19. Mutassa be az alapvető technológiai mérőeszközöket! Ismertesse a hőmérsékletmérés elveit és műszereit! Ismertesse a nyomásmérés elveit és műszereit!

Az előadások a következő témára: "19. Mutassa be az alapvető technológiai mérőeszközöket! Ismertesse a hőmérsékletmérés elveit és műszereit! Ismertesse a nyomásmérés elveit és műszereit!"— Előadás másolata:

1 19. Mutassa be az alapvető technológiai mérőeszközöket! Ismertesse a hőmérsékletmérés elveit és műszereit! Ismertesse a nyomásmérés elveit és műszereit! Mutassa be a szint- és mennyiségmérés elveit és műszereit! Kulcsszavak, fogalmak: ‒ Hőmérsékletmérő eszközök (hőmérők típusai a hőmérsékletváltozással kapcsolatos jelenségek alapján) ‒ Nyomásmérők a jelátalakítás módja alapján csoportosítva ‒ Szintmérés eszközei (hidrosztatikus, ultrahangos, radaros stb.) ‒Mennyiségmérés eszközei (laboratóriumban és iparban)

2 Hőmérsékletmérő eszközök hőmérők típusai a hőmérsékletváltozással kapcsolatos jelenségek alapján

3 Hőmérséklet mérése a laborban Termoszkóp – Termoszkópnak nevezünk minden olyan eszközt, amellyel testek hőmérsékletének változását tudjuk demonstrálni anélkül, hogy a változás nagyságát numerikusan mérnénk. Galilei Folyadékhőmérők – Egy zárt edényben táguló folyadék szűk csőben való viszonylagos gyors kiterjedése a hőmérséklet jelzésének alapja. A leggyakrabban használt hőmérőfolyadék a higany és az alkohol. A higanyos hőmérők -30 °C és 300 °C között használhatók. -100 °C-ig alkohollal, -200 °C-ig pentánnal töltött hőmérők alkalmasak, maximálisan kb. 750 °C-mérési maximum érhető el ezekkel. Beckmann-hőmérő – A Beckmann-hőmérő kb. 50 cm hosszú precíziós hőmérő, 0,01 °C-os osztású skálázata – kb. 30 cm – pedig mindössze 5-6 °C-ot ölel fel. A Beckmann-hőmérő abban különbözik a hagyományos higanyos hőmérőtől, hogy a kapilláris felső vége egy U-alakú csövecskébe torkollik, amelyben tartalékhigany található. E tartalékhigany teszi lehetővé, hogy – bár skálázatán csak 5-6 °C hőmérséklet-különbség észlelhető – ennyi különbség elvben a higany olvadáspontja (-38 °C) és forráspontja (356 °C) között bármely hőmérsékletnél mérhető. Folyadékkristályos hőmérők – Az ún. koleszterikus folyadékkristályok színe változik a hőmérséklettől függően. Melegítésre az anyagok színe a teljes látható színtartományban, a vöröstől az ibolyáig változhat. A mérési tartománya 1- 2 °C-tól kb. 20 °C-ig terjed, pontossága néhány tized fok. Hőérzékeny festékek – Bizonyos anyagok színe hőmérsékletváltozás hatására ismert módon változik. Ilyen például az erősen mérgező ezüst-higany jodid, vagy a réz-higany jodid. Pontos mérésekre nem alkalmas, de nagy felületen is alkalmazható jelzőeszköz, például gépek hőmérsékleti szempontból kritikus területeit jelezheti. Gázhőmérők – Akár az állandó térfogatú gáz nyomásának, akár az állandó nyomású gáz térfogatának változása alkalmas a hőmérséklet mérésére. Körülményessége miatt a gázhőmérők többnyire csak laboratóriumokban használatosak, igen alacsony hőmérsékleteken, a termodinamikai hőmérsékleti skála megvalósításában azonban fontos szerepet játszanak. A héliumos gázhőmérőkkel például egészen – 270 °C-ig mérhetünk. Fémrudas hőmérők – Más néven lineáris hőmérő, egy fém lineáris hőtágulását használja fel. A mérőrudat közel zérus hőtágulású anyagból (invar) készítik, és maga a tartó nyúlása okozza az észlelhető különbséget. Nagy erő kifejtésére képes. Bimetál hőmérők – Különböző hőtágulású, összehegesztett fémszalagok meggörbülését használják ki.

