Tout sur les manomètres – Ce qu’ils sont et Comment Ils fonctionnent

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Les manomètres sont des instruments de précision utilisés pour mesurer la pression, qui est la force exercée par un gaz ou un liquide par unité de surface en raison des effets du poids de ce gaz ou de ce liquide par gravité. Selon le type et la façon dont ils sont configurés, les manomètres peuvent être configurés pour fournir une mesure de différentes valeurs de pression. Un type de manomètre commun avec lequel la plupart des gens sont familiers est celui que les médecins et les professionnels de la santé utilisent pour mesurer et surveiller la pression artérielle d’un patient. Ce type de manomètre est appelé tensiomètre.

Cet article décrira les différents types de manomètres, expliquera leur fonctionnement, présentera leurs applications et discutera des facteurs de correction utilisés pour les manomètres.

Définitions de la pression

Il est utile de passer en revue quelques principes de base relatifs à la pression. La pression est une mesure de la quantité de force (F) exercée par unité de surface (A):

L’unité de mesure de la pression est donc une valeur de force divisée par une valeur de distance au carré. En unités métriques, l’unité a mesure de la pression est Newtons / (mètre) 2, connu sous le nom de Pascal (Pa). Les autres unités de mesure de pression courantes comprennent les livres par pouce carré (psi), les millibars, les atmosphères (atm), les millimètres de mercure (mm Hg) et les pouces d’eau (en H2O).

La pression peut être représentée en trois catégories spécifiques:

• Pression absolue
• Pression manométrique
• Pression différentielle

La pression absolue mesure la valeur de la pression exercée par rapport à la pression nulle absolue d’un vide. La pression manométrique présente la différence entre la valeur mesurée de la pression et la pression atmosphérique locale (pensez à un manomètre de pneu). La pression différentielle est utilisée pour décrire une mesure qui est la différence entre deux niveaux de pression (inconnus), où il n’y a pas de pression de référence spécifiée, mais la mesure de la quantité de pression par laquelle les deux diffèrent est toujours importante.

Par conséquent, la pression totale ou absolue peut être définie en termes de pression manométrique et de pression atmosphérique comme suit:

Les types de manomètres

Les manomètres peuvent être généralement classés comme étant de deux types principaux, les manomètres analogiques et les manomètres numériques, dont chacun est discuté ci-dessous.

Les manomètres analogiques et leur fonctionnement

Les manomètres analogiques utilisent un fluide contenu dans un tube en forme de U et fonctionnant selon le principe de l’Équilibre hydrostatique. Le fluide dans le tube se déposera à une hauteur égale dans chaque jambe du tube lorsque les deux extrémités sont ouvertes à la pression atmosphérique. Mais si une pression positive est appliquée à l’une des jambes du tube en forme de U, le niveau de liquide tombera dans cette jambe et augmentera dans l’autre jambe. En effet, la pression va forcer le fluide à tomber dans une jambe et à monter dans l’autre jusqu’à ce que le poids de la colonne de fluide résultant de la pression appliquée soit suffisant pour s’opposer à cette valeur de pression. Ainsi, la distance verticale entre le niveau du fluide dans les deux branches du tube représente une mesure de la pression appliquée. Ces types courants de manomètres analogiques sont appelés manomètres à tube en U. La valeur de pression (P) observée est fonction de la hauteur (h) et de la densité (ρ) du fluide utilisé dans le manomètre, la valeur (g) représentant la constante gravitationnelle.

Un autre type de manomètre analogique est le manomètre de type puits, parfois appelé manomètre de citerne. Le manomètre de type puits est similaire au style de tube en U, la différence étant que l’une des jambes du U a une section transversale beaucoup plus grande que celle de la deuxième jambe. Cette disposition se traduit par un mouvement plus faible du niveau de fluide dans la jambe plus grande lorsqu’elle est exposée à la pression, ce qui permet effectivement l’utilisation d’une seule échelle à lire pour obtenir la valeur de pression, par opposition à deux échelles dans le style du tube en U.

Les manomètres inclinés comme leur nom l’indique sont conçus avec un tube qui ne repose pas verticalement, mais plutôt à un angle peu profond par rapport au plan horizontal. Cette conception permet à l’instrument d’observer un changement de pression relativement faible, offrant ainsi une sensibilité et une résolution améliorées.

Un autre type de manomètre est appelé manomètre absolu. Les manomètres absolus utilisent une jambe scellée qui permet d’exposer une seule jambe du tube du manomètre à la pression extérieure. Du côté scellé, il existe une condition de vide qui représente une pression nulle absolue scellée par une colonne de mercure. Le manomètre mesure donc la pression absolue plutôt que la pression manométrique ou la pression différentielle. Ce type de manomètre peut être soit le style de puits du style de tube en U décrit ci-dessus. Les baromètres à mercure qui mesurent la pression atmosphérique sont un exemple courant de manomètre absolu.

Divers fluides sont utilisés dans les manomètres analogiques. Les fluides courants sont présentés dans le tableau 1 ci-dessous, qui sont parfois appelés fluides manométriques. En changeant le fluide utilisé, la précision, la portée et la sensibilité du manomètre analogique peuvent être modifiées. Les fluides avec des densités supérieures à l’eau fournissent des plages plus élevées mais des résolutions plus faibles. De même, l’abaissement de la densité du fluide manométrique, également appelé fluide indicateur, diminuera la plage de pression mais augmentera sa sensibilité.

Tableau 1 – Exemples de Fluides indicateurs pour utilisation dans les manomètres

* La densité représente le rapport de la densité du fluide par rapport à la densité de l’eau.

