mjerenjau tehnici - marjan.fesb.hrmarjan.fesb.hr/~itolj/mjerenja/mjerenje ostalo.pdf · 1 mjerenjau...
TRANSCRIPT
1
Mjerenja u tehniciII dio
prof.dr.sc. Frano BarbirKatedra za termodinamiku, termotehniku i toplinske strojevesoba 708Tel. 305-889E-mail: [email protected]: Ponedjeljak 11-12 ili po dogovoru
Asistent: Ivan Tolj, dipl.ing., znanstveni novak
SadržajMjerenje temperatureMjerenje tlakaMjerenje brzine strujanja fluidaMjerenje protokaMjerenje vlažnostiMjerenje toplinskog toka
i ostala toplinska mjerenja
Mjerenja u tehniciII dio
2
Vlažnost zraka:z
d
GGx =
z
d
MM
=χ
d
d
z
d
pPp
pp
−==χ
dg
dg
pPpϕ−
ϕ=χ
( )TfeTdTcTbaTdg
321
ep ln+++++−
=a = −5800.2206b =1.3914993c = −0.048640239d = 0.41764768x10-4
e = −0.14452093x10-7
f = 6.5459673
dg
d
pp
=ϕ
Molarna vlažnost zraka:
(gd/gz)
(molw/molz)
Gd = Mdmw
Gz = Mzmz
mw = 18.0153mz = 28.9645
Relativna vlažnost:
pd = parcijalni tlak vodene pareP = ukupni tlak
χ=z
w
mmx
Tlak zasićenja:(Pa)
dg
dg
z
w
pPp
mmx
ϕ−
ϕ=
Vlažnost zraka:
Thermodinamika vlažnog zraka
0
0.2
0.4
0.6
0.8
wat
er v
apor
con
tent
(vol
.)
20 30 40 50 60 70 80 90 temperature (°C)
1 atm 2 atm 3 atm
Sadržaj pare u zasićenom zraku
dg
dg
pPpϕ−
ϕ=χ
Temperatura (°C)
Sadr
žaj v
oden
e pa
re (v
ol.)
3
0
0.2
0.4
0.6
0.8 w
ater
con
tent
in a
ir (g
/g)
50 60 70 80 90 temperature (°C)
atm. 200 kPa 300 kPa
Sadržaj vodene pare u zrakuPri različitim temperaturama i tlakovima100% relativne vlažnosti
dg
dg
z
w
pPp
mmx
ϕ−
ϕ=
Temperatura (°C)
Sadr
žaj v
oden
e pa
re (g
/g)
Parcijalni tlak vodene pare kao funkcija temperature zraka
4
Entalpija (suhog) zraka: hz = cpzt
Entalpija vodene pare: hd = cpdt + r0
hvz = cpzt + x.(cpdt + r0)
J/gz
J/gw
J/gz
J/gz + gw/gz.J/gw = J/gz
Enthalpija vlažnog zraka:
hw = cpwtEntalpija vode:
Gustoća vlažnog zraka: dzdwzz
dz RTpm
RTpm '' ρ+ρ=+=ρ
Thermodinamika vlažnog zraka
Ako zrak sadrži i paru i vodu: x = xd + xw
hwz = cpzt + xd.(cpdt + r0) + xwcpwt
if xw = 0 x = xdif xw > 0 xd = xdg
t u °Ch0 = 0 u 0°C
r0 = 2,500 J/g
Thermodinamika vlažnog zraka
h-x (Mollierov) dijagram
h
x
izoterme
Linija zasićenjaϕ = 1
xd/xg = const. ≈ ϕ = const.
xg
h = const
h = 0
t=0
xd
x =
cons
t
2500
x
tw = const
t = constpodručje magle
nezasićeno područje
xwt
xw
rosište
5
Daltonov zakon ishlapljivanja: – dW = b (Pg – Pd) dfg
Thermodinamika vlažnog zraka
– dW = σ (xg – x) dfg
W = količina ishlapljene vodeσ = koeficijent ishlapljivanja (kgz/s m2)
Zdx = – dW
Zdx = σ (xg – x) dfg
Zdi = α (tg – t) dfg + idgZdx
Zdi = iwgZdx
cp(t – tg) = (σcp/α)(xg – x)rdg
za tw = tg
(σcp/α) = Lewisov faktor
Lewisov faktor
6
Thermodinamika vlažnog zraka
h
x
Linija zasićenjaϕ = 1
xgh = 0
x
adijabatsko ishlapljivanje
T
hlađenje
ϕ
Psihrometar – mjerenje vlažnosti
Sastoji se od dva termometra: jedan suhi i drugi vlažni
Vlažnom termometru se spusti temperatura uslijed ishlapljivanja vode
Što je zrak suhlji više će se spustit temperatura vlažnog termometra
Iz dvije izmjerene temperature može se izračunati vlažnost zraka
7
Thermodinamika vlažnog zraka
Problem psihrometra
h
x
Linija zasićenjaϕ = 1
xgh = 0
x
(σcp/α)
cp(t – tg)
1
cp(t – tg) = (σcp/α)(xg – x)rdg
Temperatura zraka
Razlikatemperatura
između suhog i vlažnog
termometra
Relativna vlažnost
8
Temperatura suhog termometra
Psihrometar – mjerenje vlažnosti
Povijest
9
Mjerenje vlažnosti zraka u meteorologiji
Mjerenje točke rosišta
h
x
Linija zasicenjaϕ = 1
h = 0
xd
temperaturarosišta
T
( )TfeTdTcTbaTdg
321
ep ln+++++−
=
dg
d
pp
=ϕ
dg
dg
z
w
pPp
mmx
ϕ−
ϕ=ϕ
Instrumenti za mjerenje točke rosišta (s hladnim zrcalom)
10
Mjerenje vlažnosti
Instrumenti s ljudskom kosomKapacitivni instrumentiOtporni instrumenti
Mjerenje toplinskog toka
Toplinski tok je količina (toplinske) energije koja prođe krozodređenu površinu (poprečni presjek) u jedinici vremena
∆x
T1
QT2
Mjerenje kondukcije topline (na primjer kroz zid)
11
Mjerenjekonduktivnog toplinskog toka
Mjerenjeradijacijskog toplinskog toka
Tsen = vremenski odziv senzora (s)Rsen = toplinski otporCsen = toplinski kapacitet
d = debljina seznora (m)ρ = gustoća materijala senzora (kg/m3)Cp = toplinski kapacitet (J/kgK)λ = toplinska vodljivost, k (W/mK)
q = Vsen/ Esen. q = toplinski tok (W/m2)
Vsen = izmjereni napon (V)Esen = osjetljivost senzora ( V/(W/m2) )
.
