مانومتر چگونه کار می کنند

تعاریف فشار

مرور چند اصل اساسی که مربوط به فشار هستند مفید است. فشار اندازه گیری میزان نیرو (F) است که در واحد سطح اعمال می شود (A):

بنابراین واحد اندازه گیری فشار یک مقدار نیرو است که بر یک مقدار فاصله مربع تقسیم می شود. در واحدهای متریک ، واحد اندازه گیری فشار ، نیوتن / متر (2) است که به پاسکال (Pa) معروف است. سایر واحدهای اندازه گیری فشار معمول شامل پوند بر اینچ مربع (psi) ، میلی بار ، اتمسفر (اتمسفر) ، میلی متر جیوه (میلی متر جیوه) و اینچ آب (در H2O) است.

فشار را می توان از نظر سه دسته خاص نشان داد:

• فشار مطلق
• فشار سنج
• فشار دیفرانسیل

فشار مطلق مقدار فشاری را که نسبت به فشار صفر مطلق خلا اعمال می شود را اندازه گیری می کند. فشار گیج تفاوت ارائه شده بین مقدار فشار اندازه گیری شده و فشار جو محلی است (با توجه به فشار سنج تایر فکر کنید). فشار دیفرانسیل برای توصیف اندازه گیری استفاده می شود که تفاوت بین دو سطح فشار (ناشناخته) است ، جایی که فشار مرجعی مشخص نشده باشد ، اما اندازه گیری میزان فشار اختلاف این دو هنوز مهم است.
بنابراین ، فشار کل یا مطلق را می توان از نظر فشار سنج و فشار جو به شرح زیر تعریف کرد:

مانومتر را می توان به طور کلی به دو نوع اصلی ، مانومتر آنالوگ و مانومتر دیجیتال طبقه بندی کرد که در زیر به هر یک از آنها پرداخته می شود.

مانومترهای آنالوگ و نحوه عملکرد آنها

مانومترهای آنالوگ از مایعی استفاده می کنند که در یک لوله U شکل وجود دارد و با استفاده از اصل تعادل هیدرواستاتیک کار می کند. وقتی دو انتهای آن در برابر فشار اتمسفر باز باشد ، مایع درون لوله به همان اندازه در هر پایه لوله قرار می گیرد. اما اگر به یکی از پایه های لوله U شکل فشار مثبت وارد شود ، در این صورت سطح مایع در آن پا کاهش می یابد و در پای دیگر بالا می رود. زیرا فشار باعث می شود که مایع در یک پا بیفتد و در پای دیگر افزایش یابد تا جایی که وزن ستون مایع حاصل از فشار وارد شده برای مقابله با آن مقدار فشار کافی باشد. از این رو ، فاصله عمودی بین سطح مایع در دو پایه لوله نشان دهنده اندازه گیری فشار وارد شده است. از این انواع معمول فشار سنج آنالوگ ، فشار سنج U لوله ای یاد می شود. مقدار فشار (P) مشاهده شده تابعی از ارتفاع (h) و چگالی (ρ) سیال مورد استفاده در فشار سنج است ، مقدار (g) نشان دهنده ثابت گرانش است.

نوع دیگر مانومتر آنالوگ ، مانومتر نوع چاه است که گاهی اوقات به آن مانومتر مخزن گفته می شود. مانومتر نوع چاه مانند سبک لوله U است ، با این تفاوت که یکی از پایه های U دارای سطح مقطع است که بسیار بزرگتر از پایه دوم است. این آرایش منجر به حرکت کوچکتر سطح مایع در پایه بزرگتر هنگام قرار گرفتن در معرض فشار می شود ، در واقع امکان استفاده از یک مقیاس واحد برای خواندن مقدار فشار را فراهم می کند ، در مقایسه با دو مقیاس در سبک لوله U.

مانومتر شیب دار همانطور که از نام آن مشخص است با لوله ای طراحی شده است که به صورت عمودی نمی نشیند ، بلکه در یک زاویه کم نسبت به صفحه افقی قرار دارد. این طرح اجازه می دهد تا مقدار نسبتاً کمی تغییر فشار توسط دستگاه مشاهده شود ، بنابراین باعث افزایش حساسیت و وضوح می شود.

نوع دیگر مانومتر ، مانومتر مطلق نامیده می شود. در مانومترهای مطلق از یک پایه مهر و موم شده استفاده می شود که اجازه می دهد تنها یک پایه از لوله مانومتر در معرض فشار خارج قرار گیرد. در سمت مهر و موم شده ، یک شرایط خلا وجود دارد که نشان دهنده فشار صفر مطلق است که توسط یک ستون جیوه مهر و موم شده است. بنابراین مانومتر بیش از فشار سنج یا فشار دیفرانسیل ، فشار مطلق را اندازه گیری می کند. این نوع مانومتر می تواند به سبک سبک لوله U باشد که در بالا توضیح داده شد. فشارسنج های جیوه ای که فشار اتمسفر را اندازه می گیرند ، نمونه متداول فشار سنج مطلق هستند.

در مانومترهای آنالوگ از مایعات مختلفی استفاده می شود. مایعات معمولی در جدول 1 ، در زیر نشان داده شده است ، که گاهی اوقات به عنوان مایعات مانومتریک نامیده می شوند. با تغییر مایعات استفاده شده ، می توان دقت ، دامنه و حساسیت فشار سنج آنالوگ را تغییر داد. مایعات با تراکم بالاتر از آب دامنه های بالاتر اما تفکیک پذیری کمتری را ارائه می دهند. به همین ترتیب ، کاهش چگالی مایع مانومتری ، که به آن مایع علامت گذاری نیز گفته می شود ، دامنه فشار را کاهش می دهد اما حساسیت آن را افزایش می دهد.

