2012
VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA
NIŠ
MERENJE
PRITISKA
Metode i sredstva merenja
Janićijević Dejan
SII 54/10
Page 1
MERENJE PRITRSKA
Uvod
Pritisak je jedna od najčešće merenih veličina u tehnici i industriji uopšte.
Tačnost
merenja pritiska u pojedinim postrojenjima je od izuzetnog značaja pa se stoga
meračima pritiska odnosno njihovim karakteristikama mora posvetiti naročita pažnja.
Merenje pritiska je od izuzetnog značaja u postrojenjima procesne industrije, jer se na
osnovu njega mogu dobiti informacije o stanju materije, materijalnom ili energetskom
bilansu, uslovima hemijske reakcije i sigurnosti aparata ili pogona. Merenjem pritiska
posredno se može meriti temperatura, a merenjem razlike pritisaka protok, nivo, gustina,
viskoznost, sastav i slično.
Osnovni pojmovi i veličine u merenju pritiska
Jedinica za pritisak koju propisuje SI sistem je
Paskal
(Pa) i definiše se kao sila
od
1
N koja ravnomerno deluje na površinu od
1
m
2
. Medjutim, kako je ova jedinica
veoma mala, u upotrebi je najčešće jedinica
bar
, koja je dopuštena SI sistemom i iznosi
10
5
Pa. Razlikuju
se tri kategorije merenja pritiska
:
merenje apsolutnog pritiska
kao razlike pritiska u određenoj tački fluida i pritiska
apsolutne nule, koji ima vakuum
merenje atmosferskog
(barometarskog) pritiska
merenje diferencijalnog pritiska
kao razlike pritisaka u različitim tačkama fluida
Merni opseg.
Pritisak se meri u opsegu od
0
do
10
10
Pa. S obzirom na usvojene kategorije
pritiska u tehničkoj praksi, pritisak se najčešće meri u četiri oblasti kako to prikazuje
Slika 1
:
1) oblast niskog apsolutnog pritiska odnosno tehničkog vakuuma (
10
−
10
-
100
Pa)
2) oblast barometarskog pritiska
3) oblast malih diferencijalnih pritisaka u odnosu na atmosferski, potpritiska
p-p
a
<
0 i
natpritiska
p-p
a
>
0 u opsegu
0
-
2500
Pa
4)
oblast visokog relativnog pritiska (natpritiska) (
0
-
10
10
Pa).
Metode i sredstva merenja
Janićijević Dejan
SII 54/10
Page 3
Od tačnosti
elastičnog elementa
zavisi tačnost celog uređaja. U praksi se
najviše primenjuju membrane, cevi i mehovi. Membrane su pogodne za merenje pritiska
od najnižih do najviših vrednosti, cevi se primenjuju za merenje relativnog natpritiska od
0-1
bar pa do
10000
bar, a mehovi za manje relativne pritiske. Njihovi mnogobrojni
oblici, koji se susreću u praksi, nastali su zbog prilagođavanja opsegu i uslovima
merenja pritiska (
Slika 3
). Prave se najčešće od posebnih materijala kao što su
berilijumova bronza (legura bakra, tantala, titana i specijalnih čelika) i konstantan (legura
bakra, nikla i mangana).
Metode i sredstva merenja
Janićijević Dejan
SII 54/10
Page 4
Pretvarač deformacije u električni izlaz
Većina merača pritiska ima primarni elemenat u vidu membrane, meha ili Burdonove
cevi. Od karakteristika ovog elementa zavise merni opseg, prirodna frekvencija i osetljivost
senzora. Prema načinu pretvaranja deformacije (sile) u električni izlaz razlikuju se
elektromagnetni (indukcioni), pijezoelektrični, kapacitivni i pijezorezistivni merači pritiska.
