압력 측정

각기 다른 장단점을 가지고 압력을 측정하기 위해 많은 기기가 발명되었습니다. 압력 범위, 감도, 동적 응답 및 비용은 모두 기기 설계마다 몇 배 정도 다릅니다. 가장 오래된 유형은 1643 년 Evangelista Torricelli가 발명 한 액체 기둥 (수은으로 채워진 수직 튜브) 압력계입니다. U-Tube는 1661 년 Christiaan Huygens가 발명했습니다.

HydrostaticEdit

수은 컬럼 압력계와 같은 수압 게이지는 유체 컬럼의 바닥에서 단위 면적당 수압과 압력을 비교합니다. 정수압 게이지 측정은 측정되는 가스 유형과 무관하며 매우 선형적인 보정을 갖도록 설계 할 수 있습니다. 동적 응답이 좋지 않습니다.

PistonEdit

피스톤 형 게이지는 스프링 (예 : 비교적 정확도가 낮은 타이어 압력 게이지) 또는 견고한 중량으로 유체의 압력 균형을 맞 춥니 다. ,이 경우 Deadweight 테스터로 알려져 있으며 다른 게이지의 보정에 사용할 수 있습니다.

액체 컬럼 (압력계) 편집

액체 컬럼 게이지는 다음 컬럼으로 구성됩니다. 끝이 다른 압력에 노출 된 튜브의 액체. 기둥은 무게 (중력에 의해 가해지는 힘)가 튜브의 두 끝 사이의 압력 차이 (유체 압력으로 인해 가해지는 힘)와 평형을 이룰 때까지 상승하거나 하강합니다. 매우 간단한 버전은 액체가 반쯤 채워진 U 자형 튜브로, 한쪽은 관심 영역에 연결되고 기준 압력 (대기압 또는 진공 일 수 있음)이 다른쪽에 적용됩니다. 액체 레벨의 차이는 적용된 압력을 나타냅니다. 높이 h와 밀도 ρ의 유체 기둥에 의해 가해지는 압력은 정수압 방정식 P = hgρ에 의해 주어집니다. 따라서 U- 튜브 압력계에서 적용된 압력 Pa와 기준 압력 P0 사이의 압력 차이는 Pa − P0 = hgρ를 풀어 구할 수 있습니다. 즉, 액체 양 끝의 압력 (그림에서 파란색으로 표시됨)은 균형을 이루어야합니다 (액체가 정적이기 때문에). 따라서 Pa = P0 + hgρ입니다.

대부분의 액체에서 컬럼 측정에서 측정 결과는 일반적으로 mm, cm 또는 인치로 표현되는 높이 h입니다. h는 압력 헤드라고도합니다. 압력 헤드로 표현할 때 압력은 길이 단위로 지정되고 측정 유체를 지정해야합니다. 정확도가 중요한 경우 액체 밀도는 온도의 함수이므로 측정 유체의 온도도 마찬가지로 지정해야합니다. 예를 들어, 압력 수두는 각각 수은 또는 물을 마노 메트릭 유체로 사용한 측정에 대해 “742.2 mmHg”또는 “4.2 inH2O at 59 ° F”로 기록 될 수 있습니다. 이러한 측정 값에 “게이지”또는 “진공”이라는 단어가 추가되어 대기압보다 높거나 낮은 압력을 구분할 수 있습니다. 수은 mm와 물 인치는 모두 일반적인 압력 헤드로, 단위 변환과 위의 공식을 사용하여 SI 압력 단위로 변환 할 수 있습니다.

측정중인 유체가 상당히 밀도가 높은 경우 수압 보정이있을 수 있습니다. 압력계 작동 유체의 이동 표면과 압력 측정이 필요한 위치 사이의 높이에 대해 만들어 져야합니다. 단, 유체의 차압을 측정하는 경우 (예 : 오리피스 플레이트 또는 벤츄리를 가로 질러),이 경우 밀도 ρ는 측정중인 유체의 밀도를 빼서 수정해야합니다.

모든 유체를 사용할 수 있지만 높은 밀도 (13.534g / cm3)와 낮은 증기압 때문에 수은이 선호됩니다. 볼록한 초승달 모양은 유리를 적시는 데 따른 압력 오류가 없다는 것을 의미하기 때문에 유리하지만, 예외적으로 깨끗한 환경에서는 수은이 유리에 달라 붙고 기압계가 고착 될 수 있습니다 (수 은가 음의 절대 압력을 유지할 수 있음). 강한 진공. 낮은 압력 차이를 위해 경유 또는 물이 일반적으로 사용됩니다 (후자는 수위 게이지 및 밀리미터 H2O와 같은 측정 단위를 발생시킵니다). 액체 컬럼 압력 게이지는 고도로 선형적인 교정을 제공합니다. 컬럼의 유체가 압력 변화에 느리게 반응 할 수 있기 때문에 동적 반응이 좋지 않습니다.

