XỬ LÝ KẾT QUẢ BỘ ĐÔI THỰC TẾ

CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT KỸ THUẬT ĐO ÁP SUẤT

CHƯƠNG 3: XỬ LÝ KẾT QUẢ BỘ ĐÔI THỰC TẾ

III.1 Quy trình đo các thông số

a) Đo thông số hình học: đường kính

Cách đo: đưa thiết bị sau khi gá chặt, đặt đầu đo rà một vòng xung quanh đối tượng đo ta được một bộ thông số đường kính trên một thiết diện tròn, dịch chuyển đầu đo tiếp theo 1mm đo tiếp và làm quy trình như vậy cho đến khi hết chiều dài đối tượng đo.

Phương tiện đo: máy đo tọa độ

Độ thẳng đường sinh:

Cách đo: cùng với phương pháp đo đường kính, bao nhiêu lần đo đường kính ta có bấy nhiêu đường sinh tính theo trục z

Phương tiện đo: máy đo tọa độ

Độ tròn:

Cách đo: đặt đầu đo vào đối tượng, và cho đối tượng quay, dịch chuyển đầu đo lên xuống khoảng 5mm ta được 5 bộ độ tròn, thường là ta đo 3 điểm ở giữa và 2 điểm ở hai đầu đối tượng đo.

Phương tiện đo: máy đo độ tròn

Đo hai thông số còn lại: tốc độ hạ và thời gian quay tự do Cách đo

Xử lý số liệu:

III.2 – Tổng hợp kết quả đo

III.1.1 Phương pháp ước lượng độ không đảm bảo đo của áp kế pittông.

Công thức cơ sở

Xuất phát từ công thức xác định áp suất trong chương 2 (với một số giá trị hiệu đính = 0)

Đối với loại áp kế pittông kiểu điều khiển che chở:

( ) ( ) ( ) ( )

a i

i mi

f

c p c r z j

m 1 g xc

p p gh

A 1 ap 1 t t x 1 b p p

 ρ 

− + σ

 ρ 

 

= ±

   

+  + α + α −   + − 

∑ (2.68)

Đối với loại áp kế pittông kiểu đơn giản và kiểu re-entrant:

( ) ( ) ( )

a i

i mi

f

c p c r

m 1 g xc

p p gh

A 1 ap 1 t t

 ρ 

− + σ

 ρ 

 

= ±

 

+  + α + α − 

∑ (2.69)

Trong đó: mi tương ứng khối lượng quả cân thứ i g gia tốc trọng trường tại nơi đó

ρa tương ứng tỷ trọng không khí, tại nhiệt độ áp suất độ ẩm thông dụng trong phòng thì nghiệm.

ρmi tỷ trọng quả quả cân thứ i

ρf tỷ trọng của dung dịch truyền áp suất

σSức căng bề mặt của dung dịch truyền áp suất c:Chu vi của pittông nơi mà nó nhúng vào dung dịch

A0 Diện tích hiệu dụng của bộ đôi pittông – xi lanh tại áp suất không αc và αp hệ số giãn nở nhiệt của vật liệu xi lanh và pittông

t: nhiệt độ của bộ đôi

tr nhiệt độ mà tại đó A0được tính đến pj áp suất trong khoang phụ khi làm việc

pz áp suất trong khoang phụ để khe hở giữa pittông và xilanh là được ngoại suy bằng không.

B: Hệ số thay đổi diện tích với áp suất trong khoang phụ ρfgh số hiệu chính chênh lệch mức áp suất

a mi

1 ρ 

 − ρ 

 : số hiệu chính lực đẩy không khí đối với quả cân

σc: Lực tác động vào pittông bởi sức căng bề mặt của dung dịch truyền áp

(1 + (αp + αc)(t – tr) Hệ số hiệu chính sự giãn nở nhiệt

(a + ap) : Sự thay đổi diện tích hiệu dụng với áp suất đó là số hiệu chính quan trọng nhất.

( z j)

1 b p p

 + − 

 : Số hiệu chính sự méo của xi lanh III.2.2 Xác định độ không đảm bảo tỷ lệ

Từ quan hệ của áp suất và các tham số: p = f(m, ρa, ρm, g, A0,…) ta tính ra các hệ số nhậy

1

1 P P x

∂

∂

Độ không đảm bảo tỷ lệ của áp kế

2 i i

dP 1 P dx

P P x

 ∂ 

= ∑ ∂  (2.70)

III.2.3 Ví dụ xác định độ không đảm bảo đo của áp kế pittông chuẩn đầu RUSKA - 2485

Áp kế pittông chuẩn RUSKA 2485 là chuẩn đầu áp suất tại trung tâm đo - lường với các thông số kỹ thuật chủ yếu:

- Phạm vi đo: (0,5 đến 1000) bar - Độ không đảm bảo đo: 4x10-5

- Diện tích hiệu dụng: 9,80976 x 10-6m2

Điều kiện môi trường áp dụng trong quá trình phân tích và đánh giá các độ không đảm bảo thành phần được quy định như sau:

Nhiệt độ môi trường : (23±3)0C và không được thay đổi quá 10C/giờ Độ ẩm tương đối: 60% ± 20%

Áp suất khí quyển môi trường xung quanh: 70 đến 110 kPa Độ ẩm đảm bảo phép đo khối lượng (M)

Khối lượng của áp kế pittông RUSKA 2485 được xác định bởi phòng Đo - lường Khối lượng Trung tâm Đo lường, sử dụng phương pháp thế để so sánh với khối lượng chuẩn cao. Khối lượng của các quả cân chính đi với áp kế RUSKA - 2485 trải tù 0,2kg đến 5 kg, một quả cân gram và miligram có độ phân dải 5mg.

Các quả cân của RUSKA - 2485 được xác định theo cùng một phương pháp, trên cùng một tiêu chuẩn, cùng một loại quả cân chuẩn. Cho nên độ không đảm bảo của khối lượng sẽ là tổng các độ không đảm bảo của từng quả cân riêng lẻ thay vì căn bậc hai tổng bình phương của chúng. Độ không đảm bảo khối lượng là 2,5ppm.

Loại không đảm bảo: loại B(tương đối) Loại hình phân bố: Phân bố chuẩn Độ không đảm bảo chuẩn: 2,5 ppm

Độ không đảm bảo của phép đo gia tốc trọng trường

Gia tốc trọng trường tại Trung tâm Đo lường (Hà Nội) tương ứng với vĩ độ 2103 và kinh độ 105048’: 9,78668927(m/s2) với độ không đảm bảo chuẩn là 4,5x10-

8 m/s2.

Loại độ không đảm bảo: loại B (tuyệt đối) Loại hình phân bố: phân bố chuẩn

Độ không đảm bảo chuẩn: 4,5 x 10-8m/s2+.

Độ không đảm bảo phép đo khối lượng riêng không khí (ρρρρρkk)

Khối lượng riêng của không khí chỉ là một tham số đóng góp phần rất nhỏ vào phép đo áp suất liên quản đến sức đẩy của không khí (xem công thức 2.60)m.

thông số nó được ước lượng vào cỡ 1,2 kg/m3. Độ không đảm bảo của phép đo đại lượng này vào khoảng 0,0029kg/m3.

Loại độ không đảm bảo: Loại B

Loại hình phân bố: phân bố hình chữ nhật Độ không đảm bảo chuẩn 0,0029kg/m3

Độ không đảm bảo của phép đo khối lượng riêng vật liệu chế tạo quả cân (ρvi)

Các quả cân của RUSKA - 2485 có khối lượng riêng vật liệu chế tạo quả cân (ρvi) bằng 8000 kg/m3 (theo thông báo của nhà sản xuất). Độ không đảm bảo của phép đo khối lượng 0,29kg/m2

Loại độ không đảm bảo: Loại B

Loại hình phân bố: phân bố hình chữ nhật Độ không đảm bảo chuẩn 0,29kg/m3

Độ không đảm bảo của phép đo sức căng bề mặt:

Sức căng bề mặt của chất lỏng dùng trong áp kế pittông RUSKA - 2485 khoảng 0,031 N/m. Độ không đảm bảo của phép vào cỡ 1,789 x 10-3N/m

Loại độ không đảm bảo: Loại B

Loại hình phân bố: phân bố hình chữ nhật Độ không đảm bảo chuẩn: 1,786 x 10-3N/m

Độ không đảm bảo của phép đo chu vi pittông (C)

Chu vi pittông trong trường hợp này thường được suy ra từ diện tích hiệu dụng và C = 1,11031 x 10-2 m, Độ không đảm bảo ước lượng cỡ 1 x 10-4 m.

Loại hình không đảm bảo: Loại B

Loại hình phân bố: Phân bố hình chữ nhật Độ không đảm bảo chuẩn: 1 x 10 -4m

Độ không đảm bảo của hệ số giãn nở nhiệt pittông và xilanh ααααα

Hệ số giản nở nhiệt của pittông và xylanh phụ thuộc vào vật liệu chế tạo pittông và xylanh. Theo thông báo của hãng sản xuất trị số của hệ số này vào cỡ 9,1 x 10-6 m2/m2/0C.

