (I_mas) se determina presiunea corespunzatoare:

unde: I_max = 20 mA

I_min = 4 mA

p_max = 10 bar

Se mai calculeaza eroarea curenta:

e_i = I_E - I_mas

si eroarea admisa traductorului:

e_T = 16^.c/100

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

Datele se centralizeaza in tabelul 4.2.1.

Tabelul 4.2.1. Datele verificarii traductorului de presiune

Exemplu de calcul

Presiunea indicata de manometrul etalon: p_E = 6 bar

Intensitatea corespunzatoare: I_E = 6^.1.6 + 4 = 13.6 mA

Intensitatea curentului masurata la miliampermetru: I_mas = 13.8 mA

Presiunea corespunzatoare:    p_mas = 6.125 bar

Eroarea curenta:     e_i = 13.6 - 13.8 = 0.2 mA

Eroarea admisa traductorului:    e_T = 16^.0.05/100 = 0.08 mA

Tabelul 4.2.2 Conversia unitatilor de masura pentru presiune

Lucrarea 5

5.1. Verificarea unui micromanometru cu tub inclinat si ASKANIA

Scopul lucrarii este de a deprinde studentii cu utilizarea micromanometrului tip ASKANIA si a micromanometrului cu tub inclinat. Se determina constanta unui micromanometru cu tub inclinat in cazul folosirii unui lichid manometric a carui densitate nu se cunoaste cu precizia necesara. Constanta aparatului se stabileste prin compararea indicatiilor acestuia cu ale unui micromanometru ASKANIA.

Consideratii teoretice

Micromanometrul tip ASKANIA si micromanometrul cu tub inclinat sunt aparate de masurat diferente mici de presiune cu precizie ridicata. Ordinul de marime al diferentelor de presiune masurate este de cativa zeci mm H₂O. Diferenta de presiune indicata de micromanometrul ASKANIA corespunzatoare unei denivelari Dh (mm) citite la pozitia de echilibru este:

p_ask = ρ_H2O^.g^. Δh_ask^.10^-3 [N/mm²]

unde: ρ_H2O este densitatea apei utilizate ca lichid manometric in aparat;

g este acceleratie gravitationala (g = 9,81 m/s²);

h_ask este denivelarea citita (mm).

Diferenta de presiune indicata de micromanometrul cu tub inclinat se determina cu relatia:

Δp_ti = k^.l 10^-3 [N/m²]

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

l este lungimea pe care se ridica lichidul manometric pe tubul inclinat (mm).

Constanta aparatului depinde de densitatea lichidului manometric utilizat si de caracteristicile constructive ale aparatului (pozitia tubului inclinat, diametrul tubului inclinat si cel al rezervorului).

Pentru aparatul utilizat constanta k se poate exprima cu suficienta precizie, prin relatia:

k = ρ^.g^.sin α [N/m³]

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

g este acceleratia gravitationala (g = 9,81 m/s²);

α este unghiul inclinarii tubului fata de orizontale.

Descrierea instalatiei

Schema de principiu a instalatiei este prezenta in figura 5.1.1. In locul parei se foloseste o instalatie de creat suprapresiuni cu sticla de plastic.

Figura 5.1.1. Schema de principiu a instalatiei de verificare

Modul de lucru

- Se monteaza cele doua micromanometre in pozitie de lucru, operatia executandu-se cu ajutorul suruburilor de colare si a nivelelor aflate pe postamentele aparatelor.

- Se aduce la priza (+) a fiecarui aparat tubul de cauciuc la capatul caruia se creeaza suprapresiunea. Priza (-) se lasa libera (sub actiunea presiunii atmosferice).

- Se creeaza cu ajutorul sticlei de plastic o suprapresiune, masurata de cele doua manometre.

Nota: Se are in vedere ca suprapresiunea creata sa nu depaseasca valoarea care ar face sa iasa lichidul manometric din vreunul din cele doua micromanometre.

Prezentarea rezultatelor

Datele masurate si cele calculate se centralizeaza in tabelul 5.1.1.Se repeta operatia pentru realizarea a cinci masuratori de suprapresiuni diferite.

