Liste des appareils de mesure de la pression| Mécanique des fluides

Liste des appareils de mesure de la pression. Ces appareils sont : 1. Le baromètre 2.Le piézomètre ou tube de pression 3. Les manomètres 4. Le manomètre de Bourdon 5. Le manomètre à diaphragme 6. Le micro manomètre (tube en U aux extrémités élargies) .

1. Le baromètre :

Le baromètre est un appareil destiné à mesurer la pression atmosphérique locale. La figure 2.18 montre un baromètre à mercure qui consiste en un tube de verre d’un mètre de long fermé à une extrémité et complètement rempli de mercure et maintenu à l’envers dans un bol de mercure. Une petite quantité de mercure va tomber dans le bol et ainsi un vide se forme à l’extrémité supérieure du tube.

La pression atmosphérique agissant sur la surface du mercure dans le bol va soutenir une colonne de mercure dans le tube. Soit h la hauteur de la colonne de mercure dans le tube mesurée au-dessus de la surface du mercure dans le bol.

Laissez Pa être l’intensité de la pression atmosphérique

La hauteur de la colonne de mercure au niveau de la mer, est d’environ 760 mm de mercure.

La hauteur de la pression atmosphérique au niveau de la mer = 760 mm de mercure.

L’espace au-dessus du mercure dans le tube contiendra des vapeurs de mercure.

Cet espace est appelé vide torricellien.

Note :

Le mercure convient parfaitement à l’utilisation dans un baromètre en raison de sa forte densité (ne nécessitant donc qu’un tube court) et de sa très faible pression de vapeur.

L’altitude d’un lieu et les conditions météorologiques influencent la lecture du baromètre. La lecture d’un baromètre enregistrée à un endroit n’indique que la pression atmosphérique locale.

La pression atmosphérique standard internationale est de 101,325 kPa correspondant à 10,325 m d’eau ou 760 mm de mercure.

i. Le baromètre anéroïde :

Cet appareil est constitué d’une boîte ondulée partiellement évacuée et empêchée de s’effondrer par un ressort puissant. Les variations de pression font que la partie avant de la boîte se déforme vers l’intérieur ou vers l’extérieur de sorte que la traction du ressort résiste juste à la force due à la pression de l’atmosphère.

Ces petits déplacements sont amplifiés et déplacent une aiguille prévue sur une échelle calibrée.

ii. Le baromètre à siphon :

Cet instrument est commodément utilisé comme baromètre domestique. Cet appareil est constitué d’un tube de verre plié à sa partie inférieure pour former un tube en U. L’extrémité ouverte du tube en U est élargie. Cette partie élargie prend la place de la cuvette ou du réservoir du baromètre ordinaire. Un bloc de fer de faible poids est soutenu sur la surface du mercure en partie par la poussée du mercure sur lui et en partie par un contrepoids.

Le bloc de fer et le contrepoids sont reliés par une ficelle prise sur une poulie. La variation de la pression atmosphérique entraîne la montée et la descente de la surface de mercure dans l’extrémité ouverte du tube en U qui, à son tour, fait tourner la poulie d’un certain angle. Une aiguille fixée à la poulie se déplace sur une échelle circulaire à partir de laquelle la pression atmosphérique peut être lue.

2. Piézomètre ou tube de pression :

Le piézomètre est utilisé pour mesurer la hauteur de pression statique d’un liquide s’écoulant à une section quelconque d’un tuyau. Il est constitué d’un tube dont l’extrémité inférieure ouverte est montée à fleur de la paroi intérieure du tuyau. L’autre extrémité du tube est exposée à l’atmosphère. Dans le dispositif illustré aux figures 2.21 et 2.22, la hauteur h à laquelle le liquide monte dans le tube représente la hauteur de pression au niveau A où le tube est raccordé à la canalisation.

Le piézomètre peut également être formé et raccordé au tuyau de telle sorte que la hauteur de pression au niveau du centre du tuyau puisse être directement obtenue.

