Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem ......Nagy László [email protected] Lohász...
Transcript of Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem ......Nagy László [email protected] Lohász...
Mérés előkészítő óra I.
Áramlástan Tanszék
2009.
[email protected]. Szabó K. Gábor
[email protected] Jenő Miklós
[email protected]. Régert Tamás
[email protected] László
[email protected]ász Máté Márton
[email protected]ók Balázs
[email protected] Viktor
[email protected]ó Márton
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Általános ismertetés• A tanszéki weblap: www.ara.bme.hu
• A hallgatói információcsere: www.ara.bme.hu/poseidon
(segédanyagok, zh pontszámok, jk és prezentáció pontok, …)
• A honlapon lehet átjelentkezni egy másik mérés laborkurzusra. MINDENKIellenőrizze a nevét, hogy ott van-e! 2. oktatási hét végéig.
• Menetrend: 2 előkészítő óra + 3 mérési alk. (A, B, C), + 2 prezentáció
1. prezentáció alkalom: az A mérés és a B mérés fele tart előadást,
2. prezentáció alkalom: a B mérés második fele és a C mérés.
• A jegyzőkönyv leadása a mérés után legfeljebb 1 hét. Az oktató 2 nap alatt átnézi. Utána a hallgatók a személyes konzultáción megbeszélik a lehetséges hibákat, javasolt változtatásokat.
• Lajos T.: Az áramlástan alapjai (6. fejezet)
• …2004 2009
A nyomás mérése• U csöves manométer
• Betz-rendszerű manométer
• Ferdecsöves mikromanométer
• Görbecsöves mikromanométer
• EMB-001 digitális kézi nyomásmérő műszer
A nyomás mérése / U-csöves mikromanométer I.• Csőáramlás
• Pillangószelep
• Körvezetéken átlagoljuk a nyomást
∆
H
> g
pB pJ
B Jp p=
1 2 ( )ny ny mp gH p g H h g hρ ρ ρ+ = + − ∆ + ∆
A manométer egyensúly egyenlete:
1 2 ( )m nyp p g hρ ρ− = − ∆
ρny <<ρm
(pl. levegő közeg – víz mérőfolyadék)
Egyébként (pl. víz közeg – higany mérőfolyadék)
mp g hρ∆ = ∆
( )m nyp g hρ ρ∆ = − ∆
Vegyük észre, hogy ( )p f H∆ ≠
∆
A nyomás mérése / U-csöves mikromanométer II.
A mérőfolyadékok sűrűsége ρmf (irányszámok)
A manométer egyensúly egyenlete
A nyomásközvetítő közeg sűrűsége: ρny (pl. levegő)
ρ ≈ 31000vízkgm
ρ ≈ 3840alkoholkgm
ρ ≈ 313600higanykgm
plevegő - légköri nyomás [Pa] ~105Pa
R - a levegő specifikus gázállandója 287[J/kg/K]T - légköri hőmérséklet [K] ~293K=20°C
( )m nyp g hρ ρ∆ = − ∆
3191
mkg,
RTp
levegő
levegőlevegő ==ρ
A nyomás mérése / U-csöves mikromanométer III.
Pl. a leolvasott érték:
A pontossága ~1mm: Az abszolút hibája:
A helyes érték felírása az abszolút hibával(!)
A relatív hibája:
10 1h mm mm∆ = ±
10h mm∆ =
1h mmδ∆ = ±
Hátrányai:
• Leolvasási hiba (kétszer olvassuk le)
• Pontossága ~1mm
• Kis nyomáskülönbségeknél nagy a relatív hiba
Előnye:
• Megbízható
• Nem igényel karbantartást
%,mmmm
hh 1010
101
===∆∆δ
A nyomás mérése / fordított U-csöves mikromanométer II.
A manométer egyensúly egyenlete
Mivel általában folyadékkal (pl. víz) töltött vezetékekben mérjük a nyomáskülönbséget fordított U-csöves mikromanométerrel, így ha a „mérőfolyadék” ebben az esetben pl. levegő, akkor a sűrűségviszony (1.2/1000) miatt a -ρlelhagyható.
A nyomás mérése / Betz-rendszerű mikromanométer
A relatív hiba csökkentése optikai eszközökkel, így a pontosság növelhető.
10 0,1h mm mm∆ = ±A pontossága ~0,1mm: Az abszolút hibája:
A relatív hibája:%101,0
101.0
===∆∆
mmmm
hhδ
A nyomás mérése / ferdecsöves mikromanométer
Döntési szög függő - f(α) -változó relatív hiba jellemzi.
