کار مانومتر چیست؟

مانومتر یکی از دقیق‌ترین دستگاه‌ها برای اندازه‌گیری فشار در محدوده‌های پایین‌تر است. یکی از قدیمی ترین دستگاه های اندازه گیری فشار است که امروزه هنوز مورد استفاده قرار می‌گیرد. وسیله ای برای اندازه گیری فشار است. یک مانومتر ساده معمولی شامل یک لوله شیشه ای U شکل است که با مقداری مایع پر می‌شود. به طور معمول این مایع به دلیل چگالی بالا جیوه است.

یکی از اولین ابزارهای اندازه گیری فشار، به دلیل دقت ذاتی و سادگی کار، امروزه هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد. این مانومتر U-tube که یک لوله شیشه ای U شکل است که تا حدی با مایع پر می‌شود.

این مانومتر فاقد قطعات متحرک است و نیازی به کالیبراسیون ندارد. اندازه گیری های مانومتری تابع گرانش و چگالی مایع هستند، هر دو ویژگی فیزیکی که مانومتر لوله U را به یک استاندارد NIST برای دقت تبدیل می‌کند.

از آنجایی که مانومترها بسیار دقیق هستند، اغلب به عنوان استانداردهای کالیبراسیون استفاده می‌شوند.

مانومترها هم ابزار اندازه گیری فشار و هم استانداردهای کالیبراسیون هستند. آن ها از لوله های U ساده و چاه های پر از مایع تا ابزار دیجیتال قابل حمل با رابط کامپیوتری را شامل می‌شوند.

با قرار گرفتن هر پایه مانومتر U-tube در معرض جو، ارتفاع مایع در ستون ها برابر است. با استفاده از این نقطه به عنوان مرجع و اتصال هر پایه به فشار نامعلوم، اختلاف ارتفاع ستون نشان دهنده تفاوت فشارها است.

شکل 1. هنگامی که هر دو پایه یک مانومتر U-tube به اتمسفر باز هستند یا تحت فشار یکسانی قرار می‌گیرند، مایع در هر پایه همان سطح را حفظ می‌کند و مرجع صفر را ایجاد می‌کند.

شکل 2. با اعمال فشار بیشتر به سمت چپ مانومتر لوله U، مایع در پای چپ پایین می‌آید و در پای راست بالا می‌رود. مایع حرکت می‌کند تا زمانی که وزن واحد مایع، همانطور که با h نشان داده ایم، دقیقا فشار را متعادل کند.

رابطه اساسی برای فشار بیان شده توسط یک ستون مایع عبارت است از:

Δp = P2-P1 = ρgh

Δp = فشار دیفرانسیل

P1 = فشار در اتصال کم فشار

P2 = فشار در اتصال فشار بالا

ρ = چگالی سیال نشانگر (در دمای خاص)

g = شتاب گرانش (در عرض جغرافیایی و ارتفاع خاص)

h = اختلاف در ارتفاع ستون

فشار حاصل تفاوت بین نیروهای اعمال شده در واحد سطح ستون های مایع است که واحدهای آن پوند بر اینچ مربع (PSI) یا نیوتن بر متر مربع (پاسکال) است. مانومتر اغلب برای اندازه گیری فشار استفاده می‌شود که اختلاف ارتفاع ستون نیز یک واحد رایج است. این در اینچ یا سانتی متر آب یا جیوه در یک دمای خاص بیان می‌شود که می‌توان آن را به واحدهای استاندارد فشار با جدول تبدیل تغییر داد.

تمام اندازه گیری های فشار دیفرانسیل هستند. مرجع می‌تواند فشار مطلق صفر (یک خلاء کل)، فشار اتمسفر (فشار بارومتریک) یا فشار دیگری باشد. با باز بودن یک پایه مانومتر به جو (شکل 3A را ببینید)، فشار اندازه گیری شده فشاری است که از فشار اتمسفر فراتر می‌رود که در سطح دریا 14.7 PSI ،101.3 کیلو پاسکال یا 76 سانتی متر جیوه است.