Tabelul 5.1.1. Centralizarea datelor necesare verificarii micromanometrului cu tub inclinat

Din egalitatea presiunilor indicate de cele doua aparate:

Δp_ask = Δp_{tub inclinat}

rezulta:

k = Δp_ask/l

Valoarea constantei aparatului se estimeaza ca valoare medie a sirului de date:

k* =

n fiind numarul de citiri.

Rezulta densitatea fluidului:

in care unghiul α se estimeaza in functie de inclinarea tubului fata de orizontala.

Valoarea constantei k* se retine si se utilizeaza in partea a doua a lucrarii, respectiv la determinarea vitezei medii intr-o conducta de aer ventilat.

Exemplu de calcul

Denivelarea citita la micromanometrul ASKANIA: Δh_ask = 85.6 mm

Diferenta de presiune corespunzatoare: Δp_ask = 839.74 Pa

Lungimea la micromanometrul verificat: l = 186 mm

Constanta k pentru aceasta masuratoare:    k = 4514.73

Densitatea fluidului: r = 920.44 kg/m³

5.2 Determinarea vitezei medii in canalul de aer ventilat

Scopul lucrarii este de familiarizare a studentilor cu metodele de masurare a vitezei pe baza determinarii presiunii dinamice si cu metodele de determinare indirecta a vitezei medii.

Descrierea instalatiei

In conducta de aer ventilat, care are sectiune rectangulara, sunt montate doua tuburi Pitot-Prandtl fixe, care masoara presiunea dinamica in centrul canalului si un anubar, a carui pozitie in sectiune se poate modifica pe orizontala si verticala, astfel incat acesta poate determina presiunea dinamica in diferite puncte ale sectiunii. Prizele de presiune ale tubului Pitot-Prandtl si anubarului sunt racordate la un micromanometru cu tub inclinat.

Modul de lucru

Sectiunea rectangulara a canalului va fi impartita in 9 arii de suprafete egale, ca in figura 5.2.1, facandu-se masuratori de presiune dinamica cu anubarul fixat in centrul acestor arii.

Figura 5.2.1. Impartirea ariei rectangulare in cele 9 suprafete egale

Prezentarea rezultatelor

Se va masura lungimea indicata de micromanometrul cu tub inclinat, pentru fiecare din cele 9 suprafete egale. Masuratorile efectuate se vor trece in tabelul 5.2.1.

Tabelul 5.2.1 Valorile masurate pe cele 9 suprafete

Vitezele in punctele 1 .. 9 se vor determina cu relatia:

[m/s]

unde: i = 1 .. 9

k_i este constanta micromanometrului (in functie de inclinarea tubului)

l_i este lungimea coloanei de lichid in tub (in mm)

r este densitatea fluidului a carui viteza se masoara (in kg/m³)

Densitatea aerului se poate determina cu relatia:

[kg/m³]

in care t este temperatura aerului, in ^oC.

Viteza in centrul canalului pe baza masuratorilor efectuate are valoarea:

[m/s]

Viteza medie in canal va rezulta din relatia:

[m/s]

Lucrarea 6

6.1 Verificarea unui debitmetru diferential

Scopul lucrarii il constituie verificarea metrologica a unui debitmetru diferential cu plutitor.

Descrierea instalatiei

Se va folosi instalatia de verificare a debitelor, prezentata in figura 6.1.1.

Figura 6.1.1. Instalatie de verificare a debitelor: 1 - pompa; 2, 3, 4, 9, 11, 12 - robinete; 5 - vas de separare pentru impuls "+"; 6 - vas de separare pentru impuls "-"; 7 - traductor de presiune diferentiala; 8 - debitmetru diferential; 10 - manometru etalon.

Modul de lucru

Inainte de a incepe lucrul efectiv, se verifica instalatia. Aceasta operatie consta in verificarea etanseitatilor, eliminarea aerului prin purjare prin robinetele 11, 12 si din aducerea lichidului din vasele 5 si 6 la acelasi nivel prin purjare, fie prin adaos de apa. Rezultatul se constata prin egalizarea nivelului mercurului in cele doua brate ale manometrului etalon.