Limitations d’un piézomètre :

Le piézomètre présente des limites à son utilisation pour les raisons suivantes :

(i) Il est très difficile ou impraticable de mesurer des pressions élevées. En particulier pour les liquides de faible gravité spécifique, la hauteur de la colonne de liquide dans le piézomètre sera inconvenablement élevée nécessitant un très long tube piézométrique.

(ii) Le piézomètre ne peut pas fonctionner pour une pression manométrique négative puisque l’air s’écoulerait dans le récipient à travers le tube.

(iii) Les erreurs capillaires sont susceptibles de se produire lorsque les tubes ont un diamètre de 10 mm ou moins.

(iv) Les changements rapides de pression qui peuvent avoir lieu en permanence ne peuvent pas être mesurés efficacement. Cela est dû au fait que le changement du niveau du piézomètre sera en retard sur le changement rapide correspondant de la pression.

Le tube piézométrique peut prendre la forme illustrée à la figure 2.23 pour la mesure de petites pressions négatives. Dans cette disposition, la surface libre du liquide dans le tube sera à un niveau inférieur au niveau A à l’intérieur du récipient où la pression doit être mesurée. Si la surface libre du liquide dans le tube est h unités en dessous de A, alors la tête de pression à A

= ha = – Sh unités de longueur d’eau,

où, S – Poids spécifique du liquide.

3. Manomètres :

i. Le manomètre à tube en U (le manomètre à double colonne) :

Les manomètres sont des appareils de mesure de la pression utilisant des colonnes de différents liquides. Le fluide dont la pression doit être déterminée est appelé le fluide mesuré tandis que l’autre fluide est appelé le fluide manométrique. Le fluide du manomètre peut avoir une densité supérieure ou inférieure à celle du fluide mesuré. Ces appareils peuvent être utilisés pour mesurer la pression des liquides et des gaz. Les manomètres comportent des tubes de raccordement en forme de U contenant différents fluides.

Dans un manomètre, lorsqu’une branche du dispositif est ouverte à l’atmosphère, il enregistre la pression de la source reliée à l’autre branche. Lorsque les deux branches sont reliées à des sources de pression, le manomètre enregistre la différence de pression entre les deux sources de pression. En conséquence, ces manomètres sont appelés manomètre simple et manomètre différentiel.

La pression d’un fluide dans un tuyau peut être mesurée en utilisant un tube en U en verre contenant un liquide plus lourd qui ne se mélange pas avec le fluide dans le tuyau.

Supposons que le tuyau contienne de l’eau, et que l’on utilise du mercure comme liquide de mesure. Soit le niveau EF correspondant à la surface de contact des deux liquides. Soit X le centre du tuyau.

ii. Manomètre à tube en U inversé :

Parfois, on utilise un liquide plus léger dans un manomètre. Dans ce cas, on utilise un manomètre inversé (figure 2.39).

Les tuyaux A et B contiennent des liquides de gravité spécifique Sa et Sb respectivement. Le manomètre inversé contient un liquide de gravité spécifique S. Dans une telle disposition, même pour de petites différences de pression entre A et B, de grandes déviations du liquide du manomètre se produiront. Les mesures peuvent donc être effectuées avec précision. Soit w = Poids spécifique de l’eau.

∴ Le poids spécifique du liquide en A et B sont respectivement Saw et Sbw.

Mesure de la pression négative ou d’aspiration :

La figure 2.43 montre un tuyau A contenant de l’eau à une pression Pa. Le tuyau est connecté à un tube en U contenant un liquide lourd de gravité spécifique S. (Habituellement, le mercure est utilisé comme liquide de mesure). La Fig. 2.43 montre les niveaux des surfaces du liquide de mesure. Soit y la lecture du manomètre. Que la surface supérieure du liquide de mesure soit à h unités sous le centre du tuyau.

iii. Manomètres sensibles :

Manomètre à une seule colonne :

Le manomètre à colonne unique représenté sur la figure 2.55 est une forme modifiée du manomètre ordinaire à tube en U. Ce manomètre a également deux branches, dont l’une est rendue très grande en surface par rapport à l’autre. La surface de la plus grande branche (aussi appelée bassin) peut être 100 fois plus grande que celle de l’autre branche. Le manomètre contient un liquide lourd comme le mercure. Le tuyau dans lequel on veut déterminer la pression est relié à la plus grande branche.