진공을 측정 할 때 증기압이 너무 높으면 작동 액체가 증발하여 진공을 오염시킬 수 있습니다. 액체 압력을 측정 할 때 기체 또는 경유 체로 채워진 루프는 액체를 분리하여 혼합을 방지 할 수 있지만, 예를 들어 수은을 압력계 유체로 사용하여 다음과 같은 유체의 차압을 측정하는 경우에는 필요하지 않을 수 있습니다. 물. 간단한 정수압 게이지는 수 torr (수 100 Pa)에서 수 기압 (약 1000000 Pa)에 이르는 압력을 측정 할 수 있습니다.

단발 액체 기둥 압력계는 U- 튜브의 한쪽 대신 더 큰 저장소를 가지고 있으며 좁은 기둥 옆에 눈금이 있습니다. 컬럼은 액체 이동을 더욱 증폭하도록 기울일 수 있습니다. 용도 및 구조에 따라 다음과 같은 유형의 압력계가 사용됩니다.

1. 단순 압력계
2. 마이크로 압력계
3. 차압계
4. 반전 차압계

McLeod gaugeEdit

McLeod 게이지는 가스 샘플을 분리하고 압력이 수은 수 밀리미터가 될 때까지 수정 된 수은 압력계로 압축합니다. 이 기술은 매우 느리고 지속적인 모니터링에는 적합하지 않지만 정확도는 좋습니다. 다른 압력계 게이지와 달리 McLeod 게이지 판독 값은 가스 구성에 따라 달라집니다. 해석은 이상 기체로 압축되는 샘플에 의존하기 때문입니다. 압축 프로세스로 인해 McLeod 게이지는 펌프 오일, 수은 및 충분히 압축 된 경우 물과 같이 응축되는 비 이상적인 증기의 부분 압력을 완전히 무시합니다.

유용한 범위 : 약 10-4 Torr (대략 10−2 Pa)에서 10−6 Torr (0.1mPa)만큼 높은 진공을 유지하며,

0.1mPa는 현재 기술로 가능한 가장 낮은 압력 직접 측정입니다. 다른 진공 게이지는 더 낮은 압력을 측정 할 수 있지만 다른 압력 종속 속성을 측정하여 간접적으로 만 측정 할 수 있습니다. 이러한 간접 측정은 직접 측정 (대부분 McLeod 게이지)에 의해 SI 단위로 보정되어야합니다.

AneroidEdit

Aneroid 게이지는 아래에서 탄 성적으로 구부러지는 금속 압력 감지 요소를 기반으로합니다. 요소 전체에 걸친 압력 차이의 영향. “Aneroid”는 “유체 없음”을 의미하며 원래이 용어는 위에서 설명한 정수압 게이지와 이러한 게이지를 구별했습니다. 그러나 무액 계 게이지는 가스뿐만 아니라 액체의 압력을 측정하는 데 사용할 수 있으며 유체없이 작동 할 수있는 유일한 유형의 게이지는 아닙니다. 이러한 이유로 현대 언어에서는 기계 게이지라고도합니다. Aneroid 게이지는 열 및 이온화 게이지와 달리 측정되는 가스 유형에 의존하지 않으며 정수압 게이지보다 시스템을 오염시킬 가능성이 적습니다. 압력 감지 요소는 부르 동관, 다이어프램, 캡슐 또는 벨로우즈 세트 일 수 있으며, 이는 해당 영역의 압력에 반응하여 모양이 변경됩니다. 압력 감지 요소의 편향은 바늘에 연결된 링키지에 의해 판독되거나 보조 변환기에 의해 판독 될 수 있습니다. 최신 진공 게이지에서 가장 일반적인 2 차 변환기는 기계적 편향으로 인한 정전 용량의 변화를 측정합니다. 정전 용량의 변화에 의존하는 게이지를 정전 용량 압력계라고합니다.

Bourdon gaugeEdit

Bourdon 압력계는 가압시 평평한 튜브가 단면에서 곧게 펴지거나 원형 형태를 되 찾는 원리를 사용합니다. 이러한 단면 변화는 쉽게 작업 할 수있는 재료의 탄성 범위 내에서 적당한 응력을 포함하여 거의 눈에 띄지 않을 수 있습니다. 튜브를 C 자 또는 나선으로 형성하여 튜브 재질의 변형을 확대하여 전체 튜브가 가압됨에 따라 탄 성적으로 펴지거나 풀리는 경향이 있습니다. Eugène Bourdon은 1849 년 프랑스에서 게이지에 대한 특허를 받았으며 뛰어난 감도, 선형성 및 정확성으로 인해 널리 채택되었습니다. Edward Ashcroft는 1852 년 Bourdon의 미국 특허권을 매입하여 게이지의 주요 제조업체가되었습니다. 또한 1849 년 독일 Magdeburg에있는 Bernard Schaeffer는 성공적인 다이어프램 (아래 참조) 압력 게이지에 대한 특허를 획득했으며, 이는 부르 동 게이지와 함께 압력에 혁명을 일으켰습니다. 그러나 Bourdon의 특허가 만료 된 후 1875 년에 그의 회사 Schaeffer와 Budenberg는 Bourdon 튜브 게이지도 제조했습니다.

