Lijst van apparaten voor het meten van druk| Vloeistofmechanica

Lijst van apparaten voor het meten van druk. En de apparaten zijn: 1. De Barometer 2.Piëzometer of Drukbuis 3. Manometers 4. De Bourdon manometer 5. 5. De membraandrukmeter 6. Micro Manometer (U-buis met vergrote uiteinden) .

1. De barometer:

De barometer is een apparaat bestemd voor het meten van de plaatselijke atmosferische druk. Fig. 2.18 toont een kwikbarometer die bestaat uit een glazen buis van 1 meter lang, aan één kant gesloten en geheel gevuld met kwik en omgekeerd gehouden in een kom met kwik. Een kleine hoeveelheid kwik zal in de kom vallen en zo vormt zich een vacuüm aan de bovenkant van de buis.

De atmosferische druk die op het kwikoppervlak in de schaal werkt, zal een kwikkolom in de buis ondersteunen. Zij h de hoogte van de kwikkolom in de buis gemeten boven het kwikoppervlak in de schaal.

Laat Pa de intensiteit van de atmosferische druk zijn

De hoogte van de kwikkolom op zeeniveau, is ongeveer 760 mm kwik.

De hoogte van de atmosferische druk op zeeniveau = 760 mm kwik.

De ruimte boven het kwik in de buis zal kwikdampen bevatten.

Deze ruimte wordt Torricelliaans vacuüm genoemd.

Noot:

Zwik is bij uitstek geschikt voor gebruik in een barometer door zijn hoge dichtheid (waardoor slechts een korte buis nodig is) en zijn zeer lage dampspanning.

De hoogte van een plaats en de weersomstandigheden zijn van invloed op de meting van de barometer. Een barometerstand op een bepaalde plaats geeft slechts de plaatselijke atmosferische druk aan.

De internationale standaard atmosferische druk is 101,325 kPa, hetgeen overeenkomt met 10,325 m water of 760 mm kwik.

i. De aneroïde barometer:

Dit apparaat bestaat uit een gedeeltelijk geëvacueerde golfkartonnen doos die door een sterke veer wordt verhinderd in te storten. Door drukschommelingen vervormt het voorste deel van de doos naar binnen of naar buiten, zodat de trekkracht van de veer juist de kracht door de druk van de atmosfeer zal weerstaan.

Deze kleine verschuivingen worden versterkt en bewegen een wijzer die over een gekalibreerde schaalverdeling is aangebracht.

ii. De hevelbarometer:

Dit instrument wordt handig gebruikt als huishoudbarometer. Dit apparaat bestaat uit een glazen buis die aan het onderste gedeelte gebogen is tot een U-buis. Het open uiteinde van de U-buis is vergroot. Dit vergrote gedeelte neemt de plaats in van de kom of het reservoir van de gewone barometer. Een ijzeren blok van klein gewicht wordt op het kwikoppervlak gesteund, deels door de opwaartse druk van het kwik erop en deels door een contragewicht.

Het ijzeren blok en het contragewicht zijn verbonden door een koord dat over een katrol wordt geleid. De variatie van atmosferische druk brengt stijging en daling van het kwikoppervlak in het open eind van de U-buis teweeg dat beurtelings de katrol om door één of andere hoek veroorzaakt te roteren. Een wijzer in bijlage aan de katrol zal over een cirkelschaal bewegen waarvan de atmosferische druk kan worden gelezen.

2. Piëzometer of drukbuis:

De piëzometer wordt gebruikt voor het meten van de statische drukhoogte van een vloeistof die stroomt in een willekeurig gedeelte van een pijp. Hij bestaat uit een buis waarvan het open ondereinde gelijk met de binnenwand van de pijp is gemonteerd. Het andere uiteinde van de buis is blootgesteld aan de atmosfeer. In de opstelling van fig. 2.21 en 2.22 vertegenwoordigt de hoogte h waartoe de vloeistof in de buis stijgt, de drukhoogte op het niveau A waar de buis met de pijp is verbonden.

De piëzometer kan ook zodanig zijn gevormd en met de buis zijn verbonden dat de drukhoogte ter hoogte van het midden van de buis rechtstreeks kan worden verkregen.

Beperkingen van een Piëzometer:

De piëzometer heeft beperkingen voor het gebruik ervan om de volgende redenen:

(i) Het is zeer moeilijk of onuitvoerbaar om hoge drukken te meten. Vooral voor vloeistoffen met een laag soortelijk gewicht zal de hoogte van de vloeistofkolom in de piëzometer onhandig hoog zijn, waardoor een zeer lange piëzometerbuis nodig is.