Loại độ không đảm bảo: Loại B

Loại hình phân bố: Phân bố hình chữ nhật Độ không đảm bảo chuẩn: 1 x 10-7m2/m2/0C

Độ không đảm bảo của diện tích hiệu dụng của pittông và xylanh Diện tích hiệu dụng của RUSKA - 2485 là 9,80976 x 10-6m2

Độ đảm bảo của tiết diện hiệu dụng 1,19 x 10-10m2 Loại độ không đảm bảo: Loại B

Loại hình phân bố: Phân bố chuẩn

Độ không đảm bảo chuẩn: 1,19 x 10-10m2

Độ không đảm bảo của hệ số giãn nở áp suất của pittông và xylanh λλλλλ Hệ số giãn nở áp suất của pittông và xylanh là 8,47 x 10-131/Pa

Loại độ không đảm bảo: Loại B Loại hình phân bố: Phân bố chuẩn Độ không đảm bảo chuẩn: 5 x 10-151/Pa

Độ không đảm bảo tổng thể của áp kế pittông RUSKA 2485 được ước - lượng theo công thức sau: (ở 1000 bar)

2 i i

dP 1 P

P P X dx

 ∂ 

= ∑ ∂ 

Bảng tính độ không đảm bảo thành phần và độ không đảm bảo tổng thể của RUSKA - 2485

Đại lượng (X) Giá trị đại lượng

Hệ số nhậy 1/ px p / X∂ ∂

Giá trị hệ số nhậy

dx1 1 p

p X

∂

∂

ρCL (kg/m3) 913 A0h/M 0 1,155 0

P(Pa) 100000000 λ 8,47E 13- 4000 1,15E 17-

M(kg) 10,245011 1/M 0,009975559 0,00025 6,22E 12- g(m/s2) 9,786591 1/g 0,012180627 4,50E 08- 2,11E 17- ρKK(kg/m3) 1,2 1/ρVL 0,000125 0,0002886751 1,03E 13- ρVL (kg/m3) 8000

2 KK/ VL

ρ ρ

1,875E 08- 0,288675135 2,93E 17-

γ (N/m) 0,031 C/gM 1,12123E 05- 1,786.10-3 4,01E 16- C(m) 1,11E 02- γ/gM 3,15986E 05- 0,0001 9,98E 18- α(0C) 9,10E 06- T- 23 1 1,00E 07- 1,00E 14-

T-23(0C) 1 α 9,10E 06- 0,1 8,28E 13-

A(m2) 9,81E 06- A-1 1,02E+05 1,19E 10- 1,47E 10- λ (1/Pa) 8,47E 13- P 1,00E+08 5,00E 115- 2,50E 13- h(m) 0 A0(ρCL-ρKK) 8,92268E 05- 0,0001 7,96E 17-

( )2

∑ 1,54E 10-

Độ không đảm bảo tổng thể của áp kế pittông RUSKA 2485 1,24E 05-

Từ kết quả trên cho thấy: độ không đảm bảo tổng thể của áp kế pittông RUSKA 2485 vào cỡ 12ppm. Đó cũng là khả năng đo tốt nhất hiện nay của phòng Đo lường Áp suất Trung tâm Đo lường Quốc gia.–

Kết luận chung:

Trong hiệu chuẩn áp kế pittong, việc xác định diện tích hiệu dụng là một nội dung chủ yếu, độ không đảm bảo đo của áp kế pittong phụ thuộc nhiều vào độ không đảm bảo đo của việc xác định diện tích hiệu dụng.

Phương pháp xác định diện tích hiệu dụng thông qua các thông số hình học của bộ đôi pittong xylanh là phương pháp duy nhất được áp dụng cho các chuẩn đầu áp suất và có thể áp dụng được cho các áp kế pittong chuẩn có cấp chính xác thấp hơn. Luận án đã tập trung nhiều vào việc nghiên cứu phương pháp xác định diện tích hiệu dụng

III.3 - Giới thiệu các phương pháp cân bằng thủy tĩnh

Việc hiệu chuẩn áp kế pittong bao gồm chủ yếu là việc xác định diện tích hiệu dụng của bộ đôi pittong xylanh bằng việc so sánh trực tiếp với một áp kế pittong khác, phương pháp tiến hành như sau:

Hai bộ đôi được nối đến một thiếu vị tạo áp chung như trong hình …, quá trình này thường được gọi là “crossfloating”. Khi mà tải trọng trên hai áp kế pittong được hiều chỉnh sao cho chúng ở trạng thái cân bằng, tỷ lệ tổng tải trọng của chúng tương ứng với tỷ lệ hai diện tích hiệu dung tại áp suất này. Việc xác lập điều kiện cân bằng như là một phần của quá trình đo. Độ nhậy và độ chính xác của kết quả đo sẽ liên quan đến kỹ thuật áp dụng để xác định trạng thái cân bằng. Đối với công việc yêu cầu độ chính xác cao thì cần thiết phải có van cách ly, tốt nhất là dạng thể tích không đổi, trên đường ống nối giữa hai bộ đôi, và phải có phương tiện quan sát sự chuyển động lên xuống và vị trí của mỗi pittong. Quá trình xác định điều kiện cân bằng là:

Với khối lượng tải trọng thích hợp trên mỗi bộ đôi để đạt được áp suất làm việc yêu cầu, van giữa hai bộ đôi sẽ đóng lại và tốc độ hạ tự nhiên của chúng được chú ý (có nghĩa là pittong hạ xuống nhanh bao nhiêu do sự rò rỉ dung dịch áp suất qua khe hở hình vành khăn giữa pittong và xylanh). Khi van giữa mở, điều chỉnh rất thận trọng cẩn thận tải trọng trên mỗi bộ đôi đến khi cả hai bộ đôi lại hạ xuống với tốc độ hạ tự nhiên của chúng: khi điều kiện này đạt được, hai bộ đôi pittong xylanh có thể được gọi là cân bằng, tại một mức chuẩn chung , chúng duy trì áp suất tác dụng chung.

Tại mức chuẩn chung, R áp suất tác dụng của cả hai bộ đôi cân bằng và khi điều kiện cân bằng đạt được là bằng nhau có nghĩa là p1 = p2

Vì: p1 = W1/A2 và p2 = W2/A2, khi p1=p2 nên W1/A1 = W2/A2 nghĩa là W1/W2 = A1/A2

Do đó, tỷ lệ của diện tích hiệu dụng sẽ bằn với tỷ lệ của tải trọn đã hiệu chỉnh. Tải trọng cần phải bao gồm số hiệu chỉnh mức dung dịch để đưa cả hai bộ đôi đến mức chuẩn chung, R

Diện tích hiệu dụng A1, A2 tương ứng của hai bộ đôi ở điều kiện thông thường của áp suất và nhiệt độ, từ công thức chúng ta có thể thấy rằng:

A1 = (A0,20)(1+a1p) ((1+ r1)(t1 – 20) và A

2= (A0,20)(1+a2p) ((1+ r2)(t2 – 20)

Do vậy W1/W2 = (A0,20)(1+a1p) ((1+ r1)(t1 – 20)/ (A0,20)(1+a2p) ((1+ r2)(t2 – 20) = Rp

Tỷ số Rp của diện tích hiệu dụng, tại áp suất thường và cùng một nhiệt độ chuẩn được cho bởi tỷ số của tải trọng cân bằng đã được hiệu chỉnh cho cả hai mức dung dịch h1 và h2 và sự thay đổi nhiệt độ trong bộ đôi pittong xylanh.

Đối với hầu hết sự so sánh và xác định diện tích hiệu dụng của bộ đôi được hiệu chuẩn thì thường đạt hiệu quả nhất bởi việc tính ra tỷ số hiệu chỉnh, Rp của tải trọng và kiểm tra sự phụ thuộc của nó và áp suất tác dụng.

Do đó, nếu như giá trị của Rp được tính tỷ lệ của lực, hiệu chỉnh so với nhiệt độ theo công thức và vẽ tương ứng áp suất tác dụng, kết quả thu được nằm trên một

đường thẳng hình…. Đường thẳng bị chặn, có nghĩa là giá trị của Rp khi p = 0 là Ro, độ dốc của đường thẳng (có nghĩa là sự thay đổi của tỷ lệ với áp suất tác dụng, dR/dP) sẽ phụ thuộc vào sự khác nhau giữa hai hệ số méo áp suất:

Bằng việc làm trơn đường thẳng đi qua các điểm dữ liệu, điểm chặn và độ dốc có thể đo được và giá trị của (A0,20) và ….có thể xác định (với giả thuyết là Ao,20 và … là giá trị chuẩn đã biết trước.

Nhận xét và đánh giá

Với độ lệch chuẩn của các giá trị trung bình đường kính càng nhỏ thì kết quả tính toán càng chính xác (độ không đảm bảo tỷ lệ nhỏ)

Cùng một bộ đôi nhưng giá trị diện tích hiệu dụng tính theo phương pháp trực tiếp thông qua các thông số hình học cho kết quả khác nhau do các số liệu đo khác nhau về độ không đảm bảo đo

Kết quả xác định diện tích hiệu dụng trực tiếp từ các thông số hình học của áp kế MIY 60 số 5421 có thể chấp nhận được, khoảng phân bố của kết quả hẹp hơn phương pháp cân bằng thủy tĩnh.

CHƯƠNG 4: ĐO THỰC NGHIỆM