Toute variation de pression dans le tuyau peut ne produire qu’une très faible variation du niveau de la surface du liquide du manomètre dans le bassin. Ce changement de niveau peut être négligé. Par conséquent, la lecture dans le tube étroit seulement doit être prise. Comme il n’est pas nécessaire de prendre une mesure correspondant à la surface du liquide dans le bassin, il n’est pas nécessaire de le rendre transparent. En général, il est fabriqué en fer. L’autre membre, c’est-à-dire le tube étroit, peut être vertical ou incliné, pour le rendre plus sensible.

Let XX est le niveau du liquide du manomètre dans le bassin et le tube étroit lorsque le manomètre n’est pas connecté au tuyau. Soit après avoir connecté le tuyau au manomètre, la baisse du niveau du liquide du manomètre dans le bassin est ∆h1.

Disons que h2 = montée du niveau du liquide du manomètre dans le membre étroit.

h1 = hauteur du centre du tuyau au-dessus de XX.

A = Surface de la section transversale du bassin.

a = Surface de la section transversale du limbe étroit.

S = Poids spécifique du liquide dans le tuyau.

Sm = Gravité spécifique du liquide dans le manomètre.

S’ = Gravité spécifique du liquide dans le manomètre par rapport au liquide dans le tuyau.

iv. Le manomètre à tube incliné :

C’est une amélioration du manomètre à colonne unique. Dans ce cas, le tube du manomètre est rendu incliné afin de le rendre plus sensible. La figure 2.56 montre ce type de manomètre. Dans ce cas, le déplacement du liquide lourd dans le tube étroit est relativement plus important et donc les lectures peuvent être prises avec plus de précision.

4. La jauge de Bourdon :

Ce dispositif est constitué d’un tube métallique de section elliptique fermé à une extrémité A, l’autre extrémité B étant fixée au point de jaugeage où l’on veut mesurer la pression. Lorsque le fluide pénètre dans le tube, celui-ci a tendance à se redresser.

En utilisant un arrangement pignon-secteur, la petite déformation élastique du tube est communiquée à une aiguille d’une manière amplifiée. L’aiguille se déplace sur un cadran gradué. Le dispositif est étalonné en le soumettant à diverses pressions connues.

La jauge de Bourdon convient pour mesurer non seulement les hautes pressions telles que celles d’une chaudière à vapeur ou d’une conduite d’eau, mais aussi les pressions négatives ou le vide. Une jauge qui est ainsi conçue pour mesurer les pressions positives aussi bien que les pressions négatives est appelée jauge composée.

5. Le manomètre à diaphragme :

Ce dispositif est basé sur le même principe que celui du manomètre de Bourdon. Dans ce cas, un diaphragme ondulé est prévu à la place du tube de Bourdon. Lorsque le dispositif est monté sur un point de jauge quelconque, le diaphragme subit une déformation élastique.

Cette déformation est communiquée à une aiguille qui se déplace sur une échelle graduée indiquant la pression. On peut noter que ce dispositif fonctionne sur le même principe que celui du baromètre anéroïde. Ce dispositif s’avère adapté à la mesure de pressions relativement faibles.

6. Micro manomètre (tube en U à extrémités élargies) :

Afin d’augmenter la sensibilité de la jauge du tube en U, des extrémités élargies sont prévues comme le montre la figure 2.59. Un tel dispositif est appelé micro manomètre. Dans ce dispositif, nous utilisons deux liquides manométriques non miscibles. Soit s1 et s2 la densité des deux liquides manométriques (soit s1 > s2) ; le liquide le plus dense remplira le fond du U-tube.

Disons A = surface de chaque extrémité élargie

a = surface du tube

Lorsque les pressions appliquées aux deux membres sont égales, c’est-à-dire lorsque p1 = p2, la surface de séparation entre les deux liquides est XX.

Dans cette condition, que la tête du liquide manométrique plus léger soit h au-dessus de XX. La pression à XX doit être la même dans les deux membres.

px = s2wh

.