A manométer egyensúly egyenlete
1 2 mp p g hρ− = ∆
sinh L α∆ = ∆
Pontosság: δL~1mm,
Relatív hiba:
%,
sinmmmm
sinhL
LL 5050
30101
==
°
=∆
=
α
δδ
A nyomás mérése / EMB-001 digitális nyomásmérő
Mérés során használandó gombok listájaBe/kikapcsolása Zöld gombbalGyári kalibráció visszaállítása „0” majd a „STR Nr” (javasolt)Mérési csatornák váltása „CH I/II”0 Pa beállítása „0 Pa”Átlagolási idő váltása (1/3/15s) „Fast/Slow” (F/M/S)
A mérési tartomány:
2p Paδ∆ =
1250p Pa∆ = ±
A mérési hiba:
Sebességmérés / Pitot-csőPitot, Henri (1695-1771), francia mérnök.
2
2d ö stp p p vρ= − =
A dinamikus nyomás meghatározása:
A sebesség meghatározása:
2 2dv p p
ρ ρ= = ∆
Térfogatáram-mérés
• Térfogatáram definíció
• Pontonkénti sebességmérésen alapuló módszer
• Nem kör keresztmetszetű vezetékek
• Kör keresztmetszetű vezetékek
• 10-pont módszer
• 6-pont módszer
• Szűkítőelemes módszer
• Venturi-cső (vízszintes/ferde tengely)
• Átfolyó mérőperem (átfolyási szám, iteráció)
• Beszívó mérőperem
• Beszívó tölcsér
Több mért sebességből átlagsebesség számításNagyon fontos, hogy: átlagok gyöke ≠ gyökök átlaga (!)
Pl. Ha több pontban mérjük a dinamikus nyomást, majd abból sebességet
kívánunk számolni…
2i iv p
ρ= ∆
1. 2.
3. 4.
1 1
2v pρ
= ∆
1 2 3 4 1 2 3 4
1
2 2 2 22
44
n
ii
p p p p p p p pv
vn
ρ ρ ρ ρρ
=
∆ ∆ ∆ ∆ ∆ + ∆ + ∆ + ∆⎛ ⎞+ + + ⎜ ⎟⎝ ⎠= = ≠
∑
HELYESátlagolás
HELYTELENátlagolás
Térfogatáram-mérés / sebességmérésen alapulóNem kör keresztmetszetű vezeték
= =
= = ≈ ∆ =
+ + +=
∑ ∑∫4
, ,1 1
,1 ,2 ,3 ,4
4
n
v v i m i ii iA
m m m m
q vdA q v A
v A v A v A v AAv
1 2 ... . iAA A áll An
∆ = ∆ = = = ∆ =
Feltéve, hogy:
1. 2.
3. 4.
2vq
3vq
1vq
4vq
Térfogatáram-mérés / sebességmérésen alapuló I.
Si/D= 0.026, 0.082, 0.146, 0.226, 0.342, 0.658, 0.774, 0.854, 0.918, 0.974
•A sebességprofil feltételezetten másodfokú parabola.•Állandó üzemállapot•Prandtl-csővel végzett dinamikusnyomás mérés.
Kör keresztmetszetű vezeték, 10pont (6pont) módszer
Térfogatáram-mérés / sebességmérésen alapuló II.
Si/D= 0.026, 0.082, 0.146, 0.226, 0.342, 0.658, 0.774, 0.854, 0.918, 0.974
A sebességmérésen alapuló térfogatáram-mérés előnye a szűkítőelemmel valóméréssel szemben, hogy nem változtatjameg a mért berendezés üzemállapotát, illetve hogy a mérés egyszerű.
Hátránya, hogy a hiba viszonylag nagy lehet, a szűkítőelemeshez képest. Hosszú mérés, biztosítani az állandó üzemállapotot. (10pont x 1,5perc = 15 perc)
Kör keresztmetszetű vezeték, 10pont (6pont) módszer
1 2 ... .5AA A áll= = = =
1 10 2 9 3 8 4 7 5 6
2 2 2 2 25
v v v v v v v v v v
v
+ + + + ++ + + +
=
Feltéve, hogy:
Térfogatáram-mérés / szűkítőelemes módszerVenturi-cső
p1 p2
ρm
ρny∆h
H
mq vAρ= [ ] .mkgq álls
= =
2 21 1 2 22 2
p v p vρ ρ+ = +
Bernoulli-egyenlet (ρ=áll., U=áll.):
Vq vA= [ ]3
.Vmq álls
= =
1 1 2 2Vq v A v A= =
A1 A2
1 2A A> 1 2v v<
A p∆ → ∆
( )1 4 4
1 1
2 2
2 2
1 1
m ny
ny ny
g h pvd dd d
ρ ρ
ρ ρ
− ∆ ∆= =
⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟− −⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠⎝ ⎠ ⎝ ⎠
Térfogatáram-mérés / szűkítőelemes módszer
Szabványos szűkítés - nyomáskülönbség
β = d/D átmérőviszony,d [m] legszűkebb keresztmetszet átmérőjeD [m] a szűkítést megelőző cső átmérőjeReD = vD/ν a Reynolds-szám (alapképlet)v [m/s] átlagsebesség a D átmérőjű csőbenν [m2/s] kinematikai viszkozitásp1 [Pa] szűkítőelem előtt mért nyomásp2 [Pa] szűkítőelemben vagy utána mért nyomásε kompresszibilitási tényező (ε=ε(β,τ,κ)~1 a levegő esetén, a nyomásváltozás csekély) α átfolyási szám, α=(β,ReD) (szabványos kialakítás!)κ izentrópikus kitevőτ=p2/p1 nyomásviszony
Átfolyó mérőperem
2 24v
d pq παερ∆
=
Vq vA=
Térfogatáram-mérés / szűkítóelemes módszer
Nem szabványos szűkítés - nyomáskülönbség
Beszívó mérőperem (nem szabványos)
6,0
24
2
=
∆⋅
⋅⋅⋅=
αρ
πεα mpmp
v
pdq
ρπ beszbesz
vpdkq ∆
⋅⋅
⋅=2
4
2
A mérési bizonytalanság meghatározása (hibaszámítás) I.