 فشار گیج اندازه گیری نسبت به فشار اتمسفر است و با قرائت بارومتریک تغییر می‌کند. اندازه گیری فشار گیج زمانی مثبت است که فشار مجهول از فشار اتمسفر (A) بیشتر شود و زمانی که فشار مجهول کمتر از فشار اتمسفر (B) باشد منفی است.

این اندازه گیری را فشار گیج می‌نامیم و رابطه فشار مثبت بیان می‌شود با:

• فشار مطلق = فشار اتمسفر + فشار گیج مثبت 

برای اندازه گیری فشار منفی (خلاء)، ارتفاع ستون معکوس می‌شود و رابطه به صورت زیر بیان می‌شود:

• فشار مطلق = فشار اتمسفر + فشار گیج منفی 

نمایش گرافیکی فشار گیج مثبت و منفی جنبه دیفرانسیل تمام اندازه گیری های فشار را نشان می‌دهد که در آن فشار گیج تفاوت بین فشار مطلق و فشار اتمسفر است.

یک مانومتر می‌تواند برای اندازه گیری مستقیم فشار مطلق طراحی شود. مانومتر در شکل 5 فشار را در مقایسه با فشار مطلق صفر در یک پایه آب بندی شده بالای یک ستون جیوه اندازه گیری می‌کند. رایج ترین شکل این مانومتر فشارسنج معمولی جیوه ای است که برای اندازه گیری فشار اتمسفر استفاده می‌شود. تنها با یک اتصال، این پیکربندی می‌تواند فشارهای بالاتر و زیر فشار اتمسفر را اندازه گیری کند.

در یک مانومتر لوله مهر و موم، مرجع فشار یک خلاء یا فشار مطلق صفر است. رایج ترین نوع فشارسنج لوله مهر و موم فشارسنج معمولی جیوه ای است که برای اندازه گیری فشار اتمسفر استفاده می‌شود.

تغییرات در مانومتر U-Tube

فشار دیفرانسیل همیشه تفاوت در ارتفاع ستون است، صرف نظر از اندازه یا شکل لوله ها، همانطور که در شکل A نشان داده ایم، پایه های هر دو مانومتر به اتمسفر باز هستند و سیالات نشان دهنده در یک سطح هستند.

اتصال فشار یکسان به پای چپ هر مانومتر باعث کاهش سطح آن می‌شود. به دلیل تغییر حجم در پایه های مانومتر، سیال در هر ستون فاصله متفاوتی را طی می‌کند. با این حال، تفاوت بین سطوح سیال در هر دو مانومتر یکسان است B.

خوانش فشار همیشه تفاوت بین ارتفاع سیال بدون توجه به اندازه لوله است. با باز بودن هر دو پایه مانومتر به جو، سطح سیال یکسان است (A). با فشار مثبت یکسانی که به یک پایه از هر مانومتر اعمال می‌شود، سطوح سیال متفاوت است، اما فاصله بین ارتفاعات سیال یکسان است.

حمل این تغییر در اندازه لوله بیشتر مانومتر نوع چاه (یا مخزن) است. با اعمال فشار به چاه، سطح در مقایسه با افزایش سطح در ستون اندکی کاهش می‌یابد. با جبران درجه بندی های مقیاس ستون برای تصحیح افت چاه، می‌توان یک قرائت مستقیم فشار دیفرانسیل انجام داد.

در مقایسه با نوع U-tube دستورالعمل‌های اتصال بر روی مانومترهای نوع چاهی وجود دارد:

فشارهای بالاتر از اتمسفر را به چاه متصل کنید. فشارهای کمتر از اتمسفر را به لوله وصل کنید.

برای اندازه گیری های دیفرانسیل، فشار بالاتر را به چاه وصل کنید.

برای مانومترهای چاه بلند، از اتصال چاه می‌توان برای اندازه گیری گیج و خلاء استفاده کرد.

