MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE

Îndrumar de laborator MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE Ioana Opriş Petre Blaga

1 PREFAŢĂ Laboratorul de măsurarea mărimilor neelectrice (MMN) este destinat studiului metodelor de măsură Şi interpretării rezultatelor privind principalele mărimi termofizice şi termodinamice utilizate În analiza proceselor termoenergetice. Scopul realizării lucrărilor de laborator este de a fimiliariza studenţii facultăţii de Energetică cu metodele moderne de măsurare a următoarelor mărimi: - măsurarea temperaturilor; - măsurarea presiunilor; - măsurarea vitezelor; - măsurarea debitelor; - măsurarea nivelelor; - măsurarea concentraţiilor de gaze; - măsurarea umidităţii gazelor; - măsurarea cuplurilor de forţe; - măsurarea pierderilor de presiune locale; - măsurarea pierderilor de presiune liniare; - distribuţia de debite în diferite configuraţii de sisteme conducte. Lucrările de laborator se realizează cu aparate şi pe standuri de măsură moderne, cu posibilitatea vizualizării proceselor supuse analizelor precum şi al prelucrării rezulatelor pe computer, prin intermediul unor programe specifice implementate în acest scop. Progresul în domeniul măsurătorilor este mai puţin legat de aplicarea unor principii noi de funcţionare si mai mult de îmbunătăţire a celor existente. Schimbările importante se referă la miniaturizarea aparatelor, calitatea materialelor utilizate, dar mai ales la dezvoltarea sistemelor electronice de achiziţie date şi traductoare de semnale. Dezvoltarea microprocesoarelor face ca semnalele digitale să se aplice din ce în ce mai mult în domeniul măsurătorilor, în defavoarea celor analogice. Totodată, penetrarea masivă a informaticii conferă aparatelor de măsură o «inteligenţă» crescută şi posibilitatea integrării uşoare în sisteme informatice complexe. Studenţii, beneficiari ai acestor instruiri, sunt invitaţi să-şi cultive imaginaţia şi inventivitatea. Informaţiile prezentate în acest îndrumar sunt utile nu numai studenţilor, dar si specialiştilor mai puţin familiarizaţi cu tehnicile de măsurare actuale. Mulţumim pe această cale pentru sprijinul acordat de către şeful catedrei de Producerea şi Utilizarea Energei, precum şi al Decanatului facultăţii de Energetică în realizarea şi editarea acestui îndrumar, absolut necesar procesului de educare tehnică a studenţilor facultăţii de Energetică. Autorii

MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR CUPRINS DESCRIERE LABORATOR 5 1. MĂSURAREA TEMPERATURILOR 15 1.1. Standul pentru măsurarea temperaturilor 15 1.1.1. Prezentarea standului de măsură 15 1.1.. Termometre mecanice 16 - Termometru de sticlă cu lichid - Termometrul bimetalic - Manotermometrul 1.1.3. Termometre electrice 18 - Termorezistenţa - Termistorul - Termocuplul 1.1.4. Panoul de comandă al băii termostatate 1 1.1.5. Date tehnice ale termometrelor 3 1.. Verificarea termometrelor 5 1..1. Scopul lucrării 5 1... Consideraţii teoretice 5 1..3. Procedeul de măsură 5 1..4. Prelucrarea datelor 6 1.3. Inerţia termică a termometrelor electrice 8 (termorezistenţa, termistorul, termocuplul) 1.3.1. Scopul lucrării 8 1.3.. Consideraţii teoretice 8 1.3.3. Procedeul de măsură 8 1.3.4. Prelucrarea datelor 9 1.4. Verificarea senzorului termometrelor rezistive 31 (termorezistenţa, termistorul) 1.4.1. Scopul lucrării 31 1.4.. Consideraţii teoretice 31 1.4.3. Procedeul de măsură 31 1.4.4. Prelucrarea datelor 3 1.5. Verificarea traductorului termorezistenţei 33 1.5.1. Scopul lucrării 33 1.5.. Consideraţii teoretice 34 1.5.3. Procedeul de măsură 34 1.5.4. Prelucrarea datelor 34

3. MĂSURAREA PRESIUNILOR 36.1. Determinarea constantei micromanometrului cu 36 tub înclinat cu ajutorul micromanometrului Askania.1.1. Scopul lucrării 36.1.. Consideraţii teoretice 36 - Micromanometrul Askania - Micromanometrul cu tub înclinat.1.3. Procedeul de măsură 39.1.4. Prelucrarea datelor 40.. Verificarea unui traductor de presiune. Trasarea 41 caracteristicii traductorului de presiune..1. Scopul lucrării 41... Consideraţii teoretice 41..3. Descrierea dispozitivului de verificare 4 - Ajustarea punctului de zero - Verificarea traductorului - Caracteristica traductorului de presiune..4. Date tehnice ale dispozitivului de verificare 47..5. Procedeul de măsură 48..6. Prelucrarea datelor 49 3. MĂSURAREA UMIDITĂŢII ATMOSFERICE 5 3.1. Scopul lucrării 5 3.. Consideraţii teoretice 5 3..1. Psihrometrul 54 - Psihrometrul clasic - Psihrometrul Assmann 3... Higrometrul cu fir de păr 56 3.3. Procedeul de măsură 57 3.4. Prelucrarea datelor 59 3.5. Anexe 61 4. MĂSURAREA DEBITELOR 63 4.1. Obiectivul lucrărilor 63 4.. Metoda de măsurare 63 4.3. Descrierea standului de măsură 63 4.4. Date tehnice privind sistemele de măsură 66 4.5. Formule de calcul 67 4.6. Modul de lucru 69 4.7. Înregistrarea rezultatelor măsurătorilor 69

4 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR 4.8. Calculul mărimilor şi prezentarea rezultatelor 70 5. DETERMINAREA COEFICIENŢILOR DE 7 PIERDERI LOCALE DE PRESIUNE 5.1. Obiectivul lucrării 7 5.. Metoda de măsurare 7 5.3. Descrierea standului de măsură 73 5.4. Date tehnice privind sistemele de măsură 75 5.5. Modul de lucru 75 5.6. Înregistrarea rezultatelor măsurătorilor 76 5.7. Prelucrarea datelor 77 6. DETERMINAREA COEFICIENŢILOR DE 79 PIERDERI LINIARE DE PRESIUNE. DISTRIBUŢIA DE DEBITE INTR-O REŢEA DE CONDUCTE 6.1. Obiectivul lucrărilor 79 6.. Metoda de măsurare 80 6.3. Descrierea standului de măsură 81 6.4. Lista lucrărilor 8 6.4.1. Determinarea coeficientului de pierderi lineare de 83 presiune 6.4.. Determinarea caracteristicii reţelei şi a 86 distribuţiei de debite pentru o reţea de conducte legate în paralel 6.4.3. Determinarea caracteristicii reţelei şi a 89 distribuţiei de debite pentru o reţea de conducte legate în serie 6.4.4. Determinarea caracteristicii reţelei şi a 91 distribuţiei de debite pentru o reţea de conducte inelară 6.4.5. Determinarea pierderilor de presiune şi a caracteristicii de debit pentru trecerea de la două conducte legate în paralel la o singură conductă 93

6 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR DESCRIEREA LABORATORULUI Laboratorul de măsurarea mărimilor neelectrice (MMN) este destinat studiului metodelor de măsură a mărimilor termofizice şi termodinamice. Lucrările de laborator se referă la: măsurarea temperaturilor, măsurarea presiunilor, măsurarea debitelor de fluide, analiza gazelor de ardere, măsurarea umidităţii gazelor, măsurarea pierderilor de presiune liniare, locale şi totale pe diferite configuraţii de sisteme de conducte etc. În acest scop, laboratorul dispune de mai multe standuri experimentale moderne, amplasate în cadrul laboratorului din sala EH 105 A. Acestea sunt prevăzute cu aparatură locală de măsură şi comandă şi cu posibilitatea de achiziţie date, stocare şi prelucrare pe computer. (a) Dotare laborator Laboratorul de măsurarea mărimilor neelectrice are în componenţa sa următoarele standuri şi aparate de măsură individuală: - Standul integrat pentru măsurarea temperaturilor joase, sub punctul de fierbere al apei. Standul are posibilitatea de a realiza măsurători de temperatură cu ajutorul termometrelor de dilatare cu lichid (cu mercur sau alte lichide), termocuplelor, termorezistenţelor, termosemiconductorilor, termometrelor în infraroşu şi spot lasser. In componenţa standului este integrat un sistem de achiziţie date şi un computer. Acesta oferă posibilitatea vizualizării in timp real a măsurătorilor efectuate, sub forma de grafice de variaţie în timp. Prelucrarea ulterioară a datelor este posibila, pe baza tabelelor sau graficelor de variaţie în timp înregistrate.

6 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR Vedere de ansamblu stand (stânga) şi termometru în infraroşu (dreapta) Camera de termografiere în infraroşu - Standul de măsură a presiunilor şi a diferenţelor de presiune. Acesta este un stand complet automatizat ce cuprinde: o pompă hidraulică cu piston acţionată manual prin intermediul unui şurub cu pas fin, traductor de presiune piezoelectric, manometru etalon cu greutăţi, sistem de achiziţie date şi computer cu software adecvat pentru înregistrarea datelor măsurate.