1. 2.
3. 4.
2p∆
3p∆
1p∆
4p∆
2 ii
pv
ρ∆
= pRT
ρ =
Pl. a térfogatáram bizonytalansága
41 2 3 4
1 2 3 41
2 2 2 2v i i
i
p RT p RT p RT p RTq v A A A A A
p p p p=
∆ ∆ ∆ ∆= ∆ = + + +∑
( )= ∆ + ∆ + ∆ + ∆1 1 2 2 3 3 4 4
12vq R T A p A p A p A p
p
Prandtl-csővel mért nyomások:p1 =486,2Pap2 =604,8Pap3 =512,4Pap4 =672,0Pa
A labor kondíciója:p =1010hPaT=22°C (293K)R=287 J/kg/K
( ), , ,vq f T p p állandók= ∆
A légköri nyomás mérési hibája a leolvasái hibája δp=100PaA labor hőmérsékletének mérési hibája, δT=1KA Prandtl-csöves nyomásmérés hibája (EMB-001) δ∆p=2Pa
0,1m2
3
0,3082sv
mq =
A mérési bizonytalanság meghatározása (hibaszámítás) II.
1. 2.
3. 4.
2p∆
3p∆
1p∆
4p∆
Pl. a térfogatáram bizonytalansága
2
1
n
ii i
RR XX
δ δ=
⎛ ⎞∂= ⎜ ⎟∂⎝ ⎠
∑
Általánosan abszolút hiba
(δp, δT, δ∆p)
A térfogatáram abszolút hibája:
A térfogatáram relatív hibája:
A térfogatáram számeredménye:
p
qpq
vv 1
21
⋅⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −=
∂∂
T
qTq
vv 1
21
⋅⎟⎠⎞
⎜⎝⎛=
∂∂
( ) i
i,vi
v
pq
pq
∆⋅⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛⋅=
∆∂∂ 1
21
( )∑=
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅
∆∆
⋅+⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛⋅⋅+⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−⋅⋅=
4
1
2
,
22
21
21
21
i i
iivvvV p
pqTTq
ppqq δδδδ
%2,0001976,0 ≅=V
V
qqδ
smqV
3
0616,03082,0 ±=
A honlapról letölthető anyagokhttp://www.ara.bme.hu, Oktatás menü, Tantárgyak menü
Vagy
http://www.ara.bme.hu/oktatas/tantargy/NEPTUN/BMEGEAT3030/2009-2010-I/labor/
http://www.ara.bme.hu/oktatas/tantargy/NEPTUN/BMEGEATAG01/MAGYAR_kepzes/2009-2010-I/labor/
htpp://www.ara.bme.hu/oktatas/tantargy/NEPTUN/BMEGEATAE01/2009-2010-I/labor
Vagy (az 5. héttől, amikor már megvan a mérés beosztás)
http://www.ara.bme.hu/poseidon
Anyagok:
• Méréselőkészítő óra anyaga (mereselokeszito_menetrend_mertekegysegek.pdf)
• Hibaszámítási segédlet (hibaszamitas_meresekhez_2009.pdf, ZH1+Hibaszamitas_info.pdf)
• EMB-001 tip. digitális nyomásmérő leírása (EMB-001_Manual.pdf)
• Mérési segédletek: M01, M02, M03……M13 (M?.doc, M?.pdf, M?.html)
• Mérési jegyzőkönyv borítólap, minta jegyzőkönyv (mintameres_jk.doc)
• Mérési jegyzőkönyv tartalmi / formai követelményei (mereskov.pdf)
• Számítási segédletek (alfa_qv.pdf, moody_diagram.pdf)
• PowerPoint prezentáció segédlet, minta (neptunkod.ppt)