4 Mérés elve két különböző fémet fémesen összeérintkeztetünk, akkor a két fém között elektromos potenciálkülönbség (kontaktpotenciál) lép fel. A termoelemekben ez a potenciálkülönbség közel lineárisan függ a hőmérséklettől, a fémek, félvezetők (termisztorok = termo tranzisztorok) ellenállása a hőmérséklettől, és az anyag hőmérséklet koefficiensétől függ, az ellenállásmérés hídkapcsolásban történik R2R2 R2R2 RVRV RVRV RVRV RTRT R1R1 +U T -U T U T1T1 T2T2 T3T3 T4T4 Referencia termoelem Cu Fe Ko Cu

5 Tulajdonságaik - thermoelemek Fe-Ko: Vas-Konstantán Cu-Ko: Réz-Konstantán. Ni-CrNi: Nikkel-KrómNikkel Pt-RhPt: Platina-RhodiumPlatina Pirométerek Igen nagy hőmérsékleteket érintésmentesen, hősugárzással mérnek

6 Tulajdonságaik - termisztorok Félvezetőből készített ellenálláshőmérők (termisztorok) érzékenysége sokkal nagyobb, tehetetlenségük sokkal kisebb, mint a fémhőmérőké. PTK típusában a hőmérsékletnövekedés ellenállás növekedést, az NTK típusában a hőmérsékletnövekedés ellenállás csökkenést okoz. A mérési tartománya -70 - +300 °C. Nem lineáris, de nagy érzékenységű, és kis tehetetlenségű Pt100-as és Pt1000-es platinahőmérő ellenállása 0 °C-on 100 Ω, illetve 1000 Ω. a mérési tartományuk függ a kialakítástól, – üvegcsőbe elhelyezve -200 - +450 °C, kerámiatestbe ágyazva -200 - +850 °C. – ezen belül a 0 - +200 °C tartományban a pontossága 0,01 °C, és statikus karakterisztikája lineáris. a Pt1000-es előnye a nagyobb érzékenysége, de drágább. a Ni100-as nikkelhőmérő ellenállása 0 °C-on 100 Ω,. A mérési tartománya -60 - +200 °C. Kevésbé lineáris, mint a Pt100-as.

7 Nyomásmérő eszközök a jelátalakítás módja alapján csoportosítva

8 Nyomásmérő eszközök megkülönböztetünk: abszolút nyomást, nyomást, és nyomáskülönbség mérőket, nyomásérzékelésre leggyakrabban membránokat alkalmaznak, – síkmembránok, – csőmembránok (szilfonmembránok), elmozdulás lehet több cm-től 100  m, a csőmembrán reprodukálhatóan képes 20 – 40 mm elmozdulásra, pontosság 1 – 2 %, Mérési elv: – elektromos, – elektro-mechanikus. p1p1 p2p2 bar nyomáskülönbség nyomás 0 1 abszolút nyomás

9 A nyomásmérő cella elvi szerkezeti felépítése A korrózióálló rúgóacélból készült rugalmas síkmembrán fogadja a mérendő anyag nyomását. Ekkor rúgóként viselkedik. A rúgó kitérése súrlódásmentesen áttevődik a síkmembrán tányérjához rögzített merülő kondenzátorra, A síkmembránt, mint rugót, a túlterhelés ellen kerámia test védi. p1p1 p2p2 síkmembrán felület h túlnyomás védelem merülő kondenzátor p1p1 p2p2 C1C1 C2C2 olaj

10 Szintmérés eszközei hidrosztatikus, ultrahangos, radaros stb.

11 Mérés elve elektromechanikus, hidrosztatikus, impulzus visszhangos (ultrahangos, radaros, mikrohullámú), frekvencia elhangolós (kapacitív, vibrációs), konduktív. A vibrációs és a konduktív elven működő érzékelőket csak szintkapcsolókban alkalmazzák.