7 Vedere de ansamblu stand măsurare presiuni - Standul pentru măsurarea presiunilor cu micromanometre. Este compus dintr-o instalaţie manuală pentru realizarea de presiuni coborâte bazat pe principiul vaselor comunicante, Presiunile generate pot fi masurate cu micromanometrul cu tub U, cu micromanometrul cu tub înclinat şi micromanometrul tip Askania. Vedere de ansamblu stand măsurare presiuni

8 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR - Standul pentru măsurarea debitelor pe baza reducerii de secţiune (diafragmă, tub Venturi, ajutaj). Standul este compus dintr-un bazin cu volum mare de apă, o pompă de circulaţie în circuit închis cu turaţie variabilă, aparatele de măsură a debitului, a volumului de apa si micromanometre cu tuburi U verticale gradate. Vedere de ansamblu stand măsurare debite - Standul pentru măsurarea debitelor cu debitmetre ultrasonice. Se compune dintr-un debitmetru ultrasonic cu sonde de măsură detaşabile, pentru diferite temperaturi (temperaturi joase sub 100 C şi temperaturi ridicate peste 100 C). Măsura este complet computerizată cu timpi de scalare variabili prestabiliţi prin programare digitală, cu afişare grafică

pe display-ul aparatului şi posibilitate de interconectare serială cu un computer extern performant şi imprimantă proprie etc. 9 Vedere de ansamblu instalaţie de măsură debite cu ultrasunete Debitmetrul cu ultrasunete Digi Sonic

10 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR - Standul pentru măsurarea vitezelor fluidelor. Cuprinde o instalaţie cu aer ventilat cu ventilator cu turaţie variabilă şi tubulatura de circulaţie. Măsura vitezei aerului se poate realiza prin intermediul tuburilor Pitot, Pitot mediat, Annubar, a anemometrului cu fir cald, cu palete sau cupe. Anemometru cu cupe - Standul pentru determinarea pierderilor de presiune liniare şi locale pe diferite elemente de reţea. Se compune dintr-un bazin cu volum mare de apă, pompă de circulaţie cu turaţie variabilă în circuit închis, elemente de reţea în diferite configuraţii, impreuna cu sistemul de măsură a presiunilor cu tuburi U verticale gradate în milimetri. Se pot determina pierderile de presiune pe fiecare element de reţea din circuit, pe subansamble şi întreaga instalaţie.

11 Standul pentru determinarea pierderilor de presiune - Standul pentru determinarea distribuţiei de debite pe diferite configuraţii de reţele şi a funcţionării pompelor în serie şi în paralel. Standul este compus dintr-un bazin cu volum mare de apă cu suprafaţa liberă, pompe de circulaţie cu turaţie variabilă şi o reţea hidraulica. Sunt disponibile diferite posibilităţi de configuraţii de reţele hidraulice: reţea simplă alimentată de la un capăt, reţea simplă alimentată de la două capete, reţele serie, reţele în paralel, reţea inelară sau reţea buclată. Standul are posibilitatea determinării distribuţiei de debite pe diferitele ramuri, a pierderilor de presiune şi de determinare a graficelor piezometrice pentru fiecare configuraţie hidraulică în parte.

1 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR Standul pentru determinarea distribuţiei de debite Standul pentru analiza concentraţiei gazelor de ardere. Standul are în componenţă mai multe tipuri de aparate, prin diferite principiul de analiză. Una dintre metode o constituie absorbţia selectivă a componentelor dintr-un amestec cu ajutorul analizorului ORSAT, care utilizează substanţe chimice absorbante destinate numai pentru gazele respective: CO, CO, O etc.

13 Analizorul concentraţiei de gaze ORSAT Altă metodă de măsurare a concentraţiei de gaze se realizează prin absorbţie selectivă de radiaţii infraroşii. Analizorul concentraţiei de gaze prin absorbţie în infraroşu tip TESTO 350-XL

14 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR Analizorul concentraţiei de gaze prin absorbţie în infraroşu tip INFRALYT

DESCRIEREA LABORATORULUI 15 1. MĂSURAREA TEMPERATURILOR 1.1. Standul pentru măsurarea temperaturilor 1.1.1. Prezentarea standului de măsură 1 suport cutie depozitare 3 priza alimentare tensiune 0 V 4 priza alimentare tensiune variabilă 5 întrerupător principal 6 rezistenţe de 10, 100, 1000 Ω 7 multimetru digital 8 afişaj digital pentru Pt100 9 afişaj digital pentru termistor 10 afişaj digital pentru termocuplul de tip K 11 termometru cu mercur 1 termometru bimetalic 13 termometru manometric 14 vas izolat 15 psihrometru 16 reşou electric nisip 17 baie termostatată

16 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR 1.1.. Termometre mecanice Standul de măsură conţine trei termometre electrice: termometrul de sticlă cu lichid, termometrul bimetalic şi manotermometrul. Termometrul de sticlă cu lichid Termometrul de sticlă cu lichid se bazează pe dilatarea unui lichid (mercur sau lichid organic) odată cu variaţia temperaturii. 1 bulb (elementul sensibil) tub capilar din sticlă

DESCRIEREA LABORATORULUI 17 Termometrul bimetalic Termometrul bimetalic se bazează pe dilatarea diferită a două metale ce au coeficienţi de dilatare diferiţi, alipite, dispuse elicoidal. Capătul liber al bimetalului este legat la acul indicator. Deformarea bimetalului odată cu variaţia temperaturii conduce la deplasarea capătului liber şi a acului indicator. Bolţ pentru calibrare 1 ac indicator bimetal 3 legătura fixă 4 teaca protectoare 5 cutie cadran Manotermometrul Manotermometrul se bazează pe modificarea presiunii unui gaz închis într-un rezervor odată cu modificarea temperaturii (conform legii gazelor perfecte). Presiunea este măsurată cu ajutorul unui manometru şi indicată pe cadran.

18 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR 1.1.3. Termometre electrice Standul de măsură conţine trei termometre electrice: termorezistenţa, termistorul şi termocuplul. Acestea convertesc temperatura într-un semnal electric, indicat pe un display digital în valori de temperatură. Termorezistenţa Termorezistenţa este de tipul Pt-100. Aceasta se bazează pe modificarea rezistenţei unui conductor electric odată cu temperatura. Traductorul de temperatură este programat astfel încât să indice temperatura corectă pentru un senzor de tipul Pt-100. Senzorul Pt-100 este conectat întro configuraţie cu trei fire, pentru a compensa parţial erorile de măsură ce apar datorită firelor de legătură lungi. Mărimea de ieşire a traductorului este o tensiune, transmisă către un display digital. Tensiunea este disponibilă şi la mufe de ieşire, de unde poate fi preluată de sistemul de achiziţie, care o afişează în domeniul 0 100 ºC, corespunzător intrării de 0-10 V. Rezistenţa senzorului Pt-100 poate fi simulată prin conectarea intrării display-ului cu rezistenţele încorporate în standul de măsură: - 100 Ω corespunzător pentru 0 ºC - 110 Ω corespunzător pentru 5.7 ºC 1 display digital mufa Pt-100 3 Mufe pentru simularea Pt- 100 4 Mufe pentru rezistenţe (10, 100 si 1000 Ω) 5 Mufe laborator (ieşire 0 10V)

19 Termistorul Termistorul este de tipul NTC. Acesta se bazează pe modificarea rezistenţei unui semiconductor odată cu temperatura: rezistenţa semiconductorului scade odată cu creşterea temperaturii. Caracteristica termistorului are o linearitate bună numai în domeniul 0 55 ºC, motiv pentru care se pot face măsurători corecte numai în acest domeniu de temperaturi. Caracteristica este memorată într-un program al afişajului. Valoarea indicată pe display este disponibilă şi ca semnal analogic de ieşire (0 10 V = 0 100 ºC), pentru sistemul de achiziţie de date. 1 Display digital - Mufe laborator (termistor NTC) 3 - Mufe laborator (ieşire 0 10V)

0 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR Termocuplul Termocuplul se bazează pe efectul Seebeck: generarea unei tensiuni electromotoare diferite, în funcţie de temperatură. Termocuplul este de tipul K. Caracteristica acestuia este memorată în programul display-ului. Totodată, tensiunea este disponibilă şi ca semnal analogic de ieşire pentru sistemul de achiziţie de date (0 10 V = 0 1000 ºC),. 1 Display digital Mufa termocuplu 3 - Mufe laborator (ieşire 0 10V)

1 1.1.4. Panoul de comandă al băii termostatate Înterupător principal, iluminat Butoane: Afişaj: Sus: indicatori de control Linia 1: Valoarea instantanee Linia : Temperatura de lucru (setpoint) S xxx.xx Linia 3: Valoarea instantanee I/E (aceeaşi cu cea din linia 1) Start/stop Selectarea temperaturii de lucru (setpoint 1,, 3) Selectarea valorilor de avertizare şi siguranţă Selectarea funcţiunilor din menu Cursor (stânga sau dreapta) Editare (creştere sau descreştere) ENTER (salvează valoarea/parametrul sau trece la meniul inferior) ESCAPE (anulează intrările sau revine la meniul anterior) Ajustarea protecţiei la temperatură maximă (conform IEC 61010--010)

MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR Setarea temperaturii din baia termostatată Setari din fabrică: Apăsaţi butonul pentru a intra în meniul de selectare a temperaturilor. Pot fi setate 3 temperaturi diferite (SETP 1, SETP, SETP 3). Setarea se poate face în timp ce baia termostatată este oprită sau pornită. Exemplu: Selectarea temperaturii de lucru 1. Apăsaţi butonul până apare pe afişaj pasul dorit. Apăsaţi (!) Baia termostatată va folosi noua temperatură de lucru pentru reglarea temperaturii. Exemplu: Setarea temperaturii de lucru SETP 3 1. Se apasă butonul până apare pe afişaj temperatura de lucru dorită (SETP 3) în exemplu: SETP 3/70.0 ºC (ultimul digit clipeşte). Schimbarea valorii la 85ºC. Se utilizează cursoroarele până începe să clipească cifra ce urmează a fi modificată Se utilizează cursoroarele pentru a modifica valoarea cifrei respective (-, 0, 1,, 3, 9). În exemplu: SETP 3/85.0 ºC (ultimul digit clipeşte) 3. Se apasă pentru memorarea valorii. (!) Valoarea nou introdusă va fi utilizată imediat pentru reglarea temperaturii de lucru. Indicatorul pentru încălzire începe sa clipească.

