Förteckning över tryckmätningsanordningar| Fluidmekanik

Lista över tryckmätningsanordningar. Och anordningarna är följande: 1. Barometern 2.Piezometer eller tryckrör 3. Manometrar 4. Bourdonmätare 5. Membrantrycksmätare 6. Mikromanometer (U-rör med förstorade ändar) .

1. Barometer:

Barometern är en anordning för att mäta det lokala atmosfäriska trycket. Fig. 2.18 visar en kvicksilverbarometer som består av ett 1 meter långt glasrör som är stängt i ena änden och helt fyllt med kvicksilver och som hålls omvänt i en skål med kvicksilver. En liten mängd kvicksilver faller ner i skålen och därmed bildas ett vakuum i rörets övre ände.

Det atmosfäriska trycket som verkar på kvicksilverytan i skålen kommer att stödja en kvicksilverkolonn i röret. Låt h vara kvicksilverkolonnens höjd i röret mätt över kvicksilverytan i skålen.

Låt Pa vara det atmosfäriska tryckets intensitet

Höjden på kvicksilverkolonnen vid havsnivå, är ungefär 760 mm kvicksilver.

Atmosfärisk tryckhöjd vid havsnivå = 760 mm kvicksilver.

Rummet ovanför kvicksilvret i röret kommer att innehålla kvicksilverångor.

Detta utrymme kallas Torricellianskt vakuum.

Note:

Kvicksilver är idealiskt lämpat för användning i en barometer på grund av sin höga densitet (som därför endast kräver ett kort rör) och sitt mycket låga ångtryck.

Höjden på en plats och väderförhållandena påverkar barometeravläsningen. En avläsning av en barometer som registreras på en plats anger endast det lokala atmosfäriska trycket.

Det internationella standardatmosfärtrycket är 101,325 kPa motsvarande 10,325 m vatten eller 760 mm kvicksilver.

i. Aneroidbarometer:

Denna anordning består av en delvis evakuerad korrugerad låda som hindras från att kollapsa av en stark fjäder. Tryckvariationer gör att lådans främre del deformeras inåt eller utåt så att fjäderns dragkraft just motstår den kraft som beror på atmosfärens tryck.

Dessa små förskjutningar förstärks och förflyttar en visare som är placerad över en kalibrerad skala.

ii. Sifonbarometer:

Detta instrument används lämpligen som hushållsbarometer. Instrumentet består av ett glasrör som är böjt i den nedre delen så att det bildar ett U-rör. U-rörets öppna ände är förstorad. Denna förstorade del ersätter skålen eller behållaren i den vanliga barometern. Ett järnblock av liten vikt stöds på kvicksilverytan dels av kvicksilverets tryck på den, dels av en motvikt.

Järnblocket och motvikten är förbundna med ett snöre som dras över en remskiva. Variationer i det atmosfäriska trycket leder till att kvicksilverytan i den öppna änden av U-röret stiger och sjunker, vilket i sin tur får remskivan att rotera med en viss vinkel. En visare som är fäst vid remskivan rör sig över en cirkulär skala från vilken det atmosfäriska trycket kan avläsas.

2. Piezometer eller tryckrör:

Piezometern används för att mäta den statiska tryckhöjden hos en vätska som strömmar i en sektion av ett rör. Den består av ett rör vars öppna nedre ände är monterad i jämnhöjd med rörets innervägg. Rörets andra ände är exponerad för atmosfären. I det arrangemang som visas i figurerna 2.21 och 2.22 representerar den höjd h till vilken vätskan stiger i röret tryckhöjden vid den nivå A där röret är anslutet till röret.

Piezometern kan också vara så utformad och ansluten till röret att tryckhöjden vid nivån för rörets mittpunkt kan erhållas direkt.

Begränsningar för en piezometer:

Piezometern har begränsningar i sin användning av följande skäl:

i) Det är mycket svårt eller ogenomförbart att mäta höga tryck. Särskilt för vätskor med låg specifik vikt kommer vätskekolonnens höjd i piezometern att vara obekvämt hög, vilket kräver ett mycket långt piezometerrör.

(ii) Piezometern kan inte fungera för negativt övertryck eftersom luft skulle strömma in i behållaren genom röret.

(iii) Kapillärfel uppstår sannolikt när rören har en diameter på 10 mm eller mindre.

(iv) Snabba tryckförändringar som kan ske kontinuerligt kan inte mätas effektivt. Detta beror på att förändringen av piezometerns nivå kommer att släpa efter motsvarande snabba tryckförändring.

Piezometerröret kan ha den form som visas i figur 2.23 för mätning av små negativa övertryck. I detta arrangemang kommer vätskans fria yta i röret att ligga på en nivå som är lägre än nivån A inne i den behållare där trycket ska mätas. Om den fria vätskeytan i röret är h enheter under A, är tryckhöjden vid A

= ha = – Sh längdenheter för vatten,

varvid, S – Vätskans specifika vikt.

3. Manometrar:

i. U-rörmanometer (dubbelkolonnmanometer):

Manometrar är tryckmätare som använder kolonner av olika vätskor. Den vätska vars tryck ska bestämmas kallas mätvätska medan den andra vätskan kallas manometervätska. Manometervätskan kan ha högre eller lägre densitet än den doserade vätskan. Dessa anordningar kan användas för att mäta trycket i såväl vätskor som gaser. Manometrar har anslutande U-formade rör som innehåller olika vätskor.

I en manometer när den ena delen av anordningen är öppen för atmosfären registrerar den trycket i den källa som är ansluten till den andra delen. När båda grenarna är anslutna till tryckkällor registrerar manometern tryckskillnaden mellan de två tryckkällorna. Följaktligen kallas dessa manometrar för enkla manometrar och differentialmanometrar.

