Nyomásmérés

Számos eszközt találtak ki a nyomás mérésére, különböző előnyökkel és hátrányokkal. A nyomástartomány, az érzékenység, a dinamikus reakció és a költség több nagyságrenddel változik az egyes műszerek kialakításától a másikig. A legrégebbi típus a folyadékoszlop (higanygal töltött függőleges cső) manométer, amelyet Evangelista Torricelli talált ki 1643-ban. Az U-csövet Christiaan Huygens találta ki 1661-ben.

HydrostaticEdit

A hidrosztatikus mérőeszközök (például a higanyoszlop-manométer) összehasonlítják a nyomást a folyadékoszlop tövében lévő egységnyi területre eső hidrosztatikai erővel. A hidrosztatikus szelvény mérései függetlenek a mérendő gáz típusától, és nagyon lineáris kalibrációra tervezhetők. Gyenge a dinamikus reakciójuk.

PistonEdit

A dugattyús típusú mérők rugóval (például viszonylag alacsony pontosságú gumiabroncs-nyomásmérővel) vagy szilárd tömeggel ellensúlyozzák a folyadék nyomását. , ebben az esetben holtteher-tesztelőként ismert és használható más mérők kalibrálásához.

Folyadékoszlop (manométer) Szerkesztés

A folyadékoszlop-mérők egy oszlopból állnak folyadék egy csőben, amelynek végei különböző nyomásoknak vannak kitéve. Az oszlop addig emelkedik vagy esik, amíg súlya (a gravitáció miatt kifejtett erő) egyensúlyban van a cső két vége közötti nyomáskülönbséggel (a folyadék nyomása miatt alkalmazott erő). Egy nagyon egyszerű változat egy U alakú cső, félig tele folyadékkal, amelynek egyik oldala csatlakozik a kérdéses területhez, míg a másikra a referencianyomást (amely lehet a légköri nyomás vagy a vákuum) alkalmazzák. A folyadékszint különbsége az alkalmazott nyomást jelenti. A h magasságú és ρ sűrűségű folyadékoszlop által kifejtett nyomást a hidrosztatikus nyomásegyenlet adja meg, P = hgρ. Ezért az alkalmazott Pa nyomás és a P0 referencianyomás közötti nyomáskülönbséget egy U-csöves manométerben a Pa – P0 = hgρ megoldásával lehet megtalálni. Más szóval, a folyadék egyik végén lévő nyomásnak (az ábrán kék színnel látható) kiegyensúlyozottnak kell lennie (mivel a folyadék statikus), és így Pa = P0 + hgρ.

A legtöbb folyadékban oszlopmérések, a mérés eredménye a h magasság, jellemzően mm-ben, cm-ben vagy hüvelykben kifejezve. A h nyomófejként is ismert. Ha nyomásfejként fejezik ki, akkor a nyomást hosszegységben kell megadni, és meg kell adni a mérőfolyadékot. Ha a pontosság kritikus, akkor a mérőfolyadék hőmérsékletét is meg kell adni, mivel a folyadék sűrűsége a hőmérséklet függvénye. Tehát például a nyomásfejet “742,2 Hgmm” vagy “4,2 inH2O 59 ° F-on” írhatjuk a higany vagy a víz mint manometrikus folyadék mérésére. A “mérőműszer” vagy “vákuum” szó hozzáadható egy ilyen méréshez a légköri nyomás feletti vagy alatti nyomás megkülönböztetéséhez. A higanymilliméter és a hüvelyk víz egyaránt közös nyomófej, amelyet egységnyomás-átalakítás és a fenti képletek segítségével SI nyomásegységekké alakíthatunk át.

Ha a mérendő folyadék jelentősen sűrű, akkor hidrosztatikus korrekciók lehetnek. a nyomásmérő munkaközegének mozgó felülete és a nyomásmérés helye közötti magasságra kell elvégezni, kivéve a folyadék nyomáskülönbségének mérésekor (például egy nyíláslemezen vagy a Venturi-csőben), amely esetben a sűrűség A ρ értékét a mért folyadék sűrűségének levonásával kell korrigálni.

Bár bármilyen folyadék használható, a higany előnyös a magas sűrűsége (13,534 g / cm3) és az alacsony gőznyomás miatt. A domború meniszkusza előnyös, mivel ez azt jelenti, hogy nem lesz nyomáshiba az üveg nedvesítésével, bár kivételesen tiszta körülmények között a higany ragaszkodik az üveghez, és a barométer beragadhat (a higany negatív abszolút nyomást képes fenntartani) még erős vákuum. Alacsony nyomáskülönbségek esetén általában könnyű olajat vagy vizet használnak (ez utóbbi olyan mértékegységeket eredményez, mint a hüvelykes vízmérő és a milliméter H2O). A folyadékoszlopos nyomásmérők kalibrálása rendkívül lineáris. Gyenge a dinamikus válaszuk, mert az oszlopban lévő folyadék lassan reagálhat a nyomás változására.