3 1.1.5. Date tehnice ale termometrelor Termometrul bimetalic: - domeniul de măsură: 0 00 ºC - lungimea tecii de protecţie: 160 mm - diametrul tecii de protecţie: 8 mm Manotermometrul: - domeniul de măsură: 0 00 ºC - lungimea tecii de protecţie: 160 mm - diametrul tecii de protecţie: 8 mm - mediul de măsură: azot Termorezistenţa: Termistorul: - senzorul de temperatură: Pt 100 - domeniul de măsură: 0 00 ºC - afişaj digital: 0 100 ºC - semnal ieşire: 0 10 V - senzorul de temperatură: NTC - domeniul de măsură: 0 55 ºC - rezistenţa: R 50 = 359.3 şi R 5 = 886. Ω - afişaj digital: 0 100 ºC - semnal ieşire: 0 10 V Termocuplul: - senzorul de temperatură: termocuplu tip K - domeniul de măsură: 0 1000 ºC - afişaj digital: 0 1000 ºC - semnal ieşire: 0 10 V

4 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR Tabelul 1. Rezistenţa Pt-100 conform DIN IEC 751 Valoarea rezistenţei în [Ω]

5 1.. Verificarea termometrelor 1..1. Scopul lucrării Însuşirea tehnicii de măsurare a temperaturilor şi de verificare a termometrelor. Termometre utilizate în lucrare (vezi standul de măsură al temperaturilor capitolul 1.1): - Termometre mecanice: termometrul cu mercur, manotermometrul, termometrul bimetalic - Termometre electrice: termorezistenţa, termistorul, termocuplul 1... Consideraţii teoretice Termometre mecanice: termometrul cu mercur, manotermometrul, termometrul bimetalic vezi capitolul 1.1. Termometre electrice: termorezistenţa, termistorul, termocuplul vezi capitolul 1.1.3 1..3. Procedeul de măsură - se introduc toate termometrele în baia termostatată - se porneşte baia termostatată - se setează (vezi capitolul 1.1.) temperatura de lucru SETP 1 pe o valoare cu maximum 1 ºC mai mare decât temperatura apei din baia termostatată. Aceasta va reprezenta temperatura etalon a primului regim de lucru; se notează în tabelul de măsurători. - apa se va încălzi până la temperatura de lucru - la cca. 5 minute după ce temperatura instantanee a ajuns

6 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR la valoarea temperaturii de lucru se citesc indicaţiile tuturor termometrelor şi se notează în tabelul de măsurători. - se setează o nouă valoare a SETP 1, cu 3 ºC mai mare decât valoarea anterioară şi se face o nouă măsurătoare într-un nou regim de lucru, după procedeul de mai sus - în total, se fac 5 seturi de măsurători pentru 5 regimuri de lucru diferite Tabel măsurători: Termometru Notaţie Regimul de lucru 1 3 4 5 Temperatura etalon (de lucru) t 0 [ºC] Termometrul de sticlă t 1 [ºC] Termometrul bimetalic t [ºC] Manotermometrul t 3 [ºC] Termorezistenţa Termistorul Termocuplul t 4 [ºC] t 5 [ºC] t 6 [ºC] 1..4. Prelucrarea datelor - se calculează erorile absolute şi relative pentru fiecare termometru, în funcţie de temperatura etalon, t 0 (vezi tabelul de erori absolute şi tabelul de erori relative): o eroarea absolută: a t 0 tverificat [ºC] t0 tverificat o eroarea relativă: % 100 [ºC] t 0

7 Tabel erori absolute: Termometru Notaţie Regimul de lucru 1 3 4 5 Temperatura etalon (de lucru) t 0 [ºC] Termometrul de sticlă ε a1 [ºC] Termometrul bimetalic ε a [ºC] Manotermometrul ε a3 [ºC] Termorezistenţa ε a4 [ºC] Termistorul ε a5 [ºC] Termocuplul ε a6 [ºC] Tabel erori relative: Termometru Notaţie Regimul de lucru 1 3 4 5 Temperatura etalon (de lucru) t 0 [ºC] Termometru de sticlă ε %1 [%] Termometru bimetalic ε % [%] Manotermometru ε %3 [%] Termorezistenţa ε %4 [%] Termistor ε %5 [%] Termocuplu ε %6 [%] - se reprezintă grafic erorile absolute şi relative; - se compară rezultatele obţinute şi se trag concluzii % [%] a [ºC] t 0 [ºC] t 0 [ºC]

8 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR 1.3. Inerţia termică a termometrelor electrice (termorezistenţa, termistorul, termocuplul) 1.3.1. Scopul lucrării Evidenţierea fenomenului de inerţie termică a termometrelor de contact. Termometre utilizate (vezi standul de măsură al temperaturilor capitolul 1.1): termorezistenţa, termistorul, termocuplul 1.3.. Consideraţii teoretice Termometre electrice: termorezistenţa, termistorul, termocuplul vezi capitolul 1.1.3 1.3.3. Procedeul de măsură Verificarea comportamentului în apă: - se porneşte baia termostatată - se setează temperatura de lucru SETP 1 la valoarea de 80 ºC (vezi capitolul 1.1.). - apa din baia termostatată se încălzeşte până la temperatura de lucru aleasă - după atingerea temperaturii de lucru se porneşte sistemul de achiziţie pentru înregistrarea datelor (butonul START) - se introduce unul dintre cele trei termometre electrice în baia termostatată - simultan cu introducerea termometrului în baia termostatată se porneşte un cronometru. Se notează la intervale de timp cât mai scurte timpul şi temperatura corespunzătoare ( secunde) şi se completează în tabelul de măsurători. - pe ecranul calculatorului se vizualizează variaţia tensiunii de ieşire a traductorului: o canalul 1: termorezistenţa, curba albastră o canalul : termistorul, curba roşie o canalul 3: termocuplul, curba verde Valorile sunt înregistrate automat într-un fişier text (din care ulterior pot fi extrase perechi de valori tensiune timp şi calculate valorile corespunzătoare temperatură timp)

- după aplatizarea curbei (încheierea operaţiei de măsurare a temperaturii), se scoate termometrul din baia termostatată şi se urmăreşte graficul de scădere al tensiunii măsurate până ce aceasta devine constantă - la încheierea măsurătorii se întrerupe înregistrarea datelor, se salvează datele şi graficul de pe ecran - măsurătorile se repetă pentru celelalte două termometre electrice. Verificarea comportamentului în nisip: - se porneşte reşoul, pe poziţia 3 - nisipul se încălzeşte până la o anumită temperatură - se introduce unul dintre cele trei termometre electrice în nisip - simultan cu introducerea termometrului în nisip se porneşte un cronometru. Se notează la intervale de timp cât mai scurte timpul şi temperatura corespunzătoare (5 secunde) şi se completează în tabelul de măsurători. - se repetă pe rând măsurătorile pentru celelalte două termometre electrice 9 Tabel timp răspuns: Timpul Termorezistenţa Termistorul Termocuplul ح [sec] t 1 [ºC] t [ºC] t 3 [ºC] 0.......... Momentul aplatisării curbei 1.3.4. Prelucrarea datelor - se trasează graficele de variaţie a temperaturii la creşterea, pentru fiecare dintre cele trei termometre electrice

30 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR - pentru fiecare termometru se calculează: o constanta de timp (timpul după care diferenţa dintre temperatura iniţială a elementului sensibil şi temperatura finală este egală cu 0,63 din diferenţa maximă de temperatură): T 0, 63 t final t initial [sec] o timpul de răspuns 5% (timpul după care diferenţa dintre temperatura elementului sensibil şi cea a mediului nu depăşeşte 5% din diferenţa maximă posibilă): 5, 995 T [sec] o timpul de răspuns % (timpul după care diferenţa dintre temperatura elementului sensibil şi cea a mediului nu depăşeşte % din diferenţa maximă posibilă): 3, 91 T [sec] - se compară rezultatele obţinute şi se trag concluzii