Cu ajutorul pompei 1 se creeaza diferite presiuni crescatoare corespunzatoare indicarii de catre debitmetrul 8 a unor valori ale debitului din domeniul lui de masura (cel putin 5 puncte uniform distribuite). Se citesc valorile debitelor Q_v (m³/h) indicate de catre debitmetrul diferential si respective presiunile corespunzatoare h_E (mm Hg) indicate de catre manometrul etalon. Se fac citiri pentru doua regimuri de functionare: la cresterea presiunii, respective la descresterea ei.

Prezentarea rezultatelor

Rezultatele obtinute se trec in tabelul 6.1.1.

Tabelul 6.1.1. Datele necesare verificarii debitmetrului diferential

Intre debitul Q_V^E care ar trebui sa fie indicat de debitmetrul diferential in conditii de eroare nula si presiune diferentiala h_E citita la manometrul diferential exista relatia:

unde k este constanta de etalonare a aparatului, constanta ce depinde de dimensionarea dispozitivului de strangulare si de parametrii fluidului de lucru.

Constanta k se determina astfel:

unde Q_max este limita maxima a domeniului de masura, iar h_max este presiunea corespunzatoare indicata de constructorul aparatului in cartea tehnica si pe placuta cu date tehnice a aparatului. Pentru instalatia prezentata, Q_max = 12 m³/h si h_max = 6400 m H2O. Deci k = 0.15.

Daca introducem h_E in mm Hg in relatia de debit, atunci se obtine:

unde k = 0.15, ρ_Hg = 13,545 kg/dm³, ρ_H2O = 0.998 kg/dm³.

Eroarea de masura a debitmetrului este:

Pentru ca debitul diferential cu plutitor sa fie acceptabil, din punct de vedere metrologic, este necesar ca:

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

Exemplu de calcul

Presiunea indicata de aparatul etalon: h_E = 370 mmHg

Debitul corespunzator calculat: Q_V^E = 0.5318^.19.24 = 10.23 m³/h

Debitul masurat: Q_v = 10 m³/h

Eroarea de masura: ΔQ_v^m = 0.23 m³/h

6.2 Verificarea unui lant electronic de masurare a debitului

Scopul lucrarii il constituie verificarea metrologica a unui lant electronic de masurare a debitului.

Descrierea instalatiei

Schema de principiu a instalatiei este prezentata in figura 6.2.1, iar schema de conexiuni in figura 6.2.2.

Figura 6.2.1. Schema functionala de principiu

Figura 6.2.2 Schema de conexiuni a instalatiei

Modul de lucru

Se alimenteaza standul prin manevrarea cheii de comanda 6 si se selecteaza prezenta lucrare cu cheia 2. Se realizeaza schema de conexiuni corespunzatoare figurii 6.2.2.

Se conecteaza la retea sursa de alimentare si extractorul de radical, manevrand cheile 3 sau 5 in functie de aparatele utilizate.

Observatie: Nu se alimenteaza sursele si extractoarele de radical daca iesirile lor de 4 - 20 mA sunt in gol, respective nu sunt racordate la un miliampermetru sau nu sunt scurtcircuitate, deoarece acestea se pot distruge.   

Pe partea mecanica a standului se va folosi instalatia de verificare a debitelor, prezentata in figura 6.1.1. Se verifica etanseitatile, eliminarea aerului prin purjare cu robinetele 11 si 12 si din aducerea lichidului din vasele 5 si 6 la acelasi nivel. Rezultatul se constata prin egalizarea nivelului mercurului in cele doua brate ale manometrului etalon.

Cu ajutorul pompei 1 se creeaza diferite presiuni crescatoare corespunzatoare indicarii de catre debitmetrul 8 a unor valori ale debitului din domeniul lui de masura (cel putin 5 puncte uniform distribuite). Se citesc valorile debitului Q_trad(%) indicate de traductor si valorile presiunii diferentiale h_E (mm Hg) indicate de manometrul etalon. Se fac citiri pentru doua tipuri de regimuri: cand presiunea creste si cand scade.