Fluide indicateur	Plage de température	Densité *
Mercure de haute pureté	-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

Les manomètres numériques et leur fonctionnement

Les manomètres numériques, également appelés manomètres électroniques, ne reposent pas sur l’équilibre hydrostatique des fluides pour déterminer la pression. Au lieu de cela, ils contiennent un transducteur de pression, un dispositif qui peut convertir un niveau de pression observé en un signal électrique dont la valeur caractéristique est proportionnelle à l’amplitude de la pression, ou une valeur proxy pour celle-ci. La partie élastique du transducteur dévie sous pression et cette déflexion est ensuite convertie en une valeur d’un paramètre électrique qui peut être détectée et calibrée à une lecture de pression. Les transducteurs de pression utilisent généralement l’un des trois types de paramètres électriques – résistifs, capacitifs ou inductifs.

1. Les transducteurs résistifs entraînent une déformation modifiant la résistance électrique d’une jauge de contrainte.
2. Les transducteurs capacitifs reposent sur les variations de la valeur de la capacité observées résultant de la déformation modifiant la position relative des deux plaques d’un condensateur.Les transducteurs inductifs utilisent la déformation de la partie élastique pour modifier le mouvement linéaire d’un noyau ferromagnétique attaché à l’intérieur d’une bobine ou d’un inducteur. Ce mouvement fait varier les champs électromagnétiques induits et le courant alternatif générés dans la bobine.

Pour effectuer des mesures sur des pressions très basses, il existe d’autres types de styles de capteurs de pression utilisés, notamment une jauge Pirani, un transducteur de type thermocouple et une jauge d’ionisation. Les manomètres basse pression sont également appelés micromanomètres.

Manomètres numériques certains avantages par rapport aux modèles analogiques. Les manomètres numériques:

• Sont de taille portable, pèsent moins et disposent d’écrans faciles à lire.
• Peut s’interfacer avec un ordinateur ou un automate programmable (PLC).
• Ne comptez pas sur l’utilisation de fluides manométriques, dont certains (mercure, par exemple) peuvent être toxiques.
• Ne sont pas sujets à des problèmes liés aux propriétés des fluides qui peuvent avoir un impact sur la précision des mesures.
• Peut corriger les écarts par rapport aux conditions standard via la programmation logicielle.

Comme ils ne sont pas un étalon primaire, ils nécessitent cependant un étalonnage périodique par rapport à un étalon primaire.

Corrections des propriétés des fluides Applicables aux manomètres

Les manomètres analogiques qui reposent sur les propriétés des fluides sont soumis à la nécessité de corrections. La densité des fluides n’est pas constante avec la température et l’intensité du champ gravitationnel varie en fonction à la fois de l’altitude au-dessus du niveau de la mer et de la latitude. Ces faits imposent l’utilisation de méthodes de correction et la nécessité d’établir des références standard afin qu’une définition de la pression puisse être établie et convenue. La référence 5 ci-dessous contient une explication complète des méthodologies applicables à ces corrections, qui ne sont présentées que brièvement ici.

• Correction de la Densité du fluide – ajuste le fait que la densité du fluide indicateur n’est pas constante avec la température
• Correction du Champ de Gravitation – ajuste la variation de la force du champ gravitationnel à une altitude et une latitude données, par rapport à sa valeur au niveau de la mer et à 45.54sur lattitude
• Correction pour la tête de pression – ajuste la différence entre la densité de la colonne de fluide et celle du milieu sous pression de même hauteur
• Correction pour les changements d’échelle – ajuste le fait que les gradations d’échelle marquées changeront leur distance de séparation en raison de la variation de la température à laquelle la lecture de pression est effectuée (ceci en raison de la dilatation / contraction thermique du matériau à partir duquel la balance est construite)
• Correction pour la compressibilité des fluides – cette correction est principalement applicable à des pressions plus élevées dans lequel la densité de fluide peut changer en raison de la compression du fluide
• D’autres corrections – celles-ci incluent l’absorption de gaz par le fluide qui peut modifier sa densité, ainsi que l’effet capillaire qui affecte la façon dont la lecture est interprétée à partir de l’échelle

Comment les manomètres sont utilisés

Les manomètres sont utilisés dans une variété d’industries et peuvent mesurer la pression et le débit. Les utilisations courantes comprennent:

• Maintenance des systèmes CVC
• Surveillance des conditions météorologiques et météorologiques
• Surveillance de la pression des gaz dans les systèmes de tuyauterie
• Mesures du débit de fluide
• Mesures physiologiques telles que la pression artérielle
• Surveillance du fonctionnement des systèmes de compresseur

Résumé

Cet article présente un bref aperçu des manomètres et de leur fonctionnement. Pour plus d’informations sur d’autres produits, consultez nos guides supplémentaires ou visitez la plate-forme Thomas Supplier Discovery pour localiser des sources d’approvisionnement potentielles ou consulter des détails sur des produits spécifiques.

Sources:

1. https://www.enotes.com/homework-help/how-does-manometer-work-what-its-purpose-how-can-531462
2. https://sciencing.com/do-manometers-work-5187684.html
3. https://www.brighthubengineering.com/marine-engines-machinery/106548-using-a-u-tube-manometer-for-measuring-fluid-and-gas-pressures/
4. https://faraday.physics.utoronto.ca/PVB/Harrison/Manometer/Manometer.htmlhttps://sciencing.com/inclined-manometer-advantages-8761430.html
5. https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN1573.pdf?&srch=1
6. https://www.surecontrols.com/how-low-pressure-transducers-work/
7. https://www.fierceelectronics.com/components/manometer-basics

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