All About Manometers-What They Are and How They Work

oppaat

Ed Edwards

manometrit ovat tarkkuuslaitteita, joita käytetään mittaamaan painetta, joka on kaasun tai nesteen pinta-alayksikköä kohti aiheuttama voima, joka johtuu kyseisen kaasun tai nesteen painon vaikutuksesta painovoimasta. Riippuen tyypistä ja siitä, miten ne on määritetty, manometrit voidaan asettaa mittaamaan erilaisia painearvoja. Yleinen manometrityyppi, jonka useimmat ihmiset tuntevat, on se, jota lääkärit ja lääketieteen ammattilaiset käyttävät potilaan verenpaineen mittaamiseen ja seurantaan. Tällaista manometriä kutsutaan sfygmomanometriksi.

tässä artikkelissa kuvataan erityyppisiä painemittareita, selitetään niiden toimintaa, esitellään niiden sovelluksia ja käsitellään painemittareissa käytettyjä korjauskertoimia.

paineen määritelmät

on hyödyllistä tarkastella muutamia paineeseen liittyviä perusperiaatteita. Paine on pinta-alayksikköä (a) kohti kohdistuvan voiman määrän (F) mitta:

paineen mittayksikkö on siis voima-arvo jaettuna neliöllä etäisyyden arvolla. Metrisissä yksiköissä paineen mittayksikkö on Newtonia / (metri)2, joka tunnetaan nimellä Pascal (Pa). Muita yleisiä mittayksiköitä ovat paunat neliötuumaa kohti (psi), millibaarit, ilmakehät (atm), elohopeamillimetrit (mm Hg) ja vesituumat (H2o).

paine voidaan esittää kolmella ominaisluokalla:

absoluuttinen paine
paine-ero

absoluuttinen paine mittaa paineen arvoa suhteessa tyhjiön absoluuttiseen nollapaineeseen. Mittaripaine esittää mitatun paineen ja paikallisen ilmanpaineen välisen eron (ajattele rengaspainemittaria). Paine-erolla tarkoitetaan mittausta, joka on kahden (tuntemattoman) painetason välinen ero, jossa vertailupainetta ei ole määritelty, mutta sen paineen määrän mittaaminen, jolla nämä kaksi eroavat, on edelleen tärkeää.

näin ollen kokonaispaine tai absoluuttinen paine voidaan määritellä mittapaineen ja ilmanpaineen mukaan seuraavasti:

Manometrityypit

manometrit voidaan karkeasti luokitella kahteen päätyyppiin, analogisiin manometreihin ja digitaalisiin manometreihin, joista kumpaakin käsitellään jäljempänä.

analogiset manometrit ja niiden toimintatapa

analogiset manometrit käyttävät U: n muotoisessa putkessa olevaa nestettä, joka toimii hydrostaattisen tasapainon periaatteella. Putkessa oleva neste asettuu yhtä korkeaksi putken kummassakin jalassa, kun molemmat päät ovat auki ilmanpaineelle. Mutta jos positiivinen paine kohdistuu yhteen U-muotoisen putken jaloista, nesteen taso laskee kyseisessä jalassa ja nousee toisessa jalassa. Tämä johtuu siitä, että paine pakottaa nesteen laskemaan toisessa jalassa ja nousemaan toisessa, kunnes kohdistetusta paineesta aiheutuva nestepatsaan paino riittää vastustamaan tätä painearvoa. Näin ollen putken kahdessa jalassa olevan nesteen tason välinen pystysuuntainen etäisyys kuvaa kohdistetun paineen määrää. Näitä yleisiä analogisia manometrejä kutsutaan U-putkimanometreiksi. Havaittu painearvo (P) on manometrissä käytettävän nesteen korkeuden (h) ja tiheyden (ρ) funktio, jonka arvo (g) edustaa gravitaatiovakiota.

toinen analogisen manometrin tyyppi on kaivotyypin manometri, jota joskus kutsutaan vesisäiliön manometriksi. Hyvin Tyyppi manometri on kuin u putki tyyli, erona on, että yksi jalat U on poikkipinta-ala, joka on paljon suurempi kuin toinen jalka. Tämä järjestely johtaa pienempään nestetason liikkeeseen suuremmassa jalassa, kun se altistetaan paineelle, jolloin voidaan tehokkaasti käyttää yhtä asteikkoa lukemaan paineen arvon saamiseksi, toisin kuin kaksi asteikkoa U-putkityylissä.