Prezentarea rezultatelor

Rezultatele obtinute se trec in tabelul 6.2.1.

Tabelul 6.2.1. Datele necesare verificarii lantului electronic de masurare a debitului

Valoarea debitului la milivoltmetru se face in %. Deoarece traductorul de presiune diferentiala a fost etalonat pentru ca Q_max = 12 m³/h sa indice 100%, rezulta relatia:

[m³/h]

Eroarea de citire a traductorului de presiune diferentiala se determina cu relatia:

[m³/h]

Pentru ca indicatiile lantului de masura sa fie acceptate trebuie ca:

Q_trad <     [m³/h]

Exemplu de calcul

Presiunea indicata de aparatul etalon: h_E = 370 mmHg

Debitul corespunzator calculat: Q_V^E = 0.5318^.19.24 = 10.23 m³/h

Debitul indicat de traductor: Q_trad = 81%

Q_trad = 9.72 m³/h

Eroarea de masura: ΔQ_trad = 10.23 - 9.72 = 0.51 m³/h

Lucrarea 7

7.1 Masurarea debitelor cu ajutorul rotametrelor

Scopul lucrarii este de a deprinde masurarea debitului de fluide ce trec printr-o conducta cu ajutorul rotametrelor.

Consideratii teoretice

Principiul rotametrului: Rotametrele sunt debitmetre cu diferenta constanta de presiune si plutitor rotativ. Aceste aparate sunt utilizate la masurarea debitelor lichidului si gazelor pe baza deplasarii unui plutitor intr-un tub tronconic gradat, dispus vertical, prin care circula fluidul de masurat. Elementele principale ale unui rotametru sunt: tubul tronconic si plutitorul.

Tubul tronconic este un tub calibrat conic, dispus vertical, construit din sticla sau metal. In general conicitatea (D_max - D_min) a tuburilor rotametrelor este de 1/100 care corespunde la un unghi de 35', iar in unele cazuri rotametrele au o conicitate de 1/10 corespunzatoare unui unghi de 5

Plutitorul se afla montat in interiorul tubului si are o forma cilindrica, de diferite diametre. Diametrul maxim al plutitorului trebuie sa fie mai mic decat diametrul interior al tubului deoarece el trebuie sa se deplaseze liber pe toata lungimea tubului. Forma si materialul din care se alege plutitorul se alege in functie de gama valorilor de masura ale debitului si respectiv de proprietatile mediului de masura.

Plutitorul are prevazut la partea superioara o serie de fante (sentulete) care au rolul sa imprime o miscare de rotatie si sa le mentina pe axa de miscare a tubului. Aceasta miscare de rotatie are ca efect dispunerea plutitorului in centrul curentului si astfel plutitorul nu atinge peretele tubului. In cazul rotametrelor de dimensiuni mari, cand 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 relatia:

[m³/s]

Se observa ca singurul element variabil din relatia de mai sus este aria sectiunii inelare (A - A_p), respective aria sectiunii transversale a tubului rotametric A. Atunci cand tubul are o forma tronconica A variaza liniar cu inaltimea h a tubului si deci se poate scrie: Q_v = f(h) relatie care reprezinta relatia functionala fundamentala a rotametrului. Daca se variaza conditiile de lucru ale fluidului care trece prin rotametru de la starea     la starea , fara ca vascozitatea sa varieze prea mult, atunci se vor folosii pentru citirea rotametrelor coeficientii de corectie:

Pentru lichide:

Pentru gaze:

Atunci cand un rotametru se foloseste pentru masurarea debitului uni fluid cu alte proprietati fizice decat cele pentru care a fost realizat, este necesar sa se schimbe plutitorul. Forma si dimensiunile lui raman aceleasi ca la primul plutitor, iar masa lui este:

Debitul va fi:

In aceste relatii s-a notat cu 1 cazul folosirii primului plutitor (al celui original) si cu 2 cazul folosirii celui de al doilea plutitor, iar cu n vascozitatea cinematica a fluidului.

