i. labormessung lehrstuhl für strömungslehre 2013. technische und wirtschaftswissenschaftliche...
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I. Labormessung
Lehrstuhl für Strömungslehre
2013.
Technische und Wirtschaftswissenschaftliche Universität Budapest
2.Méréselőkészítő
Allgemeine Informationen
• Webseite des Lehrstuhls: www.ara.bme.hu
• Kommunikation mit dem Lehrstuhl: www.ara.bme.hu/poseidon
(Klausurergebnisse, Messprotokoll, Präsentation, …)• Messgruppen – 4 Personen -• I. Klausur über die Messungen - 5.Woche, Wiederholklausur –
6.Woche(positives Ergebnis ist nötig zum Anfang der
Messungen)
3.Méréselőkészítő
Allgemeine Informationen
• Kalendar: • 1. Labor: Instrumenten, Methoden, • 2. Labor: Fehlerabschätzung, Messstände• 3. Labor: Laborklausur• 4. Labor: Messung A • 5. Labor: Abgabe Messung A, Messung B• 6. Labor: Abgabe Messung B, Konsultation zur
Präsentation.• 7. Labor: Präsentation
• Messprotokoll bis Ende der Woche nach der Messungswoche (bis Sonntag, 24h).
• Konsultation vor und nach der Abgabe.• einmalige Korrektion möglich nach der Abgabe2004 2009
4.Méréselőkészítő
Druckdifferenzmessung (Δp)
• Bildet den Grund der Messung weiterer strömungsmechanische Variablen
• Messung des Druckunterschiedes von 2 Punkten in der Strömung• Oft wird zu einen Referenzdruck verglichen
(Referenz : atmosphärischer Druck, statischer Druck des Kanals)
• Instrumente• U-Rohrmanometer• "umgekehrtes" U-Rohrmanometer• Betz-Manometer• Schrägrohrmanometer• Mikromanometer mit gekrümmten Rohr• EMB-001 Digitalmanometer
5.Méréselőkészítő
Δp Messung/ U-Rohrmanometer I.
• Rohrströmung• Absperrklappe• Ringleitung
H
> g
pB pJ
Gleichgewichtsgleichung des Manometers:
Kann vereinfacht werden, wenn
ny <<m
(z.B. Luft strömt, Wasser Messmittel)
Wichtig ( )p f H
JB pp
hghHgpHgp mny2ny1 hgpp nym21
hgpp m21
6.Méréselőkészítő
Δp Messung/ U-Rohrmanometer II.
Dichte des Messmittels m (Grössenordnung)
Gleichung des Manometers
Dichte des Gases: ny (z.B. Luft)
p0 - nahe zum atmosphärischen Druck [Pa] ~105PaR - spezifischen Gaskonstante der Luft 287[J/kg/K]T - Lufttemperatur [K] ~293K=20°C
hgp nym
3Alcohol mkg830
3Hg mkg13600 3víz m
kg1000
30
Luft mkg19,1
TRp
7.Méréselőkészítő
Δp Messung/ U-Rohrmanometer, Messfehler III.
Messwert:Ablesegenauigkeit = 1mm: Absoluter Fehler:
Richtige Schreibweise mit dem Fehler(!)
Relativer Fehler:
Nachteile:• Ablesefehler geht zweimal in die Rechnung
ein • Genauigkeit ~1mmVorteile:• Einfach, robust• zuverlässig
mm10h
mm1h
mm1mm10h
%101,0mm10mm1
hh
8.Méréselőkészítő2009.tavasz
Δp Messung/ "umgekehrtes" U-Rohrmanometer
Manometersgleichung
Meistens wird bei Wasserleitungen gebraucht
Statt Quecksilber das Messmittel ist LuftDasselbe Druckunterschied erzeugt 12,6mal
grössere Auslenkung!
hgpp LW21
9.Méréselőkészítő2009.tavasz
Δp Messung/ Betz Mikromanometer
Absoluter Fehler wird mit optisch vergrösserten Ablesung erniedrigt!
Ablesefehler~0,1mm: Messwert mit a. Fehler:
Relativer Fehler:mm1,0mm10h
%101,0mm10mm1,0
hh
10.Méréselőkészítő2009.tavasz
Δp Messung/ Schrägrohrmikromanometer
Relativer Fehler hängt von dem Winkel ab- f(α)
Manometergleichgewichtsgleichung
Ablesefehler: L~±1mm,Relativer Fehler mit α=30°:
sinLh
%505,0
30sinmm10
mm1
sinhL
LL
hgp nym
11.Méréselőkészítő2009.tavasz
Δp Messung / Mikromanometer mit gekrümmten Rohr
Wurde an der Lehrstuhl für Strömungslehre entwickelt.Relativer Fehler wird konstant gehalten im ganzen
Messbereich.