31 1.4. Verificarea senzorului termometrelor rezistive (termorezistenţa, termistorul) 1.4.1. Scopul lucrării Evidenţierea fenomenului de variaţie a rezistenţei termometrelor rezistive (termorezistenţa, termistorul) în funcţie de temperatură. Însuşirea tehnicii de măsurare a rezistenţelor termometrelor electrice rezistive şi verificarea senzorilor acestora. Însuşirea modalităţii de calcul a temperaturii în funcţie de rezistenţă, cu ajutorul tabelelor. Termometre utilizate (vezi standul de măsură al temperaturilor capitolul 1.1): termorezistenţa, termistorul. 1.4.. Consideraţii teoretice Termometre electrice: termorezistenţa, termistorul vezi capitolul 1.1.3 1.4.3. Procedeul de măsură - se introduc în baia termostatată termometrele ale căror senzori se verifică (termorezistenţa, termistorul) - se porneşte baia termostatată - se setează (vezi capitolul 1.1.) temperatura de lucru SETP 1 pe o valoare cu maximum 1 ºC mai mare decât temperatura apei din baia termostatată. Aceasta va reprezenta temperatura etalon a primului regim de lucru; se notează în tabelul de măsurători. - apa se va încălzi până la temperatura de lucru

3 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR - la 5 minute după ce temperatura instantanee a ajuns la valoarea temperaturii de lucru se măsoară rezistenţa celor doi senzori, cu multimetrul digital - valorile celor două rezistenţe se notează în tabelul de măsurători - se setează o nouă valoare a SETP 1, cu 3 ºC mai mare decât valoarea anterioară şi se face o nouă măsurătoare într-un nou regim de lucru, după procedeul de mai sus - în total, se fac 5 seturi de măsurători pentru 5 regimuri de lucru diferite Tabel măsurători: Termometru Notaţie Sursa Regimul de lucru 1 3 4 5 Etalon t et [ºC] măsura R et [Ω] calcul Termorezistenţa R 1 [Ω] măsura Termistorul R [Ω] măsura 1.4.4. Prelucrarea datelor - pentru fiecare set de măsurători se află rezistenţa corespunzătoare temperaturii etalon, prin interpolare, din tabelul 1. (capitolul 1.1.3). - se calculează erorile absolute şi relative pentru rezistenţe în funcţie de etalon şi se completează în tabelul de erori absolute şi cel de erori relative: o eroarea absolută: R R [Ω] R et verificat Ret Rverificat o eroarea relativă: R% 100 [%] R Tabel erori absolute rezistenţe: Termometrul Notaţie [UM] Etalon R et [ºC] Termorezistenţa ε R1 [ºC] Termistorul ε R [ºC] et Regimul de lucru 1 3 4 5

33 Tabel erori relative rezistenţe: Termometrul Notaţie [UM] Etalon R et [Ω] Termorezistenţa ε R%1 [%] Termistorul ε R% [%] Regimul de lucru 1 3 4 5 - se reprezintă grafic erorile absolute şi relative R% [%] R [Ω] t et [ºC] t et [ºC] - se compară rezultatele obţinute şi se trag concluzii 1.5. Verificarea traductorului termorezistenţei 1.5.1. Scopul lucrării Evidenţierea fenomenului de variaţie a rezistenţei termorezistenţei în funcţie de temperatură. Însuşirea modalităţii de calcul a temperaturii în funcţie de rezistenţă, cu ajutorul tabelelor. Însuşirea modalităţii de verificare a unui traductor de temperatură rezistiv

34 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR Termometre utilizate (vezi standul de măsură al temperaturilor capitolul 1.1): termorezistenţa. 1.5.. Consideraţii teoretice Termometre electrice: termorezistenţa vezi capitolul 1.1.3 1.5.3. Procedeul de măsură - se deconectează termorezistenţa de la standul de măsură - în mufele pentru rezistenţe se introduc pe rând următoarele rezistenţe: 10 Ω, 100 Ω, 110 Ω. - se citeşte valoarea de temperatură indicată pe display pentru fiecare rezistenţă Tabel măsurători şi rezultate: Termometru Notaţie Sursa mărime Etalon Termorezistenţa Termistorul R et [Ω] t et [ºC] t 1 [ºC] ε 1 [ºC] ε %1 [%] t [ºC] ε [ºC] ε % [%] setat calcul măsură calcul calcul măsură calcul calcul R=10 [Ω] Regimul de lucru R=100 [Ω] R=110 [Ω] 1.5.4. Prelucrarea datelor - din tabelul 1 (vezi capitolul 1.1.3) se obţin temperaturile etalon corespunzătoare rezistenţelor introduse - se calculează erorile absolute şi relative de măsură pentru temperaturi, considerându-se valorile citite din tabelul 1 drept etalon: o eroarea absolută: t t [ºC] ; etalon verificat

35 tetalon tverificat o eroarea relativă: % 100 [%] ; t etalon - se trasează graficele de variaţie ale erorilor absolute şi relative R% [%] R [Ω] t et [ºC] t et [ºC] - se compară rezultatele obţinute şi se trag concluzii

37. MĂSURAREA PRESIUNILOR.1. Determinarea constantei micromanometrului cu tub înclinat cu ajutorul micromanometrului Askania.1.1. Scopul lucrării Însuşirea modalităţii de măsură a presiunilor cu ajutorul micromanometrului Askania şi cu ajutorul micromanometrului cu tub înclinat. Determinarea constantei unui micromanometru cu tub înclinat, prin compararea indicaţiilor acestuia cu ale unui micromanometru Askania..1.. Consideraţii teoretice 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 mmh O. Micromanometrul Askania Aparatul este compus dintr-un tub U care are la fiecare capăt câte un rezervor, dintre care unul este fix (RF) iar celălalt mobil (RM). Rezervorul mobil se poate deplasa pe verticală, pentru a compensa prin celălalt diferenţa de presiune. RM RF

DESCRIEREA LABORATORULUI 37 În rezervorul fix (RF) se află un con orientat cu vârful în jos. Vârful acestuia este amplasat la o înălţime de referinţă, corespunzătoare nivelului egal în cele două rezervoare (deci presiunilor egale). Imaginea conului se reflectă de suprafaţa lichidului manometric. Ca urmare, atunci când privim prin dispozitivul de vizare, se văd două conuri: unul real şi unul virtual (reflectat). Aceste conuri pot fi într-una din următoarele situaţii: o vârf în vârf: dacă nivelul în rezervorul fix este la valoarea de referinţă (acesta este momentul în care se citeşte înălţimea rezervorului mobil) cazul p 1 = p : p 1 = p o la distanţă unul de celălalt: dacă nivelul în rezervorul fix este sub cel de referinţă (vârful conului se află deasupra lichidului manometric) cazul p 1 > p : p 1 > p o cu vârfurile intrate unul în celălalt: dacă nivelul în rezervorul fix este peste cel de referinţă (vârful conului este în lichidul manometric) cazul p 1 < p : p 1 < p Diferenţa de presiune indicată de micromanometrul ASKANIA corespunzătoare unei denivelări h ask (mm) citite la poziţia de echilibru este:

38 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR 3 pask H 10 O g hask [N/m ] unde: H O - densitatea lichidului manometric din aparat (apa: 1000 kg/m 3 ); H O g - acceleraţia gravitaţională (g = 9,81 m/s ); Δh ask - denivelarea citită [mm]. Micromanometrul cu tub înclinat Micromanometrul cu tub înclinat este compus dintr-un rezervor legat la un tub înclinat. Diferenţa de presiune se determină cu relaţia: p ti 3 1 3 g H g L 10 sin 10 L k [N/m ] d d unde: - densitatea lichidului manometric din aparat (apa: 1000 kg/m 3 ); g - acceleraţia gravitaţională (g = 9,81 m/s ); H denivelarea coloanei de lichid ims L lungimea coloanei de lichid în tub imms - unghiul de înclinare al tubului faţă de orizontală d 1, d diametrul tubului, rezervorului k - constanta aparatului [N/m 3 ] H O

Constanta aparatului depinde de densitatea lichidului manometric utilizat şi de caracteristicile constructive ale aparatului (poziţia tubului înclinat, diametrul tubului înclinat şi cel al rezervorului): d 1 k g sin d d1 Pentru aparatul utilizat d >> d 1, ceea ce face ca raportul să fie foarte d mic, neglijabil. Ca urmare, constanta k se poate exprima cu suficientă precizie prin relaţia:.1.3. Procedeul de măsură k g sin [N/m 3 ] 39 - se montează cele două micromanometre în poziţie de lucru, cu ajutorul şuruburilor de calare şi a nivelelor aflate pe postamentele aparatelor. - se aduce la priza (+) a fiecărui aparat tubul flexibil de cauciuc la capătul căruia se creează suprapresiunea. Priza ( ) se lasă liberă (sub acţiunea presiunii atmosferice). - cu ajutorul balonului de plastic se creează o suprapresiune, care este măsurată de cele două manometre. Notă: Se are în vedere ca suprapresiunea creată să nu depăşească domeniul de măsură al aparatelor (pentru ca lichidul manometric să nu fie deversat în afara aparatului). - se efectuează măsurătorile cu cele două micromanometre şi se notează mărimile citite ( Δh ask şi Δp ti ), în tabelul de măsurători şi rezultate

40 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR - se repetă măsurătorile pentru cinci valori de presiuni diferite generate cu ajutorul balonului de plastic. Tabel de măsurători şi rezultate: Nr. crt. 1 3 4 5 Δh ask Δp ask Δp ti L K K* (mm) (N/m ) (N/m ) (mm) (N/m 3 ) (N/m 3 ) măsura calcul calcul măsura Calcul calcul.1.4. Prelucrarea datelor - se calculează Δp ask conform relaţiilor date la capitolul.1. - ţinând seama că ambele micromanometre au măsurat aceeaşi presiune, rezultă pti pask - pentru fiecare set de măsurători, constanta k se obţine din: pti k L 3 10 [N/m ] - constanta aparatului se estimează ca valoare medie a valorilor obţinute în cele cinci seturi de măsurători: k n * 1 n k i i 1 unde: n = 5 reprezintă numărul de seturi de măsurători - se trag concluzii referitor la valoarea medie a constantei şi la valorile din fiecare set de măsurători