실제로는 평평한 얇은 벽, 폐쇄 형 튜브는 측정 할 유체 압력을 포함하는 고정 파이프에 속이 빈 끝에서 연결됩니다. 압력이 증가함에 따라 닫힌 끝이 호를 그리며 움직이고이 동작은 일반적으로 조정 가능한 연결 링크에 의해 기어 (a 세그먼트)의 회전으로 변환됩니다. 작은 직경의 피니언 기어가 포인터 샤프트에 있으므로 기어비에 의해 모션이 더욱 확대됩니다. 포인터 뒤의 표시기 카드 위치, 초기 포인터 샤프트 위치, 연결 길이 및 초기 위치는 모두 부르 동관 자체의 동작 변화에 대해 원하는 압력 범위를 표시하기 위해 포인터를 보정하는 수단을 제공합니다.서로 다른 두 개의 부르 동관이 연결되어있는 게이지로 차압을 측정 할 수 있습니다.

부르 동관은 절대 압력이 아닌 주변 대기압을 기준으로 게이지 압력을 측정합니다. 진공은 역 동작으로 감지됩니다. 일부 무액 기압계는 양쪽 끝이 닫힌 부르 동관을 사용합니다 (그러나 대부분은 다이어프램이나 캡슐을 사용합니다. 아래 참조). 게이지가 왕복 펌프 근처에있을 때와 같이 측정 된 압력이 빠르게 맥동 할 때, 연결 파이프의 오리피스 제한은 기어의 불필요한 마모를 방지하고 평균 판독 값을 제공하기 위해 자주 사용됩니다. 게이지 전체에 기계적 진동이 가해지면 포인터와 인디케이터 카드를 포함한 전체 케이스에 오일이나 글리세린을 채울 수 있습니다. 게이지 표면을 두드리는 것은 게이지가 처음에 제시 한 실제 판독 값을 위조하는 경향이 있으므로 권장하지 않습니다. 부르 동관은 게이지 표면과 분리되어 있으므로 실제 압력 판독에 영향을 미치지 않습니다. 일반적인 고품질 최신 게이지는 ± 2 %의 스팬 정확도를 제공하며 특수 고정밀 게이지는 전체 스케일의 0.1 %만큼 정확할 수 있습니다.

힘 균형 융합 석영 부르 동관 센서가 작동합니다. 같은 원리로 거울에서 빛의 광선을 반사하여 각도 변위를 감지하고 전류가 전자석에 적용되어 튜브의 힘의 균형을 맞추고 각도 변위를 0으로 되돌립니다. 코일이 측정으로 사용됩니다. 석영의 매우 안정적이고 반복 가능한 기계적 및 열적 특성과 거의 모든 물리적 움직임을 제거하는 힘 균형으로 인해이 센서는 전체 스케일의 약 1PPM까지 정확할 수 있습니다. 손으로 만들어야하는 극도로 미세한 용융 석영 구조로 인해 이러한 센서는 일반적으로 과학 및 교정 목적으로 제한됩니다.

다음 그림에서 그림에있는 압력 및 진공 게이지 조합의 투명한 커버 표면은 제거되고 메커니즘이 케이스에서 제거되었습니다. 이 특정 게이지는 자동차 진단에 사용되는 진공 및 압력 게이지 조합입니다.

• 다기관 진공을 측정하는 데 사용되는 얼굴의 왼쪽은 내부 눈금에서는 수은 센티미터, 외부 눈금에서는 수은 인치로 보정됩니다.
• The 얼굴의 오른쪽 부분은 연료 펌프 압력 또는 터보 부스트를 측정하는 데 사용되며 내부 눈금에서는 1kgf / cm2, 외부 눈금에서는 평방 인치당 파운드 단위로 보정됩니다.

기계적 세부 정보 수정

고정 부품 :

• A : 수신기 블록. 이것은 입구 파이프를 부르 동관 (1)의 고정 된 끝에 연결하고 섀시 플레이트 (B)를 고정합니다. 두 개의 구멍에는 케이스를 고정하는 나사가 있습니다.
• B : 섀시 플레이트. 얼굴 카드가 여기에 붙어 있습니다. 차축 용 베어링 구멍이 있습니다.
• C : 보조 섀시 플레이트. 축의 바깥 쪽 끝을지지합니다.
• D : 두 개의 섀시 플레이트를 결합하고 간격을 두는 기둥.