A vákuum mérésekor a munkafolyadék elpárologhat és szennyezheti a vákuumot, ha gőznyomása túl magas. A folyadéknyomás mérésekor egy gázzal vagy könnyű folyadékkal töltött hurok képes elkülöníteni a folyadékokat, hogy megakadályozza a keveredést, de ez szükségtelen lehet, például ha higanyot használnak manométerfolyadékként olyan folyadék nyomáskülönbségének mérésére, mint pl. víz. Az egyszerű hidrosztatikus mérőkkel néhány torr (néhány 100 Pa) és néhány atmoszférás (kb. 1000000 Pa) nyomás mérhető.

Az egy végtagú folyadékoszlopos manométer nagyobb tartályt tartalmaz az U-cső egyik oldala helyett, és a keskenyebb oszlop mellett van egy skála. Az oszlop hajlik a folyadék mozgásának további erősítésére. A felhasználás és a felépítés alapján a következő típusú manométereket használják

1. Egyszerű manométer
2. Mikromanométer
3. Differenciál manométer
4. Fordított differenciál manométer

McLeod gaugeEdit

Egy McLeod mérőeszköz elkülönít egy gázmintát és egy módosított higany manométerben összenyomja, amíg a nyomás néhány milliméter higany lesz. A technika nagyon lassú és nem alkalmas a folyamatos ellenőrzésre, de jó pontosságra képes. Más manométer-mérőktől eltérően a McLeod-mérő leolvasása a gáz összetételétől függ, mivel az értelmezés a minta tömörítésére, mint ideális gázra támaszkodik. A tömörítési folyamat miatt a McLeod mérőműszer teljesen figyelmen kívül hagyja a nem ideális gőzök részleges nyomását, amelyek kondenzálódnak, például szivattyúolajok, higany, és ha kellően összenyomva is, a víz.

Hasznos tartomány: 10–4 Torr körül (nagyjából 10−2 Pa) 10-6 Torr (0,1 mPa) magas vákuumig,

0,1 mPa a legalacsonyabb közvetlen nyomásmérés, amely a jelenlegi technológiával lehetséges. Más vákuummérők képesek mérni az alacsonyabb nyomásokat, de csak közvetetten, más nyomásfüggő tulajdonságok mérésével. Ezeket a közvetett méréseket közvetlen méréssel, leggyakrabban McLeod-mérővel kell SI-egységekre kalibrálni.

AneroidEdit

Az aneroid mérők egy fémes nyomásérzékelő elemen alapulnak, amely rugalmasan hajlik az alatta. a nyomáskülönbség hatása az elemen. Az “aneroid” jelentése “folyadék nélkül”, és a kifejezés eredetileg megkülönböztette ezeket a műszereket a fent leírt hidrosztatikus mérőktől. Az aneroid mérőkkel azonban meg lehet mérni a folyadék és a gáz nyomását, és nem csak ezek a mérőeszközök működhetnek folyadék nélkül. Emiatt a modern nyelvben gyakran mechanikus műszereknek nevezik őket. Az aneroid mérők nem függnek a mérendő gáz típusától, ellentétben a hő- és ionizációs mérőkkel, és kevésbé valószínű, hogy szennyezik a rendszert, mint a hidrosztatikus mérők. A nyomásérzékelő elem lehet egy Bourdon-cső, egy membrán, egy kapszula vagy egy fújtató készlet, amelyek alakot váltanak a kérdéses régió nyomására reagálva. A nyomásérzékelő elem lehajlását leolvashatja a tűhöz csatlakoztatott kötés, vagy pedig egy másodlagos jelátalakító. A modern vákuummérők leggyakoribb másodlagos átalakítói a mechanikai elhajlás miatti kapacitásváltozást mérik. A kapacitás változására támaszkodó mérőeszközöket gyakran kapacitásmanométereknek nevezik.

Bourdon gaugeEdit

A Bourdon nyomásmérő azt az elvet alkalmazza, hogy egy lapított cső nyomás alatt hajlamos keresztmetszetben kiegyenesedni vagy visszanyerni kör alakját. Ez a keresztmetszeti változás alig észrevehető, mérsékelt feszültségekkel jár a könnyen megmunkálható anyagok rugalmas tartományában. A cső anyagának megerőltetése megnövekszik azáltal, hogy a csövet C alakúra vagy akár spirálra formálja, úgy, hogy az egész cső nyomás alatt hajlamos kiegyenesedni vagy rugalmasan tekerni. Eugène Bourdon 1849-ben Franciaországban szabadalmaztatta műszerét, amelyet rendkívüli érzékenysége, linearitása és pontossága miatt széles körben elfogadottak; Edward Ashcroft 1852-ben megvásárolta Bourdon amerikai szabadalmi jogait, és a mérőeszközök fő gyártója lett. 1849-ben Bernard Schaeffer a németországi Magdeburgban szabadalmaztatta a sikeres membrán (lásd alább) nyomásmérőt, amely a Bourdon mérővel együtt forradalmasította a nyomást mérés az iparban. De 1875-ben Bourdon szabadalmainak lejárta után Schaeffer és Budenberg cége is gyártott Bourdon csőmérőket.

