ADVERTISEMENTS:
List of Pressure Measuring Devices. Ja laitteet ovat: 1. Barometri 2.Piezometri eli paineputki 3. Manometrit 4. Bourdon-mittari 5. Kalvopainemittari 6. Mikromanometri (U-putki, jossa on suurennetut päät) .
1. Barometri:
Barometri on laite, joka on tarkoitettu paikallisen ilmanpaineen mittaamiseen. Kuvassa 2.18 on elohopeabarometri, joka koostuu yhdestä metrin pituisesta lasiputkesta, joka on suljettu toisesta päästä ja täytetty kokonaan elohopealla ja jota pidetään ylösalaisin elohopea-astiassa. Pieni määrä elohopeaa putoaa astiaan, jolloin putken yläpäähän muodostuu tyhjiö.
Kulhossa olevan elohopean pintaan vaikuttava ilmanpaine tukee elohopeapylvästä putkessa. Olkoon h putkessa olevan elohopeapatsaan korkeus mitattuna kulhossa olevan elohopean pinnan yläpuolelta.
VAROITUKSET:
Olkoon Pa ilmakehän paineen voimakkuus
Elohopeapatsaan korkeus merenpinnan tasolla, on noin 760 mm elohopeaa.
LÄHTEET:
Atmosfäärin painekorkeus merenpinnan tasolla = 760 mm elohopeaa.
Putkessa elohopean yläpuolella oleva tila sisältää elohopeahöyryjä.
Tätä tilaa kutsutaan Torricellin tyhjiöksi.
Huomautus:
HAVAINNOT:
Hopea soveltuu erinomaisesti käytettäväksi ilmapuntarissa suuren tiheytensä (tarvitsee siis vain lyhyen putken) ja hyvin alhaisen höyrynpaineensa vuoksi.
Paikan korkeus ja sääolosuhteet vaikuttavat barometrin lukemaan. Paikalla mitattu barometrin lukema kertoo vain paikallisen ilmanpaineen.
Kansainvälinen standardiilmakehän paine on 101,325 kPa, joka vastaa 10,325 m vettä tai 760 mm elohopeaa.
i. Aneroidi-barometri:
Tämä laite koostuu osittain evakuoidusta aaltopahvilaatikosta, jota vahva jousi estää romahtamasta. Painevaihtelut aiheuttavat laatikon etuosan muodonmuutoksen sisäänpäin tai ulospäin siten, että jousen veto vastustaa juuri ja juuri ilmakehän paineesta johtuvaa voimaa.
Nämä pienet siirtymät vahvistuvat ja liikuttavat kalibroidun asteikon päällä olevaa osoitinta.
ii. Sifonibarometri:
Tätä laitetta käytetään kätevästi kotitalousbarometrina. Tämä laite koostuu lasiputkesta, joka on taivutettu alaosastaan U-putkeksi. U-putken avoin pää on suurennettu. Tämä laajentunut osa korvaa tavallisen barometrin kulhon tai säiliön. Pienipainoinen rautalohko tukeutuu elohopeapintaan osittain elohopean työnnön ja osittain vastapainon avulla.
Rautalohko ja vastapaino on liitetty toisiinsa hihnapyörän yli vedetyllä narulla. Ilmanpaineen vaihtelu saa aikaan elohopeapinnan nousun ja laskun U-putken avoimessa päässä, mikä puolestaan saa hihnapyörän pyörimään jonkin kulman verran. Hihnapyörään kiinnitetty osoitin liikkuu pyöreällä asteikolla, josta voidaan lukea ilmanpaine.
2. Piezometri eli paineputki:
Piezometriä käytetään mittaamaan putken missä tahansa kohdassa virtaavan nesteen staattista painekorkeutta. Se koostuu putkesta, jonka avoin alapää on asennettu putken sisäseinän tasalle. Putken toinen pää on alttiina ilmakehälle. Kuvissa 2.21 ja 2.22 esitetyssä järjestelyssä korkeus h, johon neste nousee putkessa, vastaa painekorkeutta tasolla A, jossa putki on liitetty putkeen.
Pietsometri voidaan myös muotoilla ja liittää putkeen siten, että paineenkorkeus putken keskipisteen tasolla saadaan suoraan.
