Allt om manometrar – vad de är och hur de fungerar

guider

manometrar är precisionsinstrument som används för att mäta tryck, vilket är den kraft som utövas av en gas eller vätska per ytenhet på grund av effekterna av vikten av den gasen eller vätskan från tyngdkraften. Beroende på typ och hur de konfigureras kan manometrar ställas in för att ge en mätning av olika tryckvärden. En vanlig typ av manometer som de flesta känner till är den som läkare och läkare använder för att mäta och övervaka patientens blodtryck. Denna typ av manometer kallas en sphygmomanometer.

den här artikeln kommer att beskriva de olika typerna av manometrar, förklara hur de fungerar, presentera sina applikationer och diskutera korrektionsfaktorhänsyn som används för manometrar.

Tryckdefinitioner

det är användbart att granska några grundläggande principer som relaterar till tryck. Tryck är ett mått på mängden kraft (F) som utövas per ytenhet (A):

måttenheten för tryck är därför ett kraftvärde dividerat med ett kvadratdistansvärde. I metriska enheter