Václav Uruba, Ústav termomechaniky AV ČR. Vzduch lze považovat za ideální Všechny ostatní fyzikální veličiny jsou funkcí P a T: T K ms

Transkript

1 Měření tlaků Václav Uruba, Ústav termomechaniky AV ČR Stavové veličiny určující stav plynu: Tlak p Teplota T Pro ideální plyn stavová rovnice: PV = RT Vzduch lze považovat za ideální Všechny ostatní fyzikální veličiny jsou funkcí P a T: 3 3, P kg ρ = 3 T m, 7 0,75 kg µ = 2, T ms, 1,25 4 0,87 J λ = 1,83 10 T K ms, l = 1,098 T [ m] P Měření tlaků: Bodové měření odběry o Ve stěně o V proudu sondy Měření rozložení o Přepínače tlaku (1 snímač) o Vícenásobné manometry (baterie snímačů) o Tlakocitlivé nátěry optická metoda, rozložení na povrchu, malá citlivost (vysoké rychlosti) Měření tlaků 1

2 Manometry Kapalinové Elastické Kapalinové manometry Kapaliny: Voda k = 9.81 Líh (obarvený) Rtuť k = 133 p = hρg p[ Pa] h[ mm] k =, k = ρ g Přesnost čtení h: Bez pomůcek ±0,5mm (5Pa) S optikou ±0,05mm (0,5Pa) Mikromanometry ±0,01mm (0,1Pa) Výhody: Není třeba cejchovat Jednoduché Nevýhody: Meniskus možná chyba čtení Složitá digitalizace Měření tlaků 2

3 Kapalinové manometry Plováky odstranění problémů s meniskem Měření tlaků 3

4 Snímače tlaku elastické Absolutní Diferenciální S referencí Měření tlaků 4

5 Princip snímání piezorezistivní indukční kapacitní optické Piezorezistivní snímače Si destička membrána, difundované snímače (polovodiče) Měření tlaků 5

6 Výhody: Vysoká citlivost Velký výstupní signál Malý vnitřní objem (miniaturní snímače) Vysoká vlastní frekvence (řádu khz) Nevýhody: Nelinearita Citlivost na teplotu teplotní drift nuly Horší stabilita Kapacitní, indukční a optické snímače Velká komora (vlnovec) snímá se deformace stěny Měření tlaků 6

7 Výhody: Citlivost Stabilita Přesnost Nevýhody: Velikost Nižší frekvence Měření tlaků 7

8 Sondy Celkový tlak Pitotova sonda Sonda celkového tlaku Měření tlaků 8

9 Statický tlak Tlak na stěně Odběr přívod snímač Ø 0,5 mm Snímač ve stěně ( flush mounted ) snímač membrána Měření tlaků 9

10 Kombinované sondy Prandtlova sonda Pitot- static probe Měří se přímo dynamický tlak Měření tlaků 10

11 Sondy pro měření směru Sondy s více senzory Víceotvorové (3 7) Dvě strategie Natáčení sondou složitá manipulace, jednoduché vyhodnocení Směrové cejchování sondy jednoduchá manipulace, složité vyhodnocení Měření tlaků 11

12 Natáčení sondy Cejchování jen pro vektor rychlosti ve směru sondy Měření tlaků 12

13 Směrové cejchování sondy Pětiotvorová sonda Náběžná část kuželová půlkulová (vysoké rychlosti) Měření tlaků 13

14 U = Qcosα cos β V = Qcosα sin β W = Qsinα Bezrozměrné součinitele Kα αβ, = P4 P2 / P1 Pm ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) Kβ αβ = P P P P, 5 3 / 1 m ( α, β) ( ) ( 2 1 m / ρ /2) Cq = P P Q Q p (, ) ( ) /( ) C H P P P αβ = 1 1 m H ( αβ ) = ( ) P, P P P P /4 m α, β Měření tlaků 14

15 Měření tlaků 15

16 Faktory ovlivňující přesnost měření tlaků Směr proudění Smyková oblast Turbulence Blízkost stěny Nízká rychlost Rázové vlny Časová konstanta Směr proudění Velký vliv na čtenou hodnotu Měření tlaků 16

17 Smyková oblast U p 0 δ Turbulence Bernouliho rovnice: U = U + u, p 0 = p+ ρu 2 2 ( ) ( 2 ) 2 U = U + u = U + 2Uu+ u = U + 0+ u pro 20% intenzitu fluktuací: zvýšení p 0 o 4%, U o 2% I u 2 2 u = 100% U Blízkost stěny Malá korekce do 1,5% na rychlosti při dotyku sondy Měření tlaků 17

18 Nízká rychlost Pro Re < 50 korekce! Měření tlaků 18

19 Rázové vlny Dvě fáze zbrždění tekutiny Neisoentropická až po rázovou vlnu Do stagnačního bodu isoentropicky Měření tlaků 19

20 Časová konstanta Skoková změna tlaku změna údaje manometru (exponenciální) zkreslení periodických signálů Faktory ovlivňující odezvu Vlastní frekvence manometru (např. membrány) Přenosová funkce přívodního potrubí Vlastnosti tekutiny Měření tlaků 20