12.Méréselőkészítő
Δp Messung/ EMB-001 Digitalmanometer
Wichtigsten TastenEin/Ausschalten Grüne TasteRECALL „0” danach „STR Nr” (stark empfohlen)Sensor I/II schalten „CH I/II”Druckdifferenz auf 0 Pa „0 Pa”Schalte Durchschnittszeit (1/3/15s) „Fast/Slow” (F/M/S)
Druckmessinterval: 2p Pa
1250p Pa
Absoluter Fehler:
13.Méréselőkészítő
Δp Messung / Statischen Druckmessrohr
Eulersche Gleichung in natürlichen Koordinatensystem, normale Komponente sagt aus -Bei parallellen, geraden Stromlinien = Druck hängt nur von Kraftfeld ab -Bei gekrümmten Stromlinien Druckgradient in Querrichtung
a) richtig b), c) falsch
14.Méréselőkészítő2009.tavasz
Geschwindigkeitsmessung
• Pitot-Rohr (Staudrucksonde)• Prandtl-Rohr (Prandtl’sche Stausonde)
15.Méréselőkészítő2009.tavasz
Geschwindigkeitsmessung / Pitot-Rohr
Pitot, Henri (1695-1771), französischer Ingenieur
Differenzdruck ist der dynamische Druck:
pg Druck der angehalteten Strömung (Gesamtdruck)
pst Druck auf einer, mit der Strömung parallel stehenden Oberfläche (statischer Druck)
stgd ppp
2nyd v
2p
Geschwindigkeit kann berechnet werden:
dny
p2v
16.Méréselőkészítő2009.tavasz
Geschwindigkeitsmessung / Prandtl -Rohr
Prandtl, Ludwig von (1875-1953), deutscher Forscher der Strömungsmechanik
17.Méréselőkészítő
Volumenstrommessung
• Definition des Volumenstromes• Auf Geschwindigkeitsmessung basierende Methoden
• Für Nicht-Kreisquerschnitten auch möglich• Für Kreisquerschnitt in Normen festgelegt
• 10-Punkt Methode• 6-Punkt Methode
• Differenzdruck-Verfahren (Querschnittsverengungen)• Venturi-Rohr • Durchflussmessblende• Saugmessblende• Messtrichter
18.Méréselőkészítő
Durchschnitts aus mehren gemessen v Werten
Durchschnitt aus den Wurzeln ≠ Wurzel aus den Durchschnittswerte (!)
1. 2.
3. 4.
RICHTIG FALSCH
iny
i p2v
1
ny1 p2v
4pppp2
4
p2p2p2p2
v 4321
ny
4ny
3ny
2ny
1ny
19.Méréselőkészítő
Volumenstrommessung / auf Geschw. basierendNicht Kreisquerschnittsrohre
Wenn:
1. 2.
3. 4.
2vq
3vq
1vq
4vq
n
1iii,m
Av AvdAvq
nAAAA i21
vAvnAvAq
n
1ii,m
n
1ii,miv
•Brauchbar für paraboloidförmigen (10P Methode) und für turbulente Geschwindigkeitsverteilung (6P Methode)•Stationären Strömung
Kreisquerschnitt, 10 Punkt (6Punkt) Methode
Methode in Norm festgelegt, Messpunkte aus dem Norm (MSZ 21853/2):Si/D= 0.026, 0.082, 0.146, 0.226, 0.342, 0.658, 0.774, 0.854, 0.918, 0.974
Volumenstrommessung / auf Geschw. Basierend I.
21.Méréselőkészítő
Vorteile:Strömung wird nicht gestörtOptimal zur individuellen MessungEinfach, leicht verwirklichbar
Nachteil:Stationären Strömung nötig während der MessungMessfehler kann grösser sein
Kreisquerschnitt, 10 Punkt (6 Punkt) Methode
Teilquerschnitte müssen die gleiche Grösse haben:10
v...vvAq 1021v
1021 A...AA
Volumenstrommessung / auf Geschw. Basierend II.