Cu un manometru diferential in forma de U se vor citi presiunile. Se vor citi de asemenea valorile de debit indicate de debitmetrul diferential electromagnetic si de cele doua rotametre.

Modul de lucru

Se vor face masuratori de debit cu ajutorul rotametrelor montate pe reteaua de apa a laboratorului. Pentru diferite debite de fluid circulate prin reteaua de apa se vor face determinari folosind alternativ un rotametru si respectiv doua rotametre.

Prezentarea rezultatelor

Rezultatele obtinute in masurarea debitului de apa de pe retea cu ajutorul unui rotametru, respectiv a doua rotametre, se vor trece in tabelul 7.1.1.

Tabelul 7.1.1. Debitele masurate cu ajutorul rotametrelor

7.2 Masurarea debitului cu ajutorul diafragmei

Scopul lucrarii il constituie determinarea debitului de fluid pe baza masurarii presiunii diferentiale generate de diafragma.

Descrierea instalatiei

Schema instalatiei pentru masurarea debitului utilizand diafragma este prezentata in figura 7.2.1.

Modul de lucru

Pentru efectuarea acestei lucrari se foloseste unul dintre circuitele de apa ale retelei de conducte aferente laboratorului. Circuitul consta dintr-un circuit de apa, o pompa, un colector principal, o diafragma de masura, doua rotametre, colectoarele C5 si C4 cu cinci rezistente de presiune conectate in paralel intre ele si o serie de ventile cu functiuni de inchidere - deschidere sau de reglare. Pentru masurarea perturbarii campului de presiuni de catre diafragma se foloseste un manometru diferential cu tub in forma de U.

Circuitul de lucru se realizeaza prin deschiderea ventilelor: VA1, VA2, VA3, VA13, VA11, VA10, VA14, VRA3 si a robinetelor R₁ - R₅; se vor inchide ventilele: VA4, VA5, VA15, VA14 si VA11. Se porneste pompa de circulatie si se regleaza debitul din circuitul de lucru prin reglarea turatiei motorului de antrenare a pompei. O reglare suplimentara a debitului de apa trecut prin diafragma se face prin reglarea debitului de apa din circuitul rotametrelor.

Se vor face citiri pentru un anumit debit trecut prin circuitul diafragmei de masura si se consemneaza diferenta de nivel h in (mm) indicate de manometrul diferential.

Prezentarea rezultatelor

Se citesc datele caracteristice ale diafragmei de masura, respectiv d diametrul orificiului si D diametrul interior al conductei si se determina raportul:

Pentru aceasta valoare determinata se alege din tabelul 7.2.1 un coeficient de debit a (deoarece nu se cunoaste regimul de curgere se va folosi o metoda iterativa de obtinere a coeficientului a

Se determina pierderile de presiune generate de diafragma:

[N/m²]

Introducand valori numerice pentru g = 9.81 m/s², r_Hg = 13545 kg/m³, r_H2O = 998 kg/m³ se obtine:

∆p=123.086^.∆h Pa

unde h se introduce in mm.

Cu aceste valori obtinute pentru a, β si ∆p se calculeaza intr-o prima aproximatie debitul de apa cu relatia:

kg/s

Cunoscand acum debitul de fluid se determina regimul de curgere prin conducta:

m/s

, n=1.006^.10^-6 m/s²

Cu aceasta valoare a lui Re si cu β determinat la inceput se obtine din tabel o noua valoare pentru coeficientul de debit a cu care se reia calculul debitului de apa Q_m trecut prin diafragma.

Se vor consemna concluzii privind metoda iterativa de determinare a debitului atunci cand nu se cunoaste regimul de curgere al fluidului.

Tabelul 7.2.1Valorile coeficientilor de debit

Figura 7.2.1. Schema instalatiei pentru masurarea debitului utilizand diafragma

Lucrarea 8

8.1 Masurarea continutului de umiditate al gazelor

Scopul lucrarii: Compararea indicatiilor dintre mai multe aparate indicatoare de    umiditate.