이동 부품 :

1. Bourdon 튜브의 고정 끝. 이것은 리시버 블록을 통해 입구 파이프와 통신합니다.
2. Bourdon 튜브의 이동 끝. 이 끝은 봉인되어 있습니다.
3. 피봇 및 피봇 핀
4. 피봇 핀을 연결하는 핀을 레버 (5)에 연결하여 조인트 회전을 허용합니다.
5. 레버, 섹터 기어 (7)
6. 섹터 기어 액슬 핀
7. 섹터 기어
8. 인디케이터 니들 액슬. 여기에는 섹터 기어 (7)와 맞 물리고 표시 바늘을 구동하기 위해면을 통해 연장되는 평 기어가 있습니다. 레버 암 링크 보스와 피벗 핀 사이의 거리가 짧고 섹터 기어의 유효 반경과 스퍼 기어의 반경 간의 차이로 인해 부르 동관의 모든 움직임이 크게 증폭됩니다. 튜브의 작은 움직임은 표시기 바늘의 큰 움직임을 가져옵니다.
9. 기어 래쉬와 히스테리시스를 제거하기 위해 기어 트레인을 미리로드하는 헤어 스프링

DiaphragmEdit

두 번째 유형의 무 액형 게이지는 압력이 다른 영역을 분리하는 유연한 멤브레인의 편향을 사용합니다. 변형의 양은 알려진 압력에 대해 반복 가능하므로 교정을 사용하여 압력을 결정할 수 있습니다. 얇은 다이어프램의 변형은 두면 사이의 압력 차이에 따라 달라집니다. 기준면을 대기에 개방하여 게이지 압력을 측정하거나, 두 번째 포트를 열어 차압을 측정하거나, 진공 또는 기타 고정 기준 압력에 대해 밀봉하여 절대 압력을 측정 할 수 있습니다. 변형은 기계적, 광학적 또는 용량 성 기술을 사용하여 측정 할 수 있습니다.세라믹 및 금속 다이어프램이 사용됩니다.

유용한 범위 : 10−2 Torr (대략 1 Pa) 이상

절대 측정의 경우 양쪽에 다이어프램이있는 용접 된 압력 캡슐이 자주 사용됩니다.

모양 :

• Flat
• Corrugated
• Flattened tube
• Capsule

BellowsEdit

작은 압력 또는 압력 차이를 감지하거나 절대 압력을 측정해야하는 게이지에서 기어 트레인과 바늘은 밀폐 된 벨로우즈 챔버 (무 액형)로 구동 될 수 있습니다. 액체”. (초기 기압계는 물이나 진공 상태로 떠있는 액체 금속 수은과 같은 액체 기둥을 사용했습니다.)이 벨로우즈 구성은 무액 기압계 (표시 바늘과 다이얼 카드가있는 기압계), 고도계, 고도 기록 기압계 및 고도에 사용됩니다. 날씨 풍선 라디오 존데에 사용되는 원격 측정 기기. 이러한 장치는 밀폐 된 챔버를 기준 압력으로 사용하며 외부 압력에 의해 구동됩니다. 대기 속도 표시기 및 상승률 표시기 (변량 계)와 같은 기타 민감한 항공기 기기는 무균실 내부와 외부 밀폐 실 모두에 연결되어 있습니다.

자기 결합 편집

이 게이지는 두 개의 자석의 인력을 사용하여 차압을 다이얼 포인터의 움직임으로 변환합니다. 차압이 증가하면 피스톤 또는 고무 다이어프램에 부착 된 자석이 움직입니다. 포인터에 부착 된 회전 자석이 함께 움직입니다. 다른 압력 범위를 만들기 위해 스프링 속도를 높이거나 낮출 수 있습니다.

스피닝 로터 게이지 편집

스피닝 로터 게이지는 회전하는 볼이 측정되는 가스의 점도. 볼은 강철로 만들어졌으며 한쪽 끝이 닫힌 강철 튜브 내부에 자기 부상을 입히고 다른 쪽 끝에서 측정 할 가스에 노출됩니다. 볼은 전자기 변환기에 의해 속도 (약 2500rad / s)로 올라가고 드라이브를 끈 후 속도가 측정됩니다. 기기의 범위는 10-5 ~ 102Pa (정확도가 낮고 103Pa)입니다. 2 차 표준으로 사용할 수있을만큼 정확하고 안정적입니다. 악기를 올바르게 사용하려면 약간의 기술과 지식이 필요합니다. 다양한 보정을 적용하고 사용하기 전에 5 시간 동안 의도 한 측정 압력보다 훨씬 낮은 압력에서 볼을 회전시켜야합니다. 높은 정확도가 요구되고 자격을 갖춘 기술자가있는 교정 및 연구 실험실에서 가장 유용합니다.