41.. Verificarea unui traductor de presiune. Trasarea caracteristicii traductorului de presiune..1. Scopul lucrării Însuşirea modalităţii de verificare a unui traductor de presiune cu ajutorul dispozitivului de calibrare cu piston şi greutăţi... Consideraţii teoretice Dispozitivul se bazează pe o presiune etalon generată cu ajutorul unor greutăţi. Acestea sunt aşezate deasupra unui piston introdus într-un sistem hidraulic umplut cu ulei. Presiunea uleiului din sistem este măsurată cu ajutorul traductorului. traductor piston cu greutăţi sistem hidraulic Presiunea etalon se determină din relaţia: G p [N/m ] A în care: G - greutatea ce acţionează asupra pistonului: G m g [N] unde: m masa [kg]; g acceleraţia gravitaţională (9.81 m/s ); A suprafaţa secţiunii pistonului: d A [m ] 4

4 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR unde: d diametrul pistonului [m]..3. Descrierea dispozitivului de verificare sistem hidraulic unitatea de sarcina sonda de presiune greutăţi traductor de presiune sistem de reglare cu manivelă afişaj tensiune ieşire traductor placa de bază

43 Dispozitivul de verificare al traductoarelor de presiune conţine două componente principale: - sonda de presiune: cilindru în care se înfiletează traductorul de presiune verificat - unitatea de sarcină: cilindru în interiorul căruia intră un piston deasupra căruia pot fi aşezate diferite greutăţi (pentru a se obţine diverse valori de presiune). Cele două componente ale dispozitivului sunt unite printr-o conductă umplută cu ulei, care permite transmiterea presiunii generate de greutăţi către sonda de presiune. Atunci când greutăţile sunt aşezate pe suportul pistonului, presiunea din sistem creşte. Greutăţile sunt proiectate astfel încât să fie posibile variaţii de presiune cu câte 0.5 bar. Presiunea din interiorul sistemului este măsurată cu ajutorul traductorului de presiune (printr-un senzor de presiune legat la un circuit electronic). Traductor presiune Display digital Circuit electronic (circuit punte si condiţionare semnal) Senzor

44 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR Ajustarea punctului de zero Se ridică pistonul din cilindru, cu ajutorul manivelei Se scoate pistonul din cilindru Cu ajutorul manivelei, se ajustează nivelul de ulei în cilindru astfel încât acesta să fie umplut până la margine. Traductorul ar trebui să indice valoarea zero (deoarece este supus numai presiunii atmosferice).

45 Verificarea traductorului de presiune După ajustarea punctului de zero, se reinstalează pistonul deasupra sistemului hidraulic. Pentru a evita frecarea, pistonului i se imprimă o uşoară miscare de rotaţie. Masa pistonului este de 378 g, care corespunde presiunii: G m g 0.378 9.81 5 p 0.38 10 N / m 0. 38bar A d 0.01 4 4 Adăugând o masă de 19 g se obţine presiunea de 0.5 bar. În continuare, adăugând succesiv mase de 577 g, se obţin creşteri de presiune de câte 0.5 bar. Valorile de presiune generate se compară cu cele măsurate cu ajutorul traductorului În tabelul de mai jos se indică corespondenţa dintre masă, presiune şi tensiunea de ieşire din traductor. Masa [kg] 0 0.378 0.570 1.147 1.74.301.878 Presiune [bar] 0 0.38 0.494 0.995 1.495 1.995.495 Tensiune ieşire traductor [V] 0 1.3 1.96 3.95 5.94 7.9 9.91 Caracteristicile traductorului care se urmăresc sunt: - punctul de zero: deviaţia de zero trebuie să fie de maximum 50 mv - eroarea de măsură: pentru orice valoare din domeniu, aceasta trebuie să se încadreze în limita de ± 0.3% din domeniul de măsură.

46 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR Caracteristica traductorului de presiune Caracteristica traductorului arată relaţia de legătură dintre semnalul de intrare (o presiune) şi semnalul de ieşire din traductor (o tensiune). În cazul traductorului de presiune, caracteristica are o formă liniară. Pentru valori ale semnalului de intrare intre 0,5 bar şi valori ale semnalului de ieşire intre 0 10 V, caracteristica traductorului este dată de relaţia: U max 10V U s p p p. 5bar U s 4 p max Aceasta este încadrată de doua limite de toleranţă (inferioară şi superioară), ce depind de eroarea de măsură acceptată: - limita inferioară de toleranţă: U U eroare inf s - limita superioară de toleranţă: U U eroare Eroarea de măsură trebuie să se încadreze în limitele ±0,03 V, respectiv ±0,0075 bar faţă de valoarea etalon. sup s U [V] Limita superioară Caracteristica traductorului Limita inferioară p [bar]

47..4. Date tehnice ale dispozitivului de verificare Diametrul pistonului d 1 mm Suprafaţa pistonului A 113,0973 mm Acceleraţia gravitaţională g 9,81 m/s Senzor Domeniu de măsură Semnal ieşire Tip conexiune Tensiune de lucru Huba 691 Presiunea absolută: 0,5 bar Semnal: 0 10 V Conexiune cu 3 fire U b = 4 V Greutăţile disponibile Masa [kg] m 1 (piston) 0,3735 m (senzor) 0,191 m 3 0,574 m 4 0,575 m 5 0,575 m 6 0,575 Numărul Greutate totală Presiune Tensiune greutăţilor Componente de folosite greutăţi kg N/mm bar V 0 Sistem deschis 0 0 0 0 1 m1 0.378 0.034 0.38 1.9 m1+m 0.570 0.0490 0.494 1.94 3 m1+m+m3 1.147 0.0988 0.995 3.9 4 m1+m+m3+m4 1.74 0.1484 1.495 5.91 5 m1+m+m3+m4+.301 0.1981 1.995 7.9 m5 6 m1+m+m3+m4+.878 0.477.495 9.91 m5+m6 5 m1+m+m3+m4+.301 0.1981 1.995 7.9 m5 4 m1+m+m3+m4 1.74 0.1488 1.495 5.91 3 m1+m+m3 1.147 0.0988 0.995 3.9 m1+m 0.570 0.0490 0.494 1.94 1 m1 0.378 0.034 0.38 1.9 0 Sistem deschis 0 0 0 0

48 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR..5. Procedeul de măsură - se studiază lucrarea din îndrumar şi instalaţia din laborator; - se ajustează punctul de zero şi se citeşte tensiunea de ieşire a traductorului; - se aşează masa de 0.38 g (pistonul); se citeşte tensiunea de ieşire a traductorului şi se notează în tabelul pentru verificarea traductorului; - se aşează inelul de 0.166; se citeşte tensiunea de ieşire a traductorului şi se notează în tabelul pentru verificarea traductorului; - se adaugă pe rând inelele de 0,5 bar şi se citeşte tensiunea de ieşire a traductorului care se notează în tabelul de valori pentru verificarea traductorului; - se scot pe rând inelele de 0,5 bar şi se citeşte tensiunea de ieşire a traductorului, apoi se scoate inelul de 0,166 bar şi se citeşte semnalul de ieşire al traductorului. Valorile se notează în tabel; - se scoate pistonul şi se citeşte tensiunea de ieşire a traductorului care se notează în tabel.

49 Verificarea traductorului de presiune Nr. crt. M e [kg] Etalon p e U e Traductor de presiune p t U t Eroare relativă ε p ε t [%] [bar] [V] [bar] [V] [%] anexa anexa calcul măsura calcul calcul 1 0 0 0 0.378 0.38 1.9 3 0.570 0.494 1.94 4 1.147 0.995 3.9 5 1.74 1.495 5.91 6.301 1.995 7.9 7.878.495 9.91 8.301 1.995 7.9 9 1.74 1.495 5.91 10 1.147 0.995 3.9 11 0.570 0.494 1.94 1 0.378 0.38 1.9 13 0 0 0..6. Prelucrarea datelor Verificarea traductorului de presiune: - Se completează tabelul cu presiunile şi tensiunile etalon corespunzătoare greutăţilor folosite (din anexa la lucrare); - se calculează presiunea măsurată cu ajutorul traductorului (vezi capitolul..4) din relaţia: U p t [bar] 4 - se calculează erorile relative de măsură pentru presiuni şi tensiuni, în funcţie de valorile etalon: pe pt p 100 [%] p e U e U t t 100 [%] U e

50 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR - se trasează graficele erorilor relative t [%] p [%] U e [V] p e [bar] - se compară rezultatele obţinute şi se trag concluzii. Trasarea caracteristicii traductorului de presiune: - se completează tabelul de mai jos cu valorile p t, U t şi U e din tabelul anterior; - se calculează limita inferioară a semnalului de ieşire: U inf U e 0,03 [V] - se calculează limita superioară a semnalului de ieşire: U sup U e 0,03 [V] Caracteristica traductorului de presiune Nr. crt. Presiune Tensiune măsurată Tensiune teoretică (etalon) 1 3 4 5... Limita inferioară (-0,3%) Limita superioară (+0,3%) p t [bar] U t [V] U e [V] U inf [V] U sup [V]

- se trasează grafic caracteristica reala şi teoretică a traductorului, împreuna cu limitele de toleranţă; Caracteristica traductorului (reală) U [V] Limita superioară 51 Caracteristica traductorului (teoretică) Limita inferioară p [bar] - se verifică încadrarea caracteristicii reale în limitele de toleranţă şi se trag concluzii.