Pietsometrin rajoitukset:
Pietsometrin käytössä on rajoituksia seuraavista syistä:
(i) Suurten paineiden mittaaminen on hyvin vaikeaa tai epäkäytännöllistä. Erityisesti nesteillä, joiden ominaispaino on alhainen, nestepatsaan korkeus pietsometrissä on epämiellyttävän suuri, mikä edellyttää hyvin pitkää pietsometriputkea.
(ii) Piezometri ei voi toimia negatiivisessa ylipaineessa, koska ilma virtaa säiliöön putken läpi.
(iii) Kapillaarivirheitä syntyy todennäköisesti, kun putkien halkaisija on 10 mm tai pienempi.
(iv) Paineen nopeita muutoksia, joita voi tapahtua jatkuvasti, ei voida mitata tehokkaasti. Tämä johtuu siitä, että pietsometrin tason muutos jää jälkeen vastaavasta nopeasta paineen muutoksesta.
Piezometriputki voi olla kuvassa 2.23 esitetyn muotoinen pienten negatiivisten ylipaineiden mittaamista varten. Tässä järjestelyssä putkessa olevan nesteen vapaa pinta on alemmalla tasolla kuin taso A sen säiliön sisällä, jossa paine halutaan mitata. Jos vapaan nesteen pinta putkessa on h yksikköä A:n alapuolella, painekorkeus tasolla A
= ha = – Sh yksikköä veden pituutta,
missä, S – nesteen ominaispaino.
3. Manometrit:
i. U-putkimanometri (Kaksoispylväsmanometri):
Manometrit ovat painemittareita, joissa käytetään eri nesteiden pylväitä. Nestettä, jonka paine halutaan määrittää, kutsutaan mitattavaksi nesteeksi, kun taas toista nestettä kutsutaan manometrin nesteeksi. Manometrinesteen tiheys voi olla suurempi tai pienempi kuin mitattavan nesteen tiheys. Näitä laitteita voidaan käyttää sekä nesteiden että kaasujen paineiden mittaamiseen. Manometreissä on U-muotoiset liitäntäputket, jotka sisältävät eri nesteitä.
Manometrissä, kun laitteen toinen haara on auki ilmakehään, se rekisteröi toiseen haaraan liitetyn lähteen paineen. Kun molemmat raajat on kytketty painelähteisiin, manometri rekisteröi kahden painelähteen välisen paine-eron. Näin ollen näitä manometrejä kutsutaan yksinkertaiseksi manometriksi ja differentiaaliseksi manometriksi.
Putkessa olevan nesteen paine voidaan mitata käyttämällä lasista U-putkea, joka sisältää raskaampaa nestettä, joka ei sekoitu putkessa olevan nesteen kanssa.
Esitetään, että putkessa on vettä ja mittausnesteenä käytetään elohopeaa. Olkoon taso EF kahden nesteen kosketuspinnan mukainen. Olkoon X putken keskipiste.
ii. Käännetyn U-putken manometri:
Joskus manometrissä käytetään kevyempää nestettä. Tällöin käytetään käänteismanometriä (kuva 2.39).
Putkissa A ja B on nesteitä, joiden ominaispaino on Sa ja Sb. Käännetyssä manometrissä on nestettä, jonka ominaispaino on S. Tällaisessa järjestelyssä pienetkin paine-erot A:n ja B:n välillä aiheuttavat suuria manometrin nesteen taipumia. Näin ollen mittaukset voidaan tehdä tarkasti. Olkoon w = veden ominaispaino.
∴ Nesteen ominaispaino A:ssa ja B:ssä on vastaavasti Saw ja Sbw.
Negatiivisen tai imupaineen mittaaminen:
Kuvassa 2.43 on putki A, joka sisältää vettä paineella Pa. Putki on liitetty U-putkeen, joka sisältää raskasta nestettä, jonka ominaispaino on S. (Mittausnesteenä käytetään yleensä elohopeaa). Kuvassa 2.43 esitetään mittausnesteen pintojen tasot. Olkoon y manometrin lukema. Olkoon mittausnesteen yläpinta h yksikköä putken keskipisteen alapuolella.
iii. Herkät manometrit:
Pylväsmanometri:
Kuvassa 2.55 esitetty yksipylväsmanometri on tavallisen U-putkimanometrin muunnettu muoto. Tässäkin manometrissa on kaksi haaraa, joista toinen on tehty pinta-alaltaan hyvin suureksi verrattuna toiseen. Suuremman raajan (jota kutsutaan myös altaaksi) pinta-ala voidaan tehdä 100 kertaa suuremmaksi kuin toisen raajan pinta-ala. Manometri sisältää raskasta nestettä, kuten elohopeaa. Putki, josta paine halutaan määrittää, liitetään suurempaan haaraan.