kalteva painemittari on nimensä mukaisesti suunniteltu siten, että siinä on putki, joka ei istu pystysuorassa, vaan matalassa kulmassa vaakatasoon nähden. Tämä rakenne mahdollistaa suhteellisen pienen paineen muutoksen havaitsemisen välineellä, mikä parantaa herkkyyttä ja erottelukykyä.

toista manometrityyppiä kutsutaan absoluuttiseksi manometriksi. Absoluuttisissa painemittareissa käytetään suljettua jalkaa, joka sallii vain yhden manometriputken jalan altistumisen ulkopuoliselle paineelle. Tiivistetyllä puolella on tyhjiötila, joka edustaa absoluuttista nollapainetta, joka on suljettu elohopeapatsaalla. Manometri mittaa siis absoluuttista painetta eikä mittaripainetta tai paine-eroa. Tämäntyyppinen manometri voi olla joko hyvin tyyli U putki tyyli kuvattu edellä. Ilmanpainetta mittaavat elohopeabarometrit ovat yleinen esimerkki absoluuttisesta manometristä.

analogisissa manometreissä käytetään erilaisia nesteitä. Yhteiset nesteet on esitetty taulukossa 1, alla, jotka ovat joskus kutsutaan manometrisiä nesteitä. Muuttamalla käytetty neste, tarkkuus, alue ja herkkyys analogisen manometrin voidaan vaihdella. Nesteet, joiden tiheydet ovat vettä korkeammat, antavat korkeampia vaihteluvälejä mutta matalampia resoluutioita. Samoin manometrisen nesteen tiheyden alentaminen, jota kutsutaan myös ilmaisevaksi nesteeksi, pienentää painealuetta, mutta lisää sen herkkyyttä.

Taulukko 1 – Esimerkkejä Painemittareissa käytettävistä nesteistä

* ominaispaino kuvaa nesteen tiheyden suhdetta veden tiheyteen.

Indicating Fluid	lämpötila-alue	ominaispaino*
korkean puhtauden elohopea	– 30of-200of	13.54 @ 71.6oF
Red Oil #827	40oF – 120oF	0.827 @ 60oF
Red Unity Oil # 100	30oF – 100oF	1.00 @ 73oF
Green Concentrate #1000	40oF – 120oF	1.000 @ 55oF
Acetylene Tetrabromide	40oF – 100oF	2.95 @ 78oF
Dibutyl Phthalate	20oF – 150oF	1.04 @ 80of

digitaaliset manometrit ja niiden toiminta

digitaaliset manometrit, joita kutsutaan myös elektronisiksi manometreiksi, eivät perustu hydrostaattiseen nestetasapainoon paineen määrittämisessä. Sen sijaan ne sisältävät paineenantimen, laitteen, joka voi muuntaa havaitun painetason sähköiseksi signaaliksi, jonka ominaisarvo on verrannollinen paineen suuruuteen tai sen mittayksikkö. Anturin kimmoinen osa taipuu paineen alaisena, minkä jälkeen taipuma muunnetaan sellaisen sähköisen parametrin arvoksi, joka voidaan havaita ja kalibroida painelukemaksi. Paineanturit käyttävät tyypillisesti yhtä kolmesta sähköparametrien tyypistä-resistiivistä, kapasitiivista tai induktiivista.

resistiiviset anturit aiheuttavat muodonmuutoksen, joka muuttaa venymämittarin sähkövastusta.
kapasitiiviset muuntimet perustuvat kapasitanssin arvoon havaittuihin muutoksiin, jotka johtuvat kondensaattorin kahden levyn suhteellista sijaintia muuttavasta muodonmuutoksesta.
induktiiviset anturit käyttävät elastisen osan muodonmuutosta muuttaakseen kelan tai kelan sisällä olevan ferromagneettisen ytimen lineaarista liikettä. Tämä liike vaihtelee kelassa syntyvää EMF-ja AC-virtaa.

hyvin matalien paineiden mittaamiseen käytetään muitakin painemittarityyppejä, kuten Pirani-mittaria, termoparityyppistä anturia ja ionisaatiomittaria. Matalapainemanometrejä kutsutaan myös mikromanometreiksi.