53 3. MĂSURAREA UMIDITĂŢII ATMOSFERICE 3.1. Scopul lucrării Însuşirea modalităţii de măsură a umidităţii cu ajutorul psihrometrului şi a higrometrului cu fir de par. 3.. Consideraţii teoretice Aerul atmosferic reprezintă un amestec de gaze cu vapori de apă. Cantitatea de vapori de apă ce poate fi înmagazinată de aer (umiditatea) variază odată cu temperatura cu şi presiunea aerului. În anumite condiţii de temperatură şi presiune, aerul atmosferic se poate afla într-una din următoarele două situaţii: o conţine cantitatea maximă de vapori de apă (umiditatea este maximă) caz în care moleculele vaporilor de apă se află la presiunea de saturaţie corespunzătoare temperaturii atmosferice (p sv ) o conţine o cantitate de vapori de apă mai mică decât cantitatea maximă de vapori (umiditatea este mai mică decât cea maximă) caz în care moleculele vaporilor de apă din aer se află la o presiune parţială (p d ) mai mică decât presiunea de saturaţie corespunzătoare temperaturii atmosferice (p sv ) Umiditatea atmosferică poate fi atmosferică prin următoarele mărimi: o Umiditatea absolută arată cantitatea de vapori de apă existentă în aer în unitatea de volum. Umiditatea absolută se determină ca raport între masa vaporilor de apă din aer şi volumul de aer: unde: m v v [kg/m 3 ] V m v masa vaporilor de apă din aer, în [kg] V volumul de aer umed, în [m 3 ] o Umiditatea relativă care se exprimă comparativ cu umiditatea maximă posibilă pentru condiţiile atmosferice date. Umiditatea

54 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR relativă se determină ca raport dintre presiunea parţială a vaporilor de apă şi presiunea lor de saturaţie, la aceeaşi temperatură: p p d sv, valoare adimensională sau: pd 100 [%] p sv unde: p sv - presiunea de saturaţie a vaporilor de apă corespunzătoare temperaturii atmosferice [bar] se obţine din tabelele cu proprietăţile apei în funcţie de temperatură (tabelul 1) p d - presiunea parţială a vaporilor de apă din aer [bar] se obţine cu ajutorul unui aparat de măsură denumit psihrometru. o Gradul de umiditate (conţinutul de umiditate) arată care este cantitatea de apă comparativ cu cantitatea de aer umed. Gradul de umiditate se determină ca raport dintre masa vaporilor de apă şi masa aerului uscat: m v x [kg vap apa /kg aer uscat ] m a sau x p sv 0. 6 [kg vap apa /kg aer uscat ] p p sv în care: φ - umiditatea relativă, adimensională;

55 p - presiunea atmosferică (barometrică), în [mbar] p sv - presiunea de saturaţie a vaporilor de apă corespunzătoare temperaturii atmosferice, în [mbar] se obţine din tabelele cu proprietăţile apei în funcţie de temperatură (tabelul 1) 3..1. Psihrometrul Pentru desfăşurarea lucrării se utilizează două tipuri constructive de psihrometre: psihrometrul clasic cu termometru uscat şi termometru umed (aflat pe standul de temperaturi) şi psihrometrul Assmann cu ventilator mecanic. Psihrometrul clasic termometru uscat termometru umed rezervor cu apă bulb învelit în săculeţ din bumbac umed Termometrul uscat măsoară temperatura aerului la umiditatea atmosferică. Temperatura astfel măsurată se numeşte temperatura termometrului uscat. Termometrul umed măsoară temperatura în condiţii de umiditate maximă, cu φ=100%. Acesta are bulbul învelit într-un săculeţ din bumbac umezit. Pentru a menţine săculeţul în stare umedă, un capăt al acestuia se află imersat într-un rezervor umplut cu apă, umezirea realizându-se în mod continuu, prin capilaritate. Temperatura măsurată cu termometrul umed se numeşte temperatura termometrului umed.

56 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR Valoarea temperaturii termometrului umed este întotdeauna inferioară celei a termometrului uscat. Explicaţia este următoarea: datorită faptului că aerul nu este la umiditatea maximă (nu este saturat cu vapori de apă), o parte din apa cu care este îmbibat săculeţul se va evapora. Cu cât aerul este mai uscat (are mai puţină umiditate), cu atât se va evapora mai multa apă (pentru a se atinge starea de saturaţie). Pentru evaporare, apa consumă o cantitate de energie (sub forma de căldură latentă de evaporare), pe care o ia din aer. Ca urmare, temperatura măsurată cu termometrul umed va fi mai mică decât temperatura termometrului uscat, apropiindu-se cât mai mult de valoarea temperaturii de rouă. Diferenţa dintre cele două temperaturi va fi cu atât mai mare cu cât umiditatea atmosferică este mai mică, deci cu cât aerul este mai uscat şi are capacitatea de a se îmbogăţi cu vapori de apă. Psihrometrul Assmann termometru uscat ventilator termometru umed bulb învelit în bumbac umed vas cu apă Psihrometrul Assmann are în plus faţă de psihrometrul clasic un ventilator mecanic acţionat de un resort spiralat anterior tensionat prin intermediul unui şurub cu clichet. Cu ajutorul acestui ventilator se creează un curent de aer în jurul celor două termometre. Prin existenţa acestuia se îmbunătăţeşte schimbul de căldură cu mediul înconjurător, asigurându-se astfel o măsură mai bună într-un timp mai scurt (în special în cazul termometrului umed).

57 3... Higrometrul cu fir de păr Principiul de măsură se bazează pe proprietatea materialelor higroscopice de a se deforma în funcţie de umiditate. Materialul higroscopic utilizat este firul de păr uman, blond, degresat. Acesta este întins în suviţe, între o piesă fixă şi o piesă mobilă pusă în legătură cu un ac indicator şi menţinut permanent în stare tensionată cu ajutorul unui resort. Odată cu modificarea cantităţii de vapori de apă din aer, firul de păr îşi modifică lungimea, modificând astfel şi poziţia piesei mobile. Deplasarea acesteia este amplificată şi transmisă către un sistem indicator. Piesă fixă Piesă mobilă Resort Ac indicator Tijă de legătură

58 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR 3.3. Procedeul de măsură - se studiază lucrarea din îndrumar şi instalaţia din laborator; - pentru cele două variante constructive ale psihrometrului se citesc: o temperatura termometrului umed: t um [ C] o temperatura termometrului uscat: t a [ C] Atenţie: în cazul psihrometrului Assmann, ventilatorul trebuie armat manual şi lăsat să funcţioneze un timp de aproximativ 5 minute înainte de efectuarea măsurătorilor. - se estimează presiunea barometrică: p în [mbar] - se citeşte umiditatea relativă [%] indicată de higrometrul cu fir de păr; - se completează mărimile în tabelul de rezultate.

59 Tabel rezultate Mărimea UM Psihrometru Psihrometru Assmann Varianta 1 Varianta Varianta 1 Varianta Higrometru cu fir de par t um ºC măsură măsură măsură măsură - t a ºC măsură măsură măsură măsură - p mbar măsură măsură măsură măsură - Δt ºC calcul calcul calcul calcul - p v mbar tabel 1 - tabel 1 - - P d mbar calcul - calcul - - p sv mbar tabel 1 tabel 1 tabel 1 tabel 1 - φ - calcul calcul calcul calcul - φ[%] % calcul tabel calcul tabel măsură x - calcul calcul calcul calcul - ε φ % calcul calcul - ε x % calcul calcul

60 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR 3.4. Prelucrarea datelor Varianta 1 de calcul: 1. Diferenţa de temperatură psihrometrică t t a t um [ C]. Presiunea parţială a vaporilor de apă din aer: p d p pv 0.67 t [mbar] 1013 unde: p v presiunea de saturaţie a apei la temperatura termometrului umed v t um p f [mbar] - se citeşte din tabelul 1 3. Presiunea de saturaţie a vaporilor de apă, determinată în funcţie de temperatură termometrului uscat: p f [mbar] - se citeşte din tabelul 1 sv t a 4. Umiditatea relativă: p p d sv, adimensională sau: % 100 [%] 5. Gradul de umiditate:

61 x p sv 0.6 [kg apa /kg aer uscat] p p sv Varianta de calcul: 1. Diferenţa de temperatură psihrometrică t t a t um [ C]. Umiditatea relativă: [%] - se citeşte din tabelul % În cazul în care valorile lui Δt sau t a nu se găsesc în tabel, umiditatea se va obţine prin interpolare în funcţie de valorile imediat inferioare sau superioare: 1 1 t t 1 3. Presiunea de saturaţie a vaporilor de apă, determinată în funcţie de temperatură termometrului uscat: p f [mbar] - se citeşte din tabelul 1 sv t a 4. Gradul de umiditate: x Δt Δt 1 Δt Δt t a t a1 φ 1 t a p sv 0.6 [kg apa /kg aer uscat] p p sv φ t a φ Nota:

6 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR În varianta, presiunea de saturaţie a vaporilor de apă se determină numai în cazul în care se doreşte calculul gradului de umiditate x. 3.5. Anexe Tabelul 1: Proprietăţile termodinamice ale apei în funcţie de temperatură