Descrierea instalatiei

Descrierea principiului de functionare al aparatelor

Aparatul Peutron se bazeaza pe principiul masurarii continutului de umiditate prin determinarea punctului de roua din temperatura de echilibru a materialelor higroscopice. Determinarea punctului de roua se realizeaza prin masurari de temperatura cu ajutorul a doua termometre. Principiul se bazeaza pe faptul ca la aceeasi temperatura presiunea vaporilor de apa intr-o solutie de sare cristalizata este mai redusa decat presiunea de saturatie a vaporilor de apa. In figura 8.1 sunt redate in mod comparativ presiunea vaporilor de apa a unei solutii de clorura de litiu cristalizata si presiunea de saturatie a vaporilor in functie de temperatura. Atata timp cat presiunea partiala a vaporilor din aer este mai mare decat presiunea partiala a vaporilor din solutia de clorura de litiu, aceasta va absorbi umiditatea din atmosfera. Crescand temperatura solutiei de clorura de litiu, aceasta nu mai preia apa din atmosfera, stabilindu-se un echilibru intre ambele presiuni partiale ale vaporilor. Din graficul prezentat in figura 8.1 se determina temperatura de roua corespunzatoare temperaturii de echilibru. Traductorul de umiditate este prezentat in figura 8.2 avand urmatoarele repere: 1-infasurarea de incalzire; 2-vata de sticla impregnata; 3-tub de sticla; 4-termometru; 5-termorezistenta. Cand sesizorul si aerul inconjurator au aceeasi temperatura, clorura de litiu absoarbe apa din aer. Daca termorezistentei i se aplica o tensiune alternativa, un curent electric trece prin solutia de clorura de litiu, incalzind-o conform legii Joule - Lenz. Prin cresterea temperaturii creste presiunea partiala a vaporilor din solutie pana la echilibru. Cu ajutorul termometrului se masoara temperatura stratului de LiCl, iar din curba presiunii partiale a vaporilor din solutie se deduce presiunea partiala a vaporilor (p_v).

Figura 8.1. Presiunea partiala a vaporilor de apa a unei solutii saturate de LiCl.

Figura 8.2. Sesizorul traductorului de umiditate cu clorura de litiu

Cu cel de-al doilea termometru se masoara temperatura aerului inconjurator, ceea ce permite aflarea presiunii de saturatie corespunzatoare acestei temperaturi (p_{v sat}). Limita erorilor este de 1% si 2% umiditate relativa la temperatura mediului de 10^o C, respectiv 40^o C.

Psihrometrul cu aspiratie reprezinta cel mai raspandit aparat pentru masurarea umiditatii relative (figura 8.3).

Figura 8.3. Psihrometrul cu aspiratie

Se compune dintr-un ventilator actionat de un arc sau de un motor electric alimentat de o baterie, care aspira aer cu o viteza constanta ( 2 m/s) prin ambele traductoare de temperatura. In timp ce termometrul din stanga este expus direct aerului (termometru uscat), cel de-al doilea este inconjurat cu gaze mentinute umede (termometru umed). Datorita curentului de aer, o cantitate de apa se evapora consumand o cantitate de caldura luata din aer. Temperatura indicata de termometrul umed va scade si va cobori cu atat mai mult cu cat se vaporizeaza o cantitate mai mare de apa, adica cu cat aerul initial este mai uscat. Diferenta de temperatura intre termometrul umed si cel uscat se numeste diferenta psihrometrica si permite determinarea presiunii partiale a vaporilor de apa cu relatia lui Sprung:

p_v = p_{v sat} - .0,5^.(t_us - t_um)

in care s-a notat cu: p_v - presiunea partiala a vaporilor, torr; p_{v sat} - presiunea de saturatie la temperatura termometrului umed, torr; p_b - presiunea barometrica, torr; t_us - temperatura indicata de termometrul uscat, ^oC; t_um - temperatura indicata de termometrul umed, ^oC.

Relatia lui Sprung este valabila pentru temperaturi ce nu depasesc 50 ^oC.