(ii) De piëzometer kan niet werken voor negatieve overdruk aangezien lucht door de buis in de container zou stromen.

(iii) Capillaire fouten zullen zich waarschijnlijk voordoen bij buizen met een diameter van 10 mm of minder.

(iv) Snelle drukveranderingen die voortdurend kunnen optreden, kunnen niet doeltreffend worden gemeten. Dit komt omdat de verandering van het niveau van de piëzometer zal achterblijven bij de overeenkomstige snelle verandering van de druk.

De piëzometerbuis kan de in fig. 2.23 getoonde vorm aannemen voor het meten van kleine negatieve overdrukwaarden. Bij deze opstelling bevindt het vrije vloeistofoppervlak in de buis zich op een niveau dat lager is dan niveau A in het vat waar de druk moet worden gemeten. Indien het vrije vloeistofoppervlak in de buis zich h eenheden onder A bevindt, dan is de drukhoogte bij A

= ha = – Sh eenheden lengte van het water,

waar, S – Soortelijk gewicht van de vloeistof.

3. Manometers:

i. De U-buismanometer (de dubbele kolommemanometer):

Manometers zijn apparaten voor het meten van de druk met behulp van kolommen van verschillende vloeistoffen. De vloeistof waarvan de druk moet worden bepaald, wordt de meetvloeistof genoemd, terwijl de andere vloeistof de manometervloeistof wordt genoemd. De manometervloeistof kan een hogere of lagere dichtheid hebben dan de gedoseerde vloeistof. Deze toestellen kunnen worden gebruikt om de druk te meten van zowel vloeistoffen als gassen. Manometers hebben verbindende U-vormige buizen die verschillende vloeistoffen bevatten.

In een manometer registreert de druk van de bron die op de andere ledemaat is aangesloten, wanneer één ledemaat van het apparaat open is voor de atmosfeer. Wanneer beide ledematen op drukbronnen zijn aangesloten, registreert de manometer het drukverschil tussen de twee drukbronnen. Dienovereenkomstig worden deze manometers eenvoudige manometer en differentiële manometer genoemd.

De druk van een vloeistof in een pijp kan worden gemeten met behulp van een glazen U-buis die een zwaardere vloeistof bevat die zich niet mengt met de vloeistof in de pijp.

Voorstel dat de buis water bevat, en dat kwik als meetvloeistof wordt gebruikt. Laat het niveau EF overeenkomen met het raakvlak van de twee vloeistoffen. Laat X het midden van de pijp zijn.

ii. Omgekeerde U-buismanometer:

Soms wordt in een manometer een lichtere vloeistof gebruikt. In een dergelijk geval wordt een omgekeerde manometer gebruikt (Fig. 2.39).

Leidingen A en B bevatten vloeistoffen met een soortelijk gewicht van respectievelijk Sa en Sb. De omgekeerde manometer bevat een vloeistof met het soortelijk gewicht S. Bij een dergelijke opstelling zullen zelfs bij kleine drukverschillen tussen A en B grote doorbuigingen van de manometervloeistof optreden. Metingen kunnen dus nauwkeurig worden verricht. Zij w = soortelijk gewicht van water.

∴ Soortelijk gewicht van vloeistof in A en B zijn respectievelijk Saw en Sbw.

Meting van de negatieve druk of de zuigdruk:

Fig. 2.43 toont een pijp A die water bevat bij een druk Pa. De pijp is verbonden met een U-buis die een zware vloeistof bevat met soortelijk gewicht S. (Gewoonlijk wordt kwik gebruikt als meetvloeistof). Fig. 2.43 toont de niveaus van de oppervlakken van de meetvloeistof. Stel y is de aflezing van de manometer. Laat het bovenste oppervlak van de meetvloeistof h eenheden onder het midden van de pijp liggen.

iii. Gevoelige manometers:

Enkele kolom Manometer:

De in fig. 2.55 afgebeelde manometer met enkele kolom is een gewijzigde vorm van de gewone U-buismanometer. Ook deze manometer heeft twee ledematen, waarvan het ene ledemaat in vergelijking met het andere ledemaat zeer groot in oppervlakte is gemaakt. Het oppervlak van het grootste lid (ook bekken genoemd) kan 100 maal zo groot worden gemaakt als het oppervlak van het andere lid. De manometer bevat een zware vloeistof zoals kwik. De leiding waarin de druk moet worden bepaald, is verbonden met het grootste lid.