یکی از تغییرات مانومتر نوع چاهی، مانومتر لوله شیبدار (یا گیج کششی) در شکل 8 است. با یک لوله نشانگر مایل، 1 اینچ از یک خیز عمودی بر روی چندین اینچ از طول مقیاس کشیده شده است. مانومتر لوله شیبدار حساسیت و وضوح بهتری برای فشارهای پایین دارد.

در یک مانومتر نوع چاهی، سطح مقطع یک پایه (چاه) بسیار بزرگتر از پای دیگر است. هنگامی که فشار به چاه وارد می‌شود، مایع در مقایسه با افزایش سیال در پای دیگر فقط اندکی کاهش می‌یابد.

فشار کم و دیفرانسیل پایین بهتر با یک مانومتر لوله شیبدار کنترل می‌شوند، جایی که 1 اینچ از ارتفاع مایع عمودی را می‌توان تا 12 اینچ طول مقیاس کشید.

نشان دهنده مایعات

مانومترهای مایع فشار دیفرانسیل را با متعادل کردن وزن مایع بین دو فشار اندازه گیری می‌کنند. مایعات سبک مانند آب می‌توانند اختلاف فشار کوچک را اندازه گیری کنند. جیوه یا سایر مایعات سنگین برای اختلاف فشار زیاد استفاده می‌شود. برای یک سیال نشان دهنده 3 برابر سنگین تر از آب، محدوده اندازه گیری فشار 3 برابر بیشتر است، اما وضوح کاهش می‌یابد.

مایعات نشان دهنده می‌تواند آب رنگی، روغن، بنزن، برومید و جیوه خالص باشد. هنگام انتخاب یک سیال نشانگر، مشخصات وزن مخصوص، محدوده دمای عملیاتی، فشار بخار و نقطه اشتعال را بررسی کنید. خواص خورندگی، حلالیت و سمیت نیز ملاحظاتی هستند.

مانومترهای دیجیتال

مانومتر مایع محدودیت هایی دارد. لوله‌های شیشه‌ای، سیالات نشان‌دهنده، و الزامات نصب در سطح مناسب‌تر برای آزمایشگاه هستند تا میدان. همچنین، نمی توان آن را با کامپیوتر یا PLC متصل کرد. با مانومترهای دیجیتال می‌توان بر چنین محدودیت هایی غلبه کرد.

این ابزارهای مبتنی بر ریزپردازنده در اندازه‌های مناسب و قابل حمل برای سهولت استفاده در میدان، یا در سبک‌های نصب پانل یا مستقل، با خروجی‌هایی برای کنترل فرآیند یا انتقال داده‌های اندازه‌گیری در دسترس هستند.

تغییرات از شرایط استاندارد چگالی و گرانش باید به صورت دستی در هنگام اندازه گیری فشار با مانومتر مایع جبران شود. این کار با مانومترهای دیجیتال آسانتر است، زیرا برخی از فاکتورهای تصحیح مانومترهای مایع را می‌توان نادیده گرفت و برخی دیگر را می‌توان در نرم افزار جبران کرد

با دو پورت، تعویض سنسورها تنها چیزی است که برای تغییر در اندازه گیری های دیفرانسیل، گیج و فشار مطلق لازم است.

مانومترهای دیجیتالی با دقت بالاتر برای کالیبره کردن فرستنده‌های فشار و سایر ابزار دقیق فشار در میدان استفاده می‌شوند. کالیبراتورهای دیجیتال سریعتر و ساده تر هستند زیرا برای راه اندازی نیازی به جعبه، سیلندر گاز، رگولاتور یا وزنه ندارند و هیچ پلتفرم خاصی یا الزامات تسطیح حیاتی ندارند.

در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید.

اگر یک دوست، مشتری یا همکار دارید که بتواند از برخی از این اطلاعات استفاده کند؟ لطفاً این مقاله را به اشتراک بگذارید.