63 Tabelul : Tabel cu valorile umidităţii relative pe baza temperaturilor psihrometrice t uscat [ºC] t umed - t uscat [ºC] Umiditatea atmosferică relativă [%]

64 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR 4. MĂSURAREA DEBITELOR 4.1. Obiectivul lucrării Constă în determinarea debitelor de fluide lichide (apă) cu ajutorul a trei tipuri uzuale de debitmetre: - debitmetru rotametric; - debitmetru cu tub Venturi; - debitmetru cu diafragmă plată. 4.. Metoda de măsură Pentru a determina debitul cu rotametrul, metoda de măsură se bazează pe echilibrul forţelor de greutate, Arhimedică şi hidrodinamică ce se stabilesc asupra unui flotor liber, imersat în fluid, la un anumit debit care străbate secţiunea de curgere dintre acest flotor şi tubul cvasicilindric în care este introdus. Tubul cilindric este prevăzut cu o scară de măsură gradată inscripţionată pe exterior pe care se citeşte direct debitul, în l/min. Pentru măsurarea debitelor cu ajutorul tubului Venturi şi al diafragmei plate metoda de măsură se bazează pe variaţia de secţiune care conduce la o variaţie a presiunii statice între secţiunile de intrare şi cele de ieşire din cele două aparate. Măsurarea acestei diferenţe de presiune conduce la determinarea pe cale analitică a debitului de fluid. 4.3. Descrierea standului de măsură Standul de măsură se compune din următoarele elemente principale: - bazin cu apa în circuit închis (din material plastic); - pompa de circulaţie cu turaţie variabilă comandată manual; - standul de măsură propriu-zis compus din tubul Venturi, rotametrul şi diafragma legate în serie pe circuitul debitului de apă; - sistemul de măsură al presiunilor statice cu manometre diferenţiale cu tuburi drepte (racordate la prizele de presiune al celor trei sisteme de măsură);

65 - elemente de racord cu furtun elastic, ventil de reglaj şi conducte din PVC pentru realizarea circuitului între bazin, pompă şi standul de măsură; - supapa cu bilă pentru blocarea returului apei în rezervorul de stocare; - tub gradat pentru stabilirea debitului prin litrare directă. Vedere de ansamblu a sistemului de măsură a diferenţelor de presiune

66 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR Rotametrul Diafragma de măsură

67 Tubul Venturi 4.4. Date tehnice privind sistemele de măsură a) Pentru tubul Venturi: - diametrul conductei în amonte : d 1 0, 03175 [ m] - aria transversală a secţiunii conductei în amonte de tub: 4 A1 7, 9 10 [ m ] ; - diametrul secţiunii minime a tubului Venturi: d 0, 015 [ m] - 4 aria secţiunii minime a tubului Venturi A 1, 77 10 [ m ]; 0 - unghiul ajutajului convergent al tubului Venturi: 1 1 ; 0 - unghiul ajutajului divergent al tubului Venturi: 14 ; b) Pentru diafragma plată:

68 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR - diametrul conductei în amonte de diafragmă: d 1 0, 03175 [ m] - aria transversală a secţiunii conductei în amonte de diafragma: 4 A1 7, 9 10 [ m ] ; - diametrul secţiunii minime a orificiului diafragmei: d 3 0, 00 [ m] - 4 aria secţiunii minime a orificiului: A3 3, 14 10 [ m ]; c) Prizele de presiune statică: Prizele de presiune statică sunt astfel amplasate astfel încât manometrele diferenţiale să poată măsura diferenţele de presiune create de aparatele de măsură, astfel: - h1 h [ mm H O ] - presiunea diferenţială pe ajutajul convergent al tubului Venturi; - h1 h3 [ mm H O ] - pierderea de presiune remanentă pe tubul Venturi; - h4 h5 [ mm H O ] - pierderea de presiune remanentă pe tubul rotametric; - h6 h7 [ mm H O ] - presiunea diferenţială pe diafragmă; - 6 h8 [ mm H O ] - pierderea de presiune remanentă pe diafrgmă; h 4.5. Formule de calcul Relaţiile de calcul pentru determinarea debitelor de fluid se bazează pe principiul de definiţie a debitului volumetric sau pe aplicarea legii lui Bernoulli pentru fluide incompresibile în curgere izotermă şi staţionară. a) determinarea directă a debitului: Se foloseşte metoda litrării, care constă în măsurarea unui volum de apă bine determinat (măsurat prin intermediul tubului gradat după închiderea

69 returului din vas cu ajutorul supapei cu bilă) şi al timpului scurs până la atingerea acelui volum: Q t V [ m 3 / s] b) determinarea debitului cu ajutorul rotametrului: Se citeşte indicaţia de pe scara gradată în dreptul suprafeţei plane superioare a flotorului, în l/min şi se împarte la 60.000 pentru a afla debitul în m 3 /s; Q R 3 ( INDICATIACITITA in l /min)/ 60. 000 [ m / s] c) determinarea debitului volumetric cu tubul Venturi: Relaţia analitică de calcul a debitului volumetric este: Q V CV A p 3 [ m / s] Ct p A 1 A 1 unde: C v 0, 98 - este constanta de debit a tubului Venturi determinată experimental; 10 h h [Pa] - este presiunea diferenţială pe tubul p 1 3 Venturi; [ kg/ m ] - este densitatea apei la temperatura de lucru ( ρ = 99 kg/m 3 ) d) determinarea debitului volumetric cu diafragma de măsură: Relaţia analitică de calcul a debitului volumetric este: CD A3 p 3 QD [ m / s] A 3 1 A 1 unde: C D 0, 63 - este constanta de debit a tubului Venturi determinată experimental; 10 h h [Pa] - este presiunea diferenţială creată p 6 7 3 de orificiul diafragmei; [ kg/ m ] - este densitatea apei la temperatura de lucru ( ρ = 99 kg/m 3 )

Regimul de lucru Volum colectat Timpul măsurat Debitul rotametric 70 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR 4.6. Modul de lucru - Se porneşte pompa de la comutatorul electric amplasat pe panoul bazinului de apă şi imediat se deschide robinetul de refulare al standului de măsură; - Se realizează apoi, dacă este cazul o contrapresiune cu ajutorul pompei de aer pe sistemul de măsură al manometrelor diferenţiale, în scopul posibilităţii de măsură a presiunilor pentru toate sistemele de pe stand. Nivelul de contrapresiune este opţional şi se va stabili aproximativ la jumătatea sticlelor de nivel pentru a putea realiza regimuri de debite în întreaga gamă posibilă a standului; - Se reglează apoi o turaţie convenabilă cu ajutorul potenţiometrului pompei, amplasat pe bazinul de apă imediat sub comutatorul electric; - După stabilizarea regimului (cca. 10 15 sec) se face primul set de măsurători; - Se modifică uşor turaţia pompei şi deci implicit şi debitul şi apoi se procedează la următorul set de măsurători. În acest mod se realizează cel puţin trei seturi de măsurători la debite diferite. După încheierea tuturor regimurilor de lucru se va închide mai întâi robinetul de refulare şi apoi imediat se va opri pompa de circulaţie. 4.7. Înregistrarea rezultatelor măsurătorilor Pentru fiecare regim de lucru în parte se vor înregistra datele măsurate întrun tabel conform modelului de mai jos: Tabel 1. Valorile mărimilor măsurate h 1 h h 3 h 4 h 5 h 6 h 7 h 8 1 3 (m 3 ) (sec) (l/min) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm) (mm)

Regimul de lucru Debit prin litrare Debit rotametru (QR) Debit Venturi (QV) Debit diafrgma (QD) 71 4.8. Calculul mărimilor şi prelucrarea rezultatelor Pe baza măsurătorilor efectuate şi al relaţiilor de calcul prezentate anterior se vor face calculele de debite şi se vor determina erorile relative faţă de valoarea debitului determinat prin litrare directă. Astfel erorile relative au următoarele expresii analitice: - eroarea relativă de debit măsurat cu rotametrul: QR Qt R 100 [%] Q t - eroarea relativă de debit măsurat cu tubul Venturi: QV Qt V 100 [%] Q D t - eroarea relativă de debit măsurat cu diafragma: QD Qt 100 [%] Q t Rezultatele calculelor se vor prezenta sub forma tabelului de mai jos: (Qt) ε 1 ε ε 3 Observaţii 1 3 (m 3 /s ) (m 3 /s ) (m 3 /s ) (m 3 /s ) (%) (%) (%) În final se vor trage concluziile referitoare la rezultatele măsurătorilor.