22.Méréselőkészítő
Venturi-Rohr
p1 p2
m
nyh
H
Bernoullische Gleichung (=konst., U=konst., Verluste vernachlässigbar):
A1 A2
s
mq konstAvq3
vv
2211v AvAvq
2vp
2vp ny2
22ny2
11
1dd
2
p
1dd
2
hgv 4
2
1ny4
2
1ny
nym1
Bei niedrigen Druckveränderung(=konst.):
Volumenstrom / Differenzdruck-Verfahren
23.Méréselőkészítő
In Norm festgelegt => sehr genau
= dmp/D Durchmesserverhältnis,d mp[m] Durchmesser der BohrungD [m] Durchmesser der RohrleitungReD = vD/ Reynolds-Zahlv [m/s] Durchschnittsgeschwindigkeit in der Rohrleitung[m2/s] kinematische ViskositätΔpmp [Pa] Druckunterschied gemessen an der Messblende Kompressibilitätsfaktor (()~1 wenn Δpmp>5000Pa, und p1 nahe atmosphärisch) Durchflusszahl, =(,ReD) (in Norm definiert!) Isentropische Exponente
Durchflussmessblende
mp2mp
vp2
4d
q
Volumenstrom / Differenzdruck-Verfahren
24.Méréselőkészítő2009.tavasz
Nicht genormt
Saugmessblende, nicht normiert
6,0
p24
dq mp
2mp
v
mp
2besz
vp2
4dkq
Volumenstrom / Differenzdruck-Verfahren
II. Vorbereitungsstunde
Lehrstuhl für Strömungslehre
2015.
Technische und Wirtschaftswissenschaftliche Universität Budapest
Infomaterialen
www.ara.bme.hu/poseidonSparache wählen (rechts oben)login ->username: neptun-kennzeichen (kleine Buchstaben),
password: NEPTUN KENNZEICHEN (kapitale Buchstaben)„Egyéb tantárgyinformációk” / „Course Informations”BMEGEATAG11 -> deutsch
Oder www.ara.bme.huIn ungarisch > „Letöltés” > „Tantárgyak” > BMEGEATAG11 -
>deutschoder direkt:www.ara.bme.hu/oktatas/tantargy/NEPTUN/BMEGEATAG11/DEUTSCH
Selbstkontrolle von Laborprotokolle:www.ara.bme.hu/lab
27.
Messfehlerabschätzung
Messwerten enthalten immer einen Messfehler
Deswegen wird einen Messwert immer als ein Intervall angegebenMesswert + absoluter Fehler
Absoluter Fehler
KKT 1293
KT 1Relativer Fehler
TT
Woran kann der Fehler zurückgeführt werden?Analoginstrumente:
AblesefehlerSkaleneinteilung
Digitalinstrumentealleswird durch Kalibration bestimmt
Messfehler der Geschwindigkeitsmessung
28.
Messfehlerabschätzung bei mehreren Messwerten I.
Dinamischer Druck gemessen mit Prandtl-Rohr:pd =486,2PaUmweltparametern:p0 =1010hPa ; T=22°C (293K); Spez. Gaskonstante des LuftesR=287 J/kg/K
Messvariablen mit Messfehler belastet (Xi):Ablesefehler des atm. Druckes p0=100PaMessfehler der Temperaturmessung, T=1KMessfehler der Druckmessung (EMB-001) pi)=2Pa
dlev
p2v
TRp0
lev
tetanKons,p,p,Tfv d0 sm45,28v 3lev m
kg2,1
31.2009.tavasz
Absoluter Fehler allgeimein
p, T, pd)
2n
1i ii X
RXR
Pasm029,0p
21
p1TR2
pv
Pasm104,1pp
21TR2
pv
Ksm00366,0p
p1T
21R2
Tv
21
d0d
4d
23
00
d0
21
d3021 pX;pX;TXvR
Messfehlerabschätzung bei mehreren Messwerten II.
Messfehler der Geschwindigkeitmessung
32.2009.tavasz
Absoluter Fehler der Geschw. Messung:
Relativer Fehler:
Ergebnis mit dem Fehler:
%21,00021,0vv
sm05977,045,28v
2
21
d0
d
2
23
0d0
2
21
d0
p21
pTR2pp
21pTR2pT
21p
pR2Tv
sm05977,0v
Messfehlerabschätzung bei mehreren Messwerten III.
Messfehler der Geschwindigkeitmessung
31.Méréselőkészítő2009.tavasz
A mérési bizonytalanság meghatározása (hibaszámítás) III.