12 Elektromechanikus egy villanymotor kötélre kötött súlyt ereszt a töltőanyag felszínéig. Amikor a súly eléri az anyag felszínét, a motor visszatekercseli a kötelet, amelynek hossza mutatja a szintértéket, tipikus mérési tartomány 2 – 10 m, pontosság 1 – 2 mm, előnye a pontosság és a robusztus kivitel, hátránya az összetett mechanika, a rendszeres és sűrű karbantartás igény, és a nagy mintafrissítési idő.

13 Hidrosztatikus nyomásmérésre vezeti vissza a szintmérést, hidrosztatikus nyomás, a tartály alakjától és a folyadék viszkozitásától függetlenül, arányos a folyadékoszlop magasságával (p hidro =ρgh), zárt tartályban, túlnyomás alatt levő folyadékoszlop esetén a nyomáskülönbséget kell mérni, erre a mérési elvre jellemző a nagy pontosság és reprodukálhatóság. A mérési tartomány 1 – 20 m, pontosság 0,5 – 5 mm.

14 Impulzus visszhangos (ultrahangos, radaros, mikrohullámú), impulzusok frekvencia tartománya alapján beszélnek ultrahangos, radaros, vagy mikrohullámú szintérzékelőkről, periodikusan impulzus csomagokat bocsátanak ki, amelyek visszaverődnek az anyag felszínéről, csomagok futási idejéből számítható a szintérték, mérési tartománya 1 – 25 m, teljes eltérése 0,1%,

15 Frekvencia elhangolós a kapacitív távadó a frekvencia elhangolás elvén alapul, a kapacitív szintérzékelők elektródái között, a tartály anyagszintjétől függő, villamos kapacitásváltozás mérhető, saját frekvencia tartománya 300 – 400 kHz. Az elektróda rúd 1 - 4 m hosszú. Az elektróda rúd kötélről legfeljebb 20 m-es tartályba lógatható. A teljes eltérés 1 – 2 %.

16 Mennyiségmérés eszközei laboratóriumban és iparban

17 Laboratóriumban Tömegmérés – mérlegek: – gyorsmérleg, – analitikai mérleg, – fél-mikro mérleg (pl: PM10 és PM25 méréséhez, különösen fontos a zárt, légmozgásoktól mentes helység), Térfogatmérés: – Pontosság alapján: „A” és „B” pontossági osztály, – Működés szerint: Betöltésre hitelesített mérőeszközök pl.: mérőlombik… Kifolyásra hitelesített mérőeszközök pl.: pipetta, büretta…

18 Áramlásmérés az iparban Mérési elv alapján: – áramlási sebességet mérő, – térfogatot mérő, – tömegáramot mérő, – közvetett módon mérő. áramlási sebességet mérők – a cső kereszt- metszetének ismeretében - az aktuális térfogatáramát mérik.

19 Áramlásmérés az iparban II. Turbinás és szárnykerekes mérők – mérők pontossága 1 – 2%. Térfogat kiszorításos áramlás mérők – oválkerekes, illetve dugattyús átfolyásmérők a legpontosabb folyadék mérőknek számítanak. Elérhető a 0,1 – 0,25 % pontosság Elektromágneses (indukciós) áramlásmérők – folyékony közeg vezetőképességével, és áramlási sebességével arányos feszültséget indukál – 0,5 – 10 m/s áramlási sebesség tartományban az indukciós áramlásmérők 0,5% pontosságúak, Termometriás (hőelvonásos) áramlásmérők – áramló közeg hűti a csővezetékbe benyúló, állandó hőmérsékletre fűtött érzékelőt

20 Áramlásmérés az iparban III. Nyomáskülönbség mérésre visszavezetett távadók – mérőperem, mérőtorok, Venturi cső az egyik legrégibb, – A kapcsolat négyzetgyökös, és gázközegek esetén a térfogatáram függ a közeg hőmérsékletétől és abszolút nyomásától is – 25 – 1000 mm csőátmérő tartományban, 400 bar nyomásig, akár 800 °C-os áramló közeg térfogatáramát 0.075% pontossággal