7 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR Vedere de ansamblu al standului de măsură debite

73 5. DETERMINAREA COEFICIENŢILOR DE PIERDERI LOCALE DE PRESIUNE 5.1. Obiectivul lucrării Determinarea experimentală a coeficienţilor de pierderi locale de presiune ξ pentru diferite elemente de conductă: variaţii bruşte de secţiune, coturi, curbe, fitinguri, pe baza măsurării pierderilor de presiune. 5.. Metoda de măsurare Metoda de lucru constă în măsurarea pierderilor de presiune locale cu ajutorul manometrelor cu lichid, pentru diferite debite stabilite în timpul lucrării. Elemente teoretice: Pierderile locale de presiune se datorează în principal creşterii turbulenţei curgerii în elementele locale de conductă şi sunt exprimate de relaţia: p w loc m col H O g [ ] unde: ξ coeficient de pierderi locale de presiune; w viteza fluidului corespunzătoare secţiunii de intrare în elementul considerat, [m/s] ; g acceleraţia gravitaţională, 9,81 m/s. Din relaţia de mai sus se determină coeficientul de pierderi locale de presiune ξ pentru o anumită viteză a fluidului, corespunzătoare debitului volumic stabilit. p loc g w Pentru determinarea coeficientului de pierderi locale se calculează viteza fluidului pornind de la ecuaţia de debit:

74 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR Q v d S w 4 w [ m 3 / s] de unde rezulta : 4 Qv w [ m / s] d 5.3. Descrierea standului de măsură Standul de măsură se compune din următoarele elemente principale: - bazin cu apă în circuit închis (din material plastic); - pompă de circulaţie cu turaţie variabilă comandată manual; - standul de măsură propriu-zis compus din elemente provocatoare de pierderi locale de presiune: o lărgire bruscă de secţiune, (1); o îngustare bruscă de secţiune, (); o ştuţ de racord, (3); o curba continuă la 90 0, (4); o cot racordat la 90 0, (5); o cot drept unghiular la 90 0, (6) o robinet de reglare; - sistemul de măsură al presiunilor statice cu manometre diferenţiale cu tuburi drepte (racordate la prizele de presiune ale sistemelor de analiză); - elemente de racord cu furtun elastic, ventil de reglaj şi conducte din PVC pentru realizarea circuitului între bazin, pompă şi standul de măsură; - supapă cu bilă pentru blocarea returului apei în rezervorul de stocare; - tub gradat pentru stabilirea debitului prin litrare directă.

75 Schema de principiu a standului de măsură a pierderilor de presiune locale Vedere de ansamblu stand pierderi locale de presiune -

76 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR 5.4. Date tehnice privind sistemele de măsură - diametrul interior al conductelor de secţiune redusă : d i = 0,0196 m; - diametrul interior al conductelor de secţiune mărită : d i = 0,060 m; - (1), (), (3), (4), (5), (6) manometre cu tub vertical pentru măsurarea presiunilor amonte/aval de elementele generatoare de pierderi locale de presiune; - manometru diferenţial cu tub Bourdon pentru diferenţa de presiune pe robinetul de reglare. 5.5. Modul de lucru - Se porneşte pompa de la comutatorul electric amplasat pe panoul bazinului de apă şi se deschide complet robinetul de reglare al standului de măsură; - Se reglează apoi o turaţie convenabilă cu ajutorul potenţiometrului pompei, amplasat pe bazinul de apă imediat sub comutatorul electric; - După stabilizarea regimului (cca. 10 15 sec) se procedează la măsurarea debitului prin litrare, pentru turaţia astfel stabilită, în modul următor: o se închide cu ajutorul supapei cu bilă din cauciuc recircularea apei către bazinul standului; o se urmăreşte pe sticla de nivel de pe bazinul rezervorului (amplasată lângă comutatorul pompei) când apa atinge nivelul zero şi se porneşte imediat un cronometru; o se opreşte cronometrul când nivelul apei în sticla de nivel atinge orice valoare dorită, de volum de apă acumulat, exprimat în litri (marcată pe sticla de nivel); o se face apoi raportul dintre acest volum şi timpul cronometrat determinându-se astfel debitul circulat prin instalaţie, în (l/s) pentru turaţia stabilită. Q v V [ l / s] 10 3 V [ m 3 / s] - Se procedează în continuare la citirea manometrelor cu apă şi tub vertical, pentru fiecare element de conductă în parte; - Se înregistrează valorile în tabelul prezentat la paragraful 6 - Se modifica uşor turaţia pompei şi deci implicit şi debitul şi apoi se procedează la următorul set de măsurători.

Elementul de conductă considerat 77 În acest mod se realizează cel puţin trei seturi de măsurători la debite diferite. După încheierea tuturor regimurilor de lucru se va închide mai întâi robinetul de reglare şi apoi imediat se va opri pompa de circulaţie. 5.6. Înregistrarea rezultatelor măsurătorilor Pentru fiecare regim de lucru în parte se vor înregistra datele măsurate întrun tabel conform modelului de mai jos: Valorile mărimilor măsurate Manometru amonte h1 [m] Manometru aval h [m] Δp h1-h [m] Timp măsurat [s] Volum acumulat [m 3 ] Debit Qv [m 3 /s] (ec. 5) Viteza w [m/s] (ec. 4) Coeficient de pierderi locale ξ (ec.) Lărgire bruscă de secţiune (1) Îngustare bruscă de secţiune, () Stuţ de racord, (3) Curbă continuă la 90 0, (4) Cot racordat la 90 0, (5) Cot drept unghiular la 90 0, (6) Lărgire bruscă de secţiune (1) Îngustare Regimul 1 Regimul

78 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR bruscă de secţiune, () Stuţ de racord, (3) Curbă continuă la 90 0, (4) Cot racordat la 90 0, (5) Cot drept unghiular la 90 0, (6) Lărgire bruscă de secţiune (1) Îngustare bruscă de secţiune, () Stuţ de racord, (3) Curba continuă la 90 0, (4) Cot racordat la 90 0, (5) Cot drept unghiular la 90 0, (6) Regimul 3 5.7. Prelucrarea datelor Pe baza măsurătorilor efectuate şi al relaţiilor de calcul prezentate anterior se vor trasa diagramele de variaţie a coeficientului de pierderi locale de presiune funcţie de viteză, pentru fiecare element de conductă în parte. Se va obţine apoi funcţia de regresie ξ = ξ(w).

Coef. de pierderi locale 79 Exemplu( realizat în excel): Variatia coeficientului de pierderi locale de presiune 4 3.5 3 y = 0.1861x + 0.711x + 0.774 R = 1.5 1.5 1 0.5 0 0 0.5 1 1.5.5 Viteza w [m/s]

80 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR 6. DETERMINAREA COEFICIENŢILOR DE PIERDERI LINIARE DE PRESIUNE. DISTRIBUŢIA DE DEBITE INTR-O REŢEA DE CONDUCTE 6.1. Obiectivul lucrării Determinarea experimentală a coeficienţilor de pierderi liniare de presiune f pentru diferite conducte de diametre: Ф = 13; 17,5; mm şi a distribuţiei de debite pentru diferite configuraţii de sisteme de conducte: serie, paralel, inelare, buclate etc.

81 6.. Metoda de măsurare Metoda de lucru constă în măsurarea pierderilor de presiune liniare cu ajutorul manometrelor cu lichid, pentru diferite debite stabilite în timpul lucrării. Elemente teoretice: Pierderile liniare de presiune p lîn se datorează în principal frecării fluidului în curgere cu pereţii conductei precum şi al frecării între straturile de fluid în timpul curgerii. Relaţia analitică este dată de expresia: l w plin f [Pa] di unde: f coeficient de pierderi liniare de presiune; w viteza fluidului în conductă, [m/s] ; d i diametrul interior al conductei g acceleraţia gravitaţională, 9,81 m/s ; ρ densitatea apei la 0ºC (998 kg/m 3 ) De asemenea, coeficientul de frecare liniară se poate determina şi din expresia pierderilor de presiune funcţie de debitului volumetric transvazat prin elementul de conductă, după relaţia:

8 MĂSURAREA MĂRIMILOR NEELECTRICE-ÎNDRUMAR DE LABORATOR p lin l Q k d v 5 i Qv 0,811 f l 5 d [ Pa] de unde rezultă valoarea coeficientului de frecare: f d 1,3 plin[ Pa] d 0,13 l Q 5 v 5 p lin [ mm l Q H O v ] 6.3. Descrierea standului de măsură Standul de măsură se compune din următoarele elemente principale: - bazin cu apă în circuit închis (din material plastic); - pompa de circulaţie cu turaţie variabilă comandată manual; - standul de măsură propriu-zis compus din elemente de conductă supuse analizei, de aceeaşi lungime l= 0,7 m; o un tronson de diametru interior Ф=,5 mm; o două tronsoane de diametru interior Ф=17,5 mm; o două tronsoane de diametru interior Ф=13,0 mm; - sistemul de măsură al presiunilor statice cu mamometre diferenţiale cu tuburi drepte (racordate la prizele de presiune ale sistemelor de analiză); - elemente de racord cu furtun elastic, ventile de reglaj, elemente de racord din PVC pentru realizarea configuraţiilor dorite; - pompa de circulaţie submersibilă de putere maximă P = 0,55 kw la 800 rot/min; - robinete de separare; - supapa cu bilă pentru blocarea returului apei în rezervorul de stocare; - tub gradat pentru stabilirea debitului prin litrare directă: o cu nivel scăzut (fin) de reglaj în plaja 0 6 litri/min; o cu nivel ridicat de reglaj în domeniul 0 40 litri/min;

83 Schema de principiu a standului de măsură pentru configuraţii complexe de reţele de conducte 6.4. Lista lucrărilor Pe standul sus prezentat se pot efectua cinci tipuri de lucrări şi anume: Determinarea coeficientului de pierderi lineare de presiune; Determinarea caracteristicii reţelei si a distribuţiei de debite pentru o reţea de conducte legate în paralel; Determinarea caracteristicii reţelei si a distribuţiei de debite pentru o reţea de conducte legate în serie; Determinarea caracteristicii reţelei si a distribuţiei de debite pentru o reţea de conducte inelara; Determinarea pierderilor de presiune şi a caracteristicii de debit pentru trecerea de la două conducte legate in paralel la o singură conductă.