Pl. a térfogatáram bizonytalansága
A sebességmérés abszolút hibája:
A sebességmérés relatív hibája:
A sebességmérés számeredménye:
%21,00021,0vv
sm05977,045,28v
2
21
d0
d
2
23
0d0
2
21
d0
p21
pTR2pp
21pTR2pT
21p
pR2Tv
sm05977,0v
A jegyzőkönyvben is így kell dokumentálni!
Aufgaben vor der Labormessung
• Hand geschriebene Messungsplan fertigen– Name der Messung– Zusammensetzung der Messgruppe– Umweltparametern– angeordnete persöhnliche Aufgabe– Nötige Gleichungen– Platz für Messwerten– Platz für Messgeräte mit ID
• Syllabus durchlesen• EMB-001 Bedienungsanleitung durchlesen• Millimeterpapir besorgen
Aufgaben während der Labormessung
• Zu Beginn des Labors der Hand geschriebene Messungsplan wird durch den leitenden Doktoranden/Assistenten überprüft, und Fragen werden gestellt, um zu prüfen, ob die Gruppe für die Messung vorbereitet ist.• Wenn die Gruppe nicht vorbereitet ist, werden sie zur
Wiederholung zurückgerufen.• Während die Messung stellt der leitender Doktorand/Assistent
Aufgaben um die Messwerte und die Kalkulationen zu prüfen• Die angeordnete Messaufgabe muss durchgeführt werden• Die gebrauchten digitalen EMB-001 muss mindestens in 5
Punkten mit einem Betz-Manometer kalibriert werden• Die angeordneten Menge muss an den Millimeterpapier
aufgezeichnet werden
Aufgaben nach der Labormessung
• Für die Labormessungen, bei denen eine automatische Kontrolle der Berechnungen im Internet möglich sind, müssen die Berechnungen überprüft und vom System akzeptiert werden.www.ara.bme.hu/lab– Kontrolle ist obligatorisch– Das Rechnungsvorgehen und die Ergebnisse wird überprüft – Unbegränzte Versuchsanzahl (Punkterniedrigung im Falle
außergewöhnlich hohen Versuchsanzahl)– Oft wird nur einen einzigen Versuch überprüft– Im Falle von akzeptablen Ergebnisse Kontrollkennzeichen wird
generiert– Das Kontrollkennzeichen muss in das Protokoll auf die
Titelseite überkopiert werden
Aufgaben nach der Labormessung II.
• Beispiel:
• Füllung von grauen Felden ist nicht erforderlich
• Wenn die Kalkulationen fehlerhaft sind, das Füllen der grauen Felden ist empfohlen um die Fehlern zu finden!
Aufgaben nach der Labormessung III.
• Ein Protokoll muss über die Messung gefertigt werden.• Konsultation:
• Bei Balázs Istók, nach E-mail-Vereinbarung• Das Protokoll muss die folgenden enthalten:
• Die gewünschte Protokolltitelseite• Dokumentation der Messung (max. 6 Seiten lang)• Nötigen Anlagen• Die Anlagen müssen die folgenden enthalten:
• von Hand geschriebener und ausgefüllter Messplan in gescanntem Format
• Kalibration des Digitaldruckmessers• Alle Laborprotokolle müssen original und von der Messgruppe
gefertigt sein! Jeder kopierter Teil, der nicht von der Gruppe gefertigt ist muss mit Literaturreferenz an stelle des Vorkommens gekennzeichnet und in der Literaturverzeichnis aufgezählt werden. Das Aufladen von kopierten Protokollen wird streng bestraft!
Aufgaben nach der Labormessung IV.
• Nachdem die Berechnungen akzeptiert sind, muss das Protokoll samt Berechnungen (PDF+XLS-Dateien in einem einzigen Zip-Datei) auf das Poseidon-System hochgeladen werden.
• Die Protokolle sollen bis Ende der Woche nach der Messwoche aufgeladen werden (bis Sonntag 24 Uhr).
• Die Messprotokolle werden innerhalb von 2 Tagen überprüft, und die Messgruppe wird durch Poseidon über die Bewertung informiert. Wenn das Protokoll nicht akzeptiert wurde, gibt es eine Möglichkeit, das Protokoll in einer Woche zu korrigieren.
Präsentation
• Musterpräsentation an unser Webseite abladebar• Max. 8 Minuten langen Vortrag• Zusammenfassung der Messung• Muss die folgenden wenigstens enthalten:
– Persöhliche Messaufgabe– Gebrauchte Messinstrumente– Anornung des Mess-standes– Vorgehen der Kalkulationen– Messfehlerabschätzung– Darstellung der Ergebnisse– Zusammenfassung