digitaaliset manometrit joitakin etuja analogisiin malleihin verrattuna. Digitaaliset manometrit:

ovat kannettavia kooltaan, painavat vähemmän ja niissä on helppolukuiset näytöt.
voi käyttää tietokonetta tai ohjelmoitavaa logiikkaohjainta (PLC).
älä luota manometristen nesteiden käyttöön, joista osa (esimerkiksi elohopea) voi olla myrkyllistä.
ei koske fluidin ominaisuuksiin liittyviä kysymyksiä, jotka voivat vaikuttaa mittaustarkkuuteen.
voi korjata poikkeamat standardioloista ohjelmiston ohjelmoinnin avulla.

koska ne eivät ole primääristandardi, ne vaativat kuitenkin säännöllistä kalibrointia primääristandardia vastaan.

painemittareihin sovellettavat fluidin Ominaisuuskorjaukset

analogiset painemittarit, jotka perustuvat nesteiden ominaisuuksiin, edellyttävät korjauksia. Nesteiden tiheys ei ole vakio lämpötilan kanssa ja gravitaatiokentän voimakkuus vaihtelee sekä merenpinnan yläpuolella olevan korkeuden että leveysasteen funktiona. Nämä tosiseikat edellyttävät korjausmenetelmien käyttöä ja tarvetta laatia vakiomuotoisia viittauksia, jotta paineen määritelmä voidaan vahvistaa ja siitä voidaan sopia. Viite 5 sisältää täydellisen selvityksen näihin korjauksiin sovellettavista menetelmistä, jotka esitetään tässä vain lyhyesti.

fluidin tiheyden korjaus – mukautuu siihen, että ilmaisevan fluidin tiheys ei ole vakio lämpötilan kanssa
gravitaatiokentän korjaus – mukautuu gravitaatiokentän voimakkuuden vaihteluun tietyllä korkeudella ja leveysasteella suhteessa sen arvoon merenpinnan tasolla ja 45.54oN lattitude
Painepään korjaus-mukautetaan nestepylvään tiheyden ja samankorkuisen paineaineen tiheyden välistä eroa
Mittakaavamuutosten korjaus-mukautuu siihen tosiasiaan, että merkityt asteikot muuttavat erotusetäisyyttään sen lämpötilan muutoksen vuoksi, jossa painelukema suoritetaan (tämä johtuu materiaalin lämpölaajenemisesta/supistumisesta, josta asteikko on rakennettu)
korjaus nesteiden Puristuvuuteen – tätä korjausta sovelletaan pääasiassa korkeampiin paineisiin jossa fluidin tiheys voi muuttua fluidin puristuksen vuoksi
muita korjauksia – näitä ovat nesteen suorittama kaasun absorptio, joka voi muuttaa sen tiheyttä, sekä kapillaari-vaikutus, joka vaikuttaa siihen, miten lukema tulkitaan asteikosta

miten manometrejä käytetään

manometrejä käytetään eri toimialoilla ja niillä voidaan mitata painetta ja virtausnopeutta. Yleisiä käyttökohteita ovat:

LVI-järjestelmien kunnossapito
Sää-ja sääolosuhteiden seuranta
nestevirtausmittaukset
fysiologiset mittaukset kuten verenpaine
Kompressorijärjestelmien toiminnan seuranta

Yhteenveto

tässä artikkelissa esitettiin lyhyt katsaus manometreihin ja niiden toimintaan. Lisätietoja muista tuotteista, tutustu lisäoppaisiin tai käy Thomas Supplier Discovery Platform paikantaa mahdollisia hankintalähteitä tai tarkastella yksityiskohtia tiettyjä tuotteita.

lähteet:

https://www.meriam.com/assets/eng/050-MHB-1.pdf https://sciencestruck.com/manometer-working-principle-types-applications

http://www.dwyer-inst.com/DC/HVACCatalog/http://www.validyne.com/blog/simplicity-accuracy-nothing-beats-pressure-manometer/https://sciencing.com/inclined-manometer-advantages-8761430.html

https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN1573.pdf?&srch=1

https://www.surecontrols.com/how-low-pressure-transducers-work/https://www.fierceelectronics.com/components/manometer-basics

muut levyt Art

kastepisteen mittaaminen
kaikki kosteusanalysaattoreista ja kosteusmittareista

Maybaygiare.org