INSTRUMENTI ZA MERENJE PRITISKA
Merenje finog i visokog vakuuma
Pod vakuumom se podrazumevaju apsolutni pritisci gasovitih medijuma, manji od
1 bara (100.000 Pa). Teoretski, ovi pritisci se kreću od 0 Pa (čemu bi odgovarao
apsolutni vakuum) pa do atmosferskog pritika od 1 bara, čime se definiše normalni
atmosferski pritisak.
U zavisnosti od reda veličine vakuuma, isti se deli na:
- niski vakuum
100.000 – 100 Pa
- fini vakuum
100 Pa - 10 -1
- visoki vakuum
10 -1 - 10 -4 (10 -6)
Pa
- ultra visoki
vakuum
10 -6 - 10 -8 Pa
Ultra visoki vakuumi se koriste u eksperimentalnoj fizici, dok se ostalim vakuumima sve
više služi savremena tehnika.
Postoji veći broj principa koji se primenjuju pri merenju vakuuma. Osnovni principi su:
Kompresioni vakuummetri
se služe osnovnim zakonima kojima se pokoravaju
permanentni gasovi. Mek – Leodov vakuummetar je glavni predstavnik ovakvih
instrumenata.
Konvekcioni vakuummetri
se služe termičkom konvekcijom molekula pri
merenju vakuuma. Tipičan predstavnik ove grupe je Piranijev vakuummetar.
Jonizacioni vakkummetri
mere visoki vakuum pomoću jonskih struja koje
prolaze kroz razređene gasove. Najčešće se koriste: vakuummetri sa usijanom niti,
Penning-ov jonizacioni vakuummetri, vakuummetri sa hladnom katodom i vakuummetri
sa izvorom alfa-zračenja.
Pored navedenih u upotrebi su i vakuummetri koji se služe gasnokinetičkim
fenomenima: prigušivanje oscilovanjakvarcnih niti; molekulskim prenošenjem količine
kretanja (rotacioni viskozimetri); radiometrijski viskozimetri (mere pritisak brzih
zagrejanih molekula – Knudzenov apsolutni vakuummetar). Međutim, ovi se ne
primenuju u tehnici.
Metode i sredstva merenja
Janićijević Dejan
SII 54/10
Page 6
Konvekcioni vakuummetri - Piranijev vakuummetar
Piranijev vakuummetar se služi termičkom konvekcijom molekula i isti se može
upotrebiti za merenje vakuuma do 10-3 ili eventualno do 10-4 mmHg. Pri višim
vakuumima količina toplote odnete gasom postaje suviše mala, odnosno, impulsi
osetnog elementa ovog vakuummetra postaju veoma slabi, pa je za više vakuume
neophodno ići na vaća pojačanja primarnog efekta, onosno veće podizanje energetskog
nivoa gasnih molekula nego što je moguće postići kompresijom ili zagrevanjem.
Jonizacioni vakuummetri
Jonizacioni vakuummetar sa usijanom niti.
Osetni element je specijalno konstruisana elektronska trioda povezana sa prostorom u
kome se meri vakuum
.
Slika 5.
Jonizacioni vakuummetar sa usijanom niti
Katoda ove triode je volframova nit (K). Za razliku od trioda koje se koriste za
druge svrhe ona nije pokrivena barijumom ili nekim rugim metalom koji lako otpušta
elektrone, nego se elektroni dobijaju veoma jakim zagrevanjem katode pomoću izvora
struje (R). Oko katode u obliku spirale postavljena je mrežica (M). Cilindrična anoda
obuhvata katodu i mrežicu. Mrežica je na visokom pozitivnom naponu u odnosu na
katodu (100 – 250 V), dok ej anoda negativna u odnosu na katodu (2 – 50 V). Elektroni
proizvedeni na katodi se ubrzavaju mrežicom i jonizuju na putu molekula gasa. Stvoreni
pozitivni joni idu na anodu i razelektrisavaju se ili ukoliko su u blizini katode idu na
katodu. Negativni joni i elektroni se razelektrisavaju na mrežici. Treba napomenuti da
anoda ove igra potpuno različitu ulogu nego kod obične triode i da je ime samo uslovno,