Jokainen paineen muutos putkessa saa aikaan vain hyvin pienen muutoksen manometrin nestepinnan tasossa altaassa. Tämä tason muutos voidaan jättää huomiotta. Näin ollen on otettava lukema vain kapeasta putkesta. Koska altaan nestepintaa vastaavaa lukemaa ei tarvitse ottaa, sitä ei tarvitse tehdä läpinäkyväksi. Yleensä se tehdään raudasta. Toinen osa eli kapea putki voi olla pystysuora tai kalteva, jotta se olisi herkempi.
Määrä XX on manometrin nestetaso altaassa ja kapeassa putkessa, kun manometriä ei ole liitetty putkeen. Olkoon sen jälkeen, kun putki on liitetty manometriin, manometrin nestetason lasku altaassa ∆h1.
Olkoon h2 = manometrin nestetason nousu kapeassa haarassa.
h1 = Putken keskipisteen korkeus XX:n yläpuolella.
A = altaan poikkipinta-ala.
a = Kapean haaran poikkipinta-ala.
S = Putkessa olevan nesteen ominaispaino.
Sm = Manometrissä olevan nesteen ominaispaino.
S’ = Manometrissä olevan nesteen ominaispaino suhteessa putkessa olevaan nesteeseen.
iv. Kalteva putkimanometri:
Tämä on parannus yksipylväsmanometriin. Tässä tapauksessa manometrin putki on tehty kallistetuksi, jotta se olisi herkempi. Kuvassa 2.56 esitetään tämäntyyppinen manometri. Tällöin raskaan nesteen siirtymä kapeassa putkessa on suhteellisesti suurempi, joten lukemat voidaan ottaa tarkemmin.
4. Bourdon-mittari:
Tämä laite koostuu metallisesta, poikkileikkaukseltaan ellipsinmuotoisesta putkesta, joka on suljettu toisesta päästä A ja jonka toinen pää B on asennettu mittarin pisteeseen, josta paine mitataan. Kun neste tulee putkeen, putki pyrkii suoristumaan.
Käyttämällä hammaspyörä-sektorijärjestelyä putken pieni kimmoinen muodonmuutos välittyy vahvistettuna osoittimeen. Osoitin liikkuu asteikolla. Laite kalibroidaan altistamalla se erilaisille tunnetuille paineille.
Bourdon-mittari soveltuu paitsi korkeiden paineiden, kuten höyrykattilan tai vesijohdon paineiden, myös alipaineiden tai tyhjiöpaineiden mittaamiseen. Mittaria, joka on suunniteltu mittaamaan sekä positiivisia että negatiivisia paineita, kutsutaan yhdistelmämittariksi.
5. Kalvopainemittari:
Tämä laite perustuu samaan periaatteeseen kuin Bourdon-mittari. Tässä tapauksessa Bourdon-putken sijasta on aallotettu kalvo. Kun laite asennetaan mihin tahansa mittapisteeseen, kalvo muuttuu elastisesti.
Tämä muodonmuutos välittyy osoittimeen, joka liikkuu painetta osoittavalla asteikolla. On huomattava, että tämä laite toimii samalla periaatteella kuin aneroidibarometri. Tämän laitteen on todettu soveltuvan suhteellisen matalien paineiden mittaamiseen.
6. Mikromanometri (U-putki, jossa on suurennetut päät):
U-putkimittarin herkkyyden lisäämiseksi siinä on kuvan 2.59 mukaiset suurennetut päät. Tällaista järjestelyä kutsutaan mikromanometriksi. Tässä laitteessa käytetään kahta sekoittumatonta manometrinestettä. Olkoon s1 ja s2 kahden manometrinesteen ominaispaino (olkoon s1 > s2); tiheämpi neste täyttää U-putken pohjan.
Olkoon A = kummankin suurennetun pään pinta-ala
a = putken pinta-ala
Kun molempiin raajoihin kohdistuvat paineet ovat yhtä suuret eli kun p1 = p2, olkoon näiden kahden nesteen erottelupinta XX.
Tulkoon tässä tilassa kevyemmän manometrinesteen korkeus h yli XX. Paineen XX kohdalla on oltava sama molemmissa rajoissa.
px = s2wh