Elke drukverandering in de pijp mag slechts een zeer kleine verandering van het niveau van het vloeistofoppervlak van de manometer in het bekken tot gevolg hebben. Deze verandering in niveau kan worden verwaarloosd. Daarom moet alleen de meting in de smalle buis worden verricht. Aangezien het niet nodig is een met het vloeistofoppervlak in het bekken overeenkomende meting te verrichten, behoeft dit bekken niet doorzichtig te worden gemaakt. Gewoonlijk wordt de buis van ijzer gemaakt. Het andere deel, het smalle buisje, kan verticaal of schuin zijn om het gevoeliger te maken.

Laat XX het vloeistofniveau van de manometer in het bekken en de smalle buis zijn wanneer de manometer niet op de pijp is aangesloten. Stel dat na aansluiting van de buis op de manometer de daling van het niveau van de manometervloeistof in het bekken ∆h1 is.

Laat h2 = stijging van het vloeistofniveau van de manometer in de smalle buis.

h1 = hoogte van het midden van de pijp boven XX.

A = doorsnede van het bekken.

a = dwarsdoorsnede van de smalle ledemaat.

S = Soortelijk gewicht van de vloeistof in de leiding.

Sm = Soortelijk gewicht van de vloeistof in de manometer.

S’ = Soortelijk gewicht van de vloeistof in de manometer ten opzichte van de vloeistof in de leiding.

iv. De schuine buismanometer:

Dit is een verbetering ten opzichte van de manometer met één enkele kolom. In dit geval wordt de manometerbuis schuin gemaakt om hem gevoeliger te maken. Fig. 2.56 toont dit type manometer. In dit geval is de verplaatsing van de zware vloeistof in de smalle buis relatief groter en kunnen dus nauwkeuriger aflezingen worden gedaan.

4. De Bourdonmeter:

Dit apparaat bestaat uit een metalen buis met ellipsvormige doorsnede, die aan een uiteinde A is afgesloten, waarbij het andere uiteinde B is aangebracht op het meetpunt waar de druk moet worden gemeten. Als de vloeistof de buis binnenkomt, heeft de buis de neiging recht te gaan staan.

Door gebruik te maken van een rondsel-sector opstelling wordt de kleine elastische vervorming van de buis op een versterkte manier doorgegeven aan een wijzer. De wijzer beweegt over een wijzerplaat met schaalverdeling. Het apparaat wordt gekalibreerd door het te onderwerpen aan verschillende bekende drukken.

De Bourdon-meter is niet alleen geschikt voor het meten van hoge drukken, zoals die in een stoomketel of een waterleiding, maar ook van negatieve of vacuümdrukken. Een manometer die zo is ontworpen dat hij zowel positieve als negatieve drukken kan meten, wordt een samengestelde manometer genoemd.

5. De diafragma manometer:

Dit apparaat is gebaseerd op hetzelfde principe als dat van de Bourdon-meter. In dit geval is een gegolfd diafragma aangebracht in plaats van de Bourdonbuis. Wanneer het apparaat op een meetpunt wordt aangebracht, zal het diafragma een elastische vervorming ondergaan.

Deze vervorming wordt doorgegeven aan een wijzer die beweegt op een gegradueerde schaal die de druk aangeeft. Opgemerkt zij dat dit apparaat volgens hetzelfde principe werkt als de aneroïde barometer. Dit apparaat wordt geschikt bevonden voor het meten van betrekkelijk lage drukken.

6. Micro Manometer (U-buis met vergrote uiteinden):

Om de gevoeligheid van de U-buismeter te vergroten zijn vergrote uiteinden aangebracht, zoals te zien is in Fig. 2.59. Een dergelijke opstelling wordt een micromanometer genoemd. In dit apparaat gebruiken we twee onvermengbare manometervloeistoffen. Stel dat s1 en s2 het soortelijk gewicht van de twee manometervloeistoffen zijn (stel s1 > s2); de dichtere vloeistof zal de bodem van de U-buis vullen.

Laat A = oppervlakte van elk vergroot uiteinde

a = oppervlakte van de buis

Wanneer de op de twee ledematen uitgeoefende druk gelijk is, d.w.z. wanneer p1 = p2 laat dan het scheidingsoppervlak tussen de twee vloeistoffen XX zijn.

Laat in deze toestand de opvoerhoogte van de lichtere manometervloeistof h boven XX zijn. De druk bij XX moet in de twee ledematen gelijk zijn.

px = s2wh