12
Moguce griješke pri mjerenju toplinskog toka
Vremenski promjenjivi tok – dinamika odziva
Osjetljivost na lateralni tok
Distorzija mjerenog toka (zbog samog senzora)
Mjerenje toplinske vodljivosti
13
1) Mjerenje aksijalnog toplinskog toka
c) Metoda zaštićenog ili nezaštićenog toplinskog metra(ASTM C518, E1530 Test Methods).
b) Komparativna metoda (ASTM E1225 Test Method).
a) Apsolutni aksijalni toplinski tok
2) Guarded Hot Plate Method (ASTM C 177 Test Method)
(Metoda zaštićene vruće ploče)
Koristi se za mjerenje toplinske vodljivosti izolacijaOva metoda zahtijeva “steady state”Mjerenje toplinskog toka u jednoj dimenziji, mjerenje temperatura na toploji hladnoj površini i debljinu uzorkaPostoje instrumenti za mjerenje pri sobnoj temperaturi, za niske temperature(do -180 °C) i za visoke temperature (preko 600 °C)
14
Najčešće se koristi za mjerenje toplinske vodljivosti “refraktornih” materijalakao sto su izolacije, praškasti ili vlaknasti materijali
Moraju biti izotropniU ograničenoj mjeri se koriste za tekućine i plastične materijale niske
toplinske vodljivostiProba sadrži grijač i termoparKad se pusti struja kroz grijač inicijalno temperatura na površini grijača će
naglo porastiOnda ce porast temperature postati konstantanKad termalni front dođe do vanjske površine uzorka porast temperature će
usporiti (usljed gubitaka topline prema okolišu) i eventualno će se uspostavitikonstantna temperatura
Toplinska vodljivost se može izracunati iz konstantnog (ravnog) dijela krivulje(temperatura vs. vrijeme)
3) Metoda vruće žice (ASTM C1113 Test Method)
∆T∆t
T
t
Red veličina toplinske vodljivosti
72.4308000.17Alcohol
71.3707600.1Silicone oil
82.5007900.21Methanol
72.1007200.15Gasoline
101.6509200.17Olive oil
1042.0179172.1Ice
144.18010000.6Water
93.07312600.29Glycerol
19380.0011.290.025Air
Thermal diffusivity@20° C
10-8 m2/s
Volumetric heat capacity @20° C
106 J/m3K
Density@20°C
Kg/m3
Thermal conductivity @20° C
W/mK
15
462.30718001.06Corian(ceramic filled)
131.93811400.25Nylon 6
112.20022000.25PTFE
81.95013000.16PVC
601.68122301.005Pyrex 7740
432.18426000.93Glass
1262.37627003Marble
661.94022001.28Concrete
1412.13026003Quartz
8793.413390030AluminiumOxide
4053.950790016Stainless Steel
111613.4948960390Copper
99752.3762700237Aluminium
Thermal diffusivity@20° C
10-8 m2/s
Volumetric heat capacity @20° C
106 J/m3K
Density@20° C
Kg/m3
Thermal conductivity @20° C
W/mK
Thermal diffusivity@20° C
10-8 m2/s
Volumetric heat capacity @20° C
106 J/m3K
Density@20° C
Kg/m3
Thermal conductivity @20° C
W/mK
300.100500.03Plastic insulation materials
440.0901000.04Mineral insulation materials
490.0921200.045Foam glass
1500.0472000.07Cork
590.001--0.14Leather
--0.001--0.03Cotton
2140.1877800.4Wood
282.71021000.76Glass pearls (saturated)
161.14018000.18Glass pearls (dry)
1022.64021002.7Sand (saturated)
281.27016000.35Sand (dry)
16
Mjerenje toplinskog kapaciteta
Specifični toplinski kapacitet
Q = m c ∆T q = m c ∆T..
Mjerenje toplinskog kapaciteta
Kalorimetrija
Toplinski kapacitet kalorimetraToplinski kapacitet vode
Qk = Ck (Tm – Ti)Qw = mw cw (Tm – Ti)
Qk + Qw = Q Ck =Q – mw cw(Tm – Ti)
(Tm – Ti)
Odredjivanje toplinskogkapaciteta kalorimetra
cw = 4184 J kg-1 K-1
17
Mjerenje toplinskog kapaciteta
Kalorimetrija
Toplinski kapacitet kalorimetraToplinski kapacitet vodeToplinski kapacitet uzorka
Qk = Ck (Tm – Ti)Qw = mw cw (Tm – Ti)Qu = mu cu (Tm – Tiu)
Qk + Qw + Qu = 0 cu =– (Ck + mw cw)(Tm – Ti)
mu (Tm – Tiu)
Odredjivanje toplinskogkapaciteta uzorka