جدول 1 – نمونه هایی از مایعات نشانگر برای استفاده در مانومتر

* وزن مخصوص نشان دهنده نسبت چگالی سیال نسبت به چگالی آب است.

مانومتر دیجیتال و نحوه عملکرد آنها

مانومترهای دیجیتال ، که به آنها فشار سنج الکترونیکی نیز می گویند ، برای تعیین فشار به تعادل هیدرواستاتیک مایعات اعتماد نمی کنند. در عوض ، آنها دارای مبدل فشار هستند ، وسیله ای که می تواند سطح فشار مشاهده شده را به سیگنال الکتریکی تبدیل کند که مقدار مشخصه آن متناسب با اندازه فشار یا پروکسی برای آن باشد. قسمت الاستیک مبدل تحت فشار منحرف می شود و سپس انحراف به مقدار پارامتر الکتریکی تبدیل می شود که می توان آن را تشخیص داد و به اندازه گیری فشار کالیبره کرد. مبدل های فشار معمولاً از یکی از سه نوع پارامترهای الکتریکی – مقاومتی ، خازنی یا القایی استفاده می کنند.

• مبدل های مقاومتی منجر به تغییر شکل مقاومت الکتریکی فشار سنج می شوند.
• مبدل های خازنی به تغییرات مقدار خازنی مشاهده شده در نتیجه تغییر شکل تغییر وضعیت نسبی دو صفحه خازن اعتماد می کنند.
• مبدل های القایی از تغییر شکل بخش الاستیک برای تغییر حرکت خطی یک هسته فرو مغناطیسی متصل شده درون یک سیم پیچ یا سلف استفاده می کنند. این حرکت EMF و جریان AC ناشی از سیم پیچ را تغییر می دهد.

برای انجام اندازه گیری در فشارهای بسیار کم ، انواع دیگری از سبک های مبدل فشار وجود دارد که شامل سنج Pirani ، مبدل نوع ترموکوپل و گیج یونیزاسیون است. به مانومترهای کم فشار میکرومانومتر نیز گفته می شود.

مانومترهای دیجیتال دارای مزایای بیشتری نسبت به مدل های آنالوگ هستند مانومتر دیجیتال:

• اندازه قابل حمل ، وزن کمتری دارند و نمایشگرهای آنها به راحتی قابل خواندن است.
• می تواند با کامپیوتر یا کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) رابط کند.
• به استفاده از مایعات مانومتری که بعضی از آنها (به عنوان مثال جیوه) می توانند سمی باشند ، اعتماد نکنید.
• مشکلی در رابطه با خصوصیات سیال وجود ندارد که می تواند بر دقت اندازه گیری ها تأثیر بگذارد.
• از طریق برنامه نویسی نرم افزاری می تواند انحراف از شرایط استاندارد را اصلاح کند.
• از آنجا که آنها یک استاندارد اولیه نیستند ، به کالیبراسیون دوره ای برخلاف استاندارد اولیه نیاز دارند.

اصلاحات خاصیت مایعات قابل استفاده در مانومتر

مانومترهای آنالوگ که به خواص مایعات متکی هستند ، نیاز به اصلاح دارند. چگالی مایعات با دما ثابت نیست و قدرت میدان گرانشی هم به عنوان تابعی از ارتفاع از سطح دریا و هم از عرض جغرافیایی متفاوت است. این حقایق استفاده از روش های اصلاحی و ضرورت ایجاد منابع استاندارد را الزامی می کند تا تعریفی از فشار بتواند ایجاد و مورد توافق قرار گیرد. 5 مرجع در زیر شامل توضیح کاملی از روش های اعمال شده در این اصلاحات است که فقط در اینجا بطور خلاصه ارائه می شود.

• اصلاح چگالی سیالات – این واقعیت را تنظیم می کند که چگالی سیال نشان دهنده با دما ثابت نباشد
• اصلاح برای میدان جاذبه – برای تغییر قدرت میدان گرانشی در یک ارتفاع و عرض جغرافیایی مشخص ، نسبت به مقدار آن در سطح دریا و 45.54oN عرض تنظیم می شود
• Correction for Pressure Head – برای دیفرانسیل بین تراکم ستون سیال و محیط فشار با همان ارتفاع تنظیم می شود
• تصحیح برای تغییرات مقیاس – این واقعیت را تنظیم می کند که درجه بندی های مقیاس مشخص شده به دلیل تغییر دمایی که فشارخوان انجام می شود ، فاصله جدایی آنها را تغییر می دهد (این به دلیل انبساط حرارتی / انقباض ماده ای است که مقیاس از آن است ساخته شده)
• تصحیح قابلیت انعطاف پذیری مایعات – این تصحیح عمدتا در فشارهای بالاتر که در آن چگالی مایع ممکن است به دلیل فشرده سازی مایع تغییر کند قابل استفاده است
• اصلاحات دیگر – این شامل جذب گاز توسط سیال است که می تواند چگالی آن را تغییر دهد ، و همچنین اثر مویرگی که بر نحوه تفسیر قرائت از مقیاس تأثیر می گذارد

نحوه استفاده از مانومتر

مانومتر در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می گیرد و می تواند فشار و میزان جریان را اندازه گیری کند. موارد استفاده معمول شامل:

• تعمیر و نگهداری سیستم های HVAC
• پایش شرایط هواشناسی و هواشناسی
• پایش فشار گاز در سیستم های لوله کشی
• اندازه گیری جریان مایعات
• اندازه گیری های فیزیولوژیکی مانند فشار خون
• نظارت بر عملکرد سیستم های کمپرسور