Trycket hos en vätska i ett rör kan mätas med hjälp av ett U-rör av glas som innehåller en tyngre vätska som inte blandas med vätskan i röret.

Antag att röret innehåller vatten och att kvicksilver används som mätvätska. Låt nivån EF motsvara kontaktytan mellan de två vätskorna. Låt X vara rörets mittpunkt.

ii. Manometer med inverterat U-rör:

I en manometer används ibland en lättare vätska. I sådana fall används en inverterad manometer (fig. 2.39).

Rör A och B innehåller vätskor med specifik vikt Sa respektive Sb. Den inverterade manometern innehåller en vätska med specifik vikt S. I ett sådant arrangemang kommer det även vid små tryckskillnader mellan A och B att uppstå stora deformationer av manometervätskan. Därför kan mätningar göras noggrant. Låt w = vattnets specifika vikt.

∴ Vätskans specifika vikt i A och B är Saw respektive Sbw.

Mätning av negativt tryck eller sugtryck:

Figur 2.43 visar ett rör A som innehåller vatten vid ett tryck Pa. Röret är anslutet till ett U-rör som innehåller en tung vätska med specifik vikt S. (Vanligtvis används kvicksilver som mätvätska). Fig. 2.43 visar nivåerna på mätvätskans ytor. Låt y vara avläsningen av manometern. Låt mätvätskans övre yta ligga h enheter under rörets mittpunkt.

iii. Känsliga manometrar:

Enkelsolans manometer:

Enkolonnmanometern som visas i fig. 2.55 är en modifierad form av den vanliga U-rörsmanometern. Även denna manometer har två lemmar, varav den ena är gjord mycket stor i yta jämfört med den andra. Arean av den större lemmen (även kallad bassängen) kan göras 100 gånger större än arean av den andra lemmen. Manometern innehåller en tung vätska som kvicksilver. Det rör i vilket trycket ska bestämmas är anslutet till den större delen.

En tryckförändring i röret får endast ge upphov till en mycket liten förändring av nivån på manometerns vätskeyta i bassängen. Denna nivåförändring kan försummas. Därför ska endast avläsningen i det smala röret göras. Eftersom det inte finns något behov av att ta någon avläsning som motsvarar vätskeytan i bassängen behöver den inte göras genomskinlig. Vanligtvis är det tillverkat av järn. Den andra delen, dvs. det smala röret, kan vara vertikalt eller lutande för att göra det känsligare.

Låt XX vara manometervätskenivån i bassängen och det smala röret när manometern inte är ansluten till röret. Efter det att röret har anslutits till manometern skall sjunkningen av manometervätskenivån i bassängen vara ∆h1.

Låt h2 = höjningen av manometervätskenivån i det smala röret.

h1 = Höjden av rörets mittpunkt över XX.

A = bassängens tvärsnittsarea.

a = Tvärsnittsarea för den smala delen.

S = Specifik vikt för vätskan i röret.

Sm = Specifik vikt för vätskan i manometern.

S’ = Specifik vikt för vätskan i manometern i förhållande till vätskan i röret.

iv. Manometer med lutande rör:

Detta är en förbättring jämfört med manometern med en enda kolonn. I detta fall görs manometerröret lutande för att göra den känsligare. Fig. 2.56 visar denna typ av manometer. I detta fall är förskjutningen av den tunga vätskan i det smala röret relativt sett större och därmed kan avläsningarna göras mer exakt.

4. Bourdonmätaren:

Denna anordning består av ett metallrör med elliptisk sektion som är stängt i ena änden A. Den andra änden B är monterad på den mätpunkt där trycket ska mätas. När vätskan kommer in i röret tenderar röret att rätas ut.

Med hjälp av ett stift-sektorarrangemang överförs rörets lilla elastiska deformation till en visare på ett förstärkt sätt. Visaren rör sig över en graderad urtavla. Anordningen kalibreras genom att utsätta den för olika kända tryck.

Bourdonmätaren är lämplig för att mäta inte bara höga tryck, t.ex. i en ångpanna eller en vattenledning, utan även negativa tryck eller vakuumtryck. En mätare som är utformad så att den kan mäta både positiva och negativa tryck kallas en sammansatt mätare.

5. Membrantrycksmätare:

Denna anordning bygger på samma princip som Bourdonmanometern. I det här fallet finns ett korrugerat membran i stället för Bourdonröret. När anordningen monteras på någon mätpunkt kommer membranet att genomgå en elastisk deformation.

Denna deformation överförs till en visare som rör sig på en graderad skala som anger trycket. Det kan noteras att denna anordning fungerar enligt samma princip som aneroidbarometern. Denna anordning är lämplig för mätning av relativt låga tryck.

6. Mikromanometer (U-rör med förstorade ändar):

För att öka känsligheten hos U-rörmätaren finns förstorade ändar enligt fig. 2.59. Ett sådant arrangemang kallas mikromanometer. I denna anordning använder vi två omblandbara manometervätskor. Låt s1 och s2 vara de två manometervätskornas specifika vikt (låt s1 > s2); den tätare vätskan kommer att fylla U-rörets botten.

Låt A = arean av varje förstorad ände

a = rörets area

När trycken som appliceras på de två lemmarna är lika stora, dvs. när p1 = p2 låt separationsytan mellan de två vätskorna vara XX.

Låt i detta tillstånd den lättare manometervätskans fallhöjd vara h över XX. Trycket vid XX måste vara detsamma i de två lemmarna.

px = s2wh