Detectorul de umiditate U21

Detectorul de umiditate furnizeaza semnale rezistenta corespunzatoare temperaturilor masurate de doua termorezistente; una umeda si alta uscata, ambele termorezistente fiind expuse unui curent de aer cu o viteza de circa 3m/s. Pentru umezirea uneia dintre termorezistente este prevazut un rezervor intern cu apa, care contine circa 300 cm³, cantitate care in mod normal este suficienta pentru sapte zile de functionare continua. Pentru marirea duratei de functionare intre doua alimentari cu apa se poate adauga un rezervor suplimentar tip U94, avand o capacitate de circa 1700 cm³, care asigura mentinerea unui nivel constant in rezervorul detectorului. In instalatiile in care exista o usoara suprapresiune asigurand o viteza de iesire a aerului de circa 3m/s, se poate utiliza detectorul U22, fara ventilatorul U23. Aparatul functioneaza cu inregistratoare din seria E736.

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

Caracteristici tehnice:

- Domenii de masurare: gama de temperatura 0 - 70^oC

gama de umiditate relativa 20 - 100%

- Rezistenta cablului de legatura: 5 ohmi

- Precizie: 1% pentru umiditate relativa

0,3% pentru temperatura

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

- Putere electrica absorbita:     circa 15 VA pentru U21

circa 30 VA pentru U22 - U23

- Montare: pe perete sau pe sol

- Viteza curentului de aer: circa 3m/s

- Greutate: 6,5 kg

Psihrometrul electronic este constituit din aparatul propriu-zis si traductorul de umiditate. Carcasa aparatului cuprinde cablajul imprimat si transformatorul de alimentare. Pe panoul frontal sunt montate instrumente indicatoare cu scara gradata in unitati de temperatura (^oC) precum si elementele de comanda si reglare, respectiv intreruptorul tensiunii din retea, becul de semnalizare a tensiunii din retea, comutatorul interval, care selecteaza intervalul de temperatura (0-25^oC, respectiv 20-45^oC) si comutatorul modului de lucru, cu patru pozitii: reglaj zero, calibrare, t_uscat, t_umed.

Blocul traductor cuprinde intr-o singura unitate constructiva elementele sensibile la variatiile de temperatura, respectiv doua termorezistente de Pt100 jucand rolul termometrului uscat si al celui umed, rezervorul de apa distilata si motorul cu ventilator, toate intr-o carcasa de material plastic.

Higrometrul electronic

Functionarea sa se bazeaza pe faptul ca modificarile umiditatii aerului conduc la schimbarea concentratiei unei solutii de sare expusa in atmosfera respectiva. La aceeasi umiditate a aerului se intalneste o concentratie constanta a solutiei de sare. Aceasta umiditate, numita de "echilibru" este o masura a concentratiei solutiei de sare. Schimbarile survenite in concentratie si temperatura determina modificari ale conductivitatii electrice a solutiei.

Bazat pe acest principiu aparatul contine ca element primar un higriator functionand ca o celula electrochimica, in care electrolitul este constituit dintr-o substanta higroscopica. In functie de necesitati higrometrul electronic poate fi echipat cu 1-5 higriatori dupa cum trebuie masurata umiditatea relativa a aerului pe un interval mai ingust sau mai larg.

Higrometrul de absorbtie se bazeaza pe deformarea (alungirea) unor materii organice ca: fir de par, hartie etc. cu precizie

Figura 8.5. Higrometrul de absorbtie

Modul de lucru

Se vor efectua masuratori de umiditate a aerului cu ajutorul aparatelor prezentate mai sus. La punerea in functiune si in timpul masuratorilor se vor respecta indicatiile date de fabricile constructoare.

Psihrometrul electronic, higrometrul electronic si psihrometrul cu fir de par se pun in functiune simplu prin conectarea la sursa de tensiune (pentru primele doua aparate). Dupa calibrare se fac citirile pentru valorile temperaturilor indicate de termorezistentele umede si uscate si se compara cu tabelele psihrometrice.