A gyakorlatban egy lapított vékony falú, zárt végű cső az üreges végén egy rögzített csőhöz van csatlakoztatva, amely tartalmazza a mérendő folyadék nyomását. A nyomás növekedésével a zárt vég ívben mozog, és ezt a mozgást egy általában az állítható összekötő összeköttetés kapcsolja át egy (a) szegmens forgatásává. Kis átmérőjű fogaskerék-hajtómű található a mutató tengelyén, így a mozgást tovább növeli az áttétel. Az indikátor kártya pozícionálása a mutató mögé, a mutató kezdeti tengelyének helyzete, a függesztés hossza és a kiindulási helyzet mind olyan eszközt biztosítanak, amely kalibrálja a mutatót, hogy jelezze a kívánt nyomástartományt a Bourdon cső viselkedésének változásaihoz.A nyomáskülönbséget két különböző Bourdon-csövet tartalmazó mérőeszközökkel lehet mérni, összekötő összeköttetésekkel.

A Bourdon-csövek mérik a nyomásnyomást a környezeti légköri nyomáshoz képest, az abszolút nyomással szemben; a vákuumot fordított mozgásként érzékelik. Néhány aneroid barométer mindkét végén zárt Bourdon-csöveket használ (de a legtöbb membránt vagy kapszulát használ, lásd alább). Amikor a mért nyomás gyorsan pulzál, például amikor a mérőmű egy dugattyús szivattyú közelében van, gyakran használják a csatlakozócsőben egy nyíláskorlátozást, hogy elkerüljék a fogaskerekek felesleges kopását és átlagos leolvasást biztosítsanak; amikor az egész nyomtávot mechanikai rezgés éri, az egész tok, beleértve a mutatót és az indikátorkártyát is, megtölthető olajjal vagy glicerinnel. A mérőeszköz felületének megütése nem ajánlott, mivel ez hajlamos meghamisítani a mérő által eredetileg bemutatott tényleges értékeket. A Bourdon cső el van választva a műszer homlokzatától, és így nincs hatása a nyomás tényleges leolvasására. A tipikus, kiváló minőségű modern mérőeszközök ± 2% -os pontosságot biztosítanak, és egy speciális, nagy pontosságú mérőeszköz a teljes skála 0,1% -áig is pontos lehet.

Erő-kiegyensúlyozott olvasztott kvarcbourdon-csőérzékelők működnek ugyanezen elv alapján, de a tükör fénysugárának visszaverődésével érzékeli a szögeltolódást és az elektromágnesekre adott áramot, hogy kiegyenlítse a cső erejét és a szögeltolódást nullára állítsa, a tekercseket használunk mérésként. A kvarc rendkívül stabil és megismételhető mechanikai és termikus tulajdonságai, valamint az erőegyensúlyozás miatt, amely szinte minden fizikai mozgást kiküszöböl, ezek az érzékelők a teljes skála 1 PPM körüli pontosságra képesek. A kézzel készített rendkívül finom olvasztott kvarcszerkezetek miatt ezek az érzékelők általában tudományos és kalibrációs célokra korlátozódnak. eltávolították és a mechanizmust eltávolították a tokból. Ez a mérő egy kombinált vákuum- és nyomásmérő, amelyet autóipari diagnosztikához használnak:

• A sokoldali vákuum mérésére használt arc bal oldalát higanycentiméterekben kell kalibrálni a belső skálán és hüvelykekben a külső skálán.
• az arc jobb részét az üzemanyag-szivattyú nyomásának vagy a turbófeltöltőjének mérésére használják, és 1 kgf / cm2 töredékekkel kalibrálják belső skáláján és font / négyzet hüvelyk a külső skálán.

Mechanikus részletekSzerkesztés

Helyhez kötött alkatrészek:

• A: Vevőblokk. Ez összeköti a bemeneti csövet a Bourdon cső (1) rögzített végével és rögzíti az alvázlemezt (B). A két lyuk befogja a tokot rögzítő csavarokat.
• B: alvázlemez. Ehhez csatolják az arckártyát. A tengelyekhez csapágyfuratokat tartalmaz.
• C: Másodlagos alvázlemez. Támogatja a tengelyek külső végeit.
• D: Oszlopok a két alvázlemez összeillesztésére és elhelyezésére.

Mozgó alkatrészek:

1. A Bourdon-cső álló vége. Ez a vevőblokkon keresztül kommunikál a bemeneti csővel.
2. A Bourdon-cső mozgó vége. Ez a vég lezárva van.
3. Csukló és forgócsap
4. Csatlakoztassa az összekötő csapot a csapokkal ellátott karhoz (5) az ízületek forgásának lehetővé tételéhez.
5. Kar, a az ágazati fogaskerék (7)
6. Ágazati fogaskerék tengelycsapja
7. Ágazati fogaskerék
8. Jelzőtengely. Ez olyan sarkantyúval rendelkezik, amely bekapcsolja az ágazati fogaskereket (7), és az arcon átnyúlik az indikátortű meghajtásához. Az emelőkar és az elfordítócsap közötti rövid távolság, valamint a szektor és a sarkantyú tényleges sugara közötti különbség miatt a Bourdon cső bármilyen mozgása nagymértékben felerősödik. A cső kicsi mozgása a jelzőtű nagy mozgását eredményezi.
9. Hajrugó a hajtómű előterheléséhez a fogaskerék és a hiszterézis kiküszöbölésére

DiaphragmEdit

Az aneroid mérőeszközök második típusa egy rugalmas membrán elhajlását használja, amely elválasztja a különböző nyomású régiókat. Az elhajlás mértéke ismert nyomások esetén megismételhető, így a nyomást kalibrálással lehet meghatározni. A vékony membrán deformációja a két oldala közötti nyomáskülönbségtől függ. A referenciafelület nyitott lehet az atmoszférára a nyomás mérésére, nyitott egy második nyílásra a nyomáskülönbség mérésére, vagy lezárható vákuum vagy más rögzített referencianyomás ellen az abszolút nyomás mérésére. A deformáció mechanikai, optikai vagy kapacitív technikákkal mérhető.Kerámia és fém membránokat használnak.

Hasznos tartomány: 10−2 Torr felett (nagyjából 1 Pa)

Az abszolút mérésekhez gyakran hegesztett nyomókapszulákat használnak, mindkét oldalon membránokkal.

alakja:

• lapos
• hullámos
• lapított cső
• kapszula

BellowsEdit

Kis nyomások vagy nyomáskülönbségek érzékelésére, vagy abszolút nyomás mérését igénylő mérőműszereken a hajtóművet és a tűt egy zárt és lezárt fújtató-kamra, úgynevezett aneroid vezetheti, ami “anélküli” folyékony”. (A korai barométerek folyadékoszlopot használtak, például vizet vagy vákuumban szuszpendált folyékony fémhiganyot.) Ezt a fújtató konfigurációt aneroid barométerekben (jelzőtűvel és tárcsás kártyával ellátott barométerekben), magasságmérőkben, magasságmérő barográfokban és a magasságban használják. időjárási ballon rádiószondákban használt telemetriai műszerek. Ezek az eszközök a lezárt kamrát használják referencianyomásként, és a külső nyomás vezérli őket. Egyéb érzékeny repülőgép-műszerek, mint például a légsebesség-jelzők és az emelkedési sebesség-mutatók (variométerek), mind az aneroid kamra belső részéhez, mind a külső zárókamrához csatlakoznak.

Magnetic couplingEdit

Ezek a mérők két mágnes vonzerejét használják arra, hogy a nyomáskülönbséget egy tárcsa mutató mozgásává alakítsák. A nyomáskülönbség növekedésével a dugattyúhoz vagy a gumimembránhoz rögzített mágnes mozog. A mutatóhoz rögzített rotációs mágnes ezután egységesen mozog. Különböző nyomástartományok létrehozása érdekében a rugósebesség növelhető vagy csökkenthető. a mérendő gáz viszkozitása. A golyó acélból készül, és az egyik végén zárt acélcső belsejében mágnesesen lebeg, a másikon pedig a mérendő gáznak van kitéve. A labdát elektromágneses átalakítókkal hozzák fel sebességre (kb. 2500 rad / s), és a hajtás kikapcsolása után mért sebességet. A műszer hatótávolsága 10–5 – 102 Pa (103 Pa kisebb pontossággal). Elég pontos és stabil ahhoz, hogy másodlagos szabványként használható legyen. A hangszer helyes használatához némi készségre és tudásra van szükség. Különböző korrekciókat kell végrehajtani, és a golyót a felhasználás előtt öt órán át a tervezett mérési nyomásnál jóval alacsonyabb nyomáson kell pörgetni. A leghasznosabb azokban a kalibráló és kutató laboratóriumokban, ahol nagy pontosságra van szükség és szakképzett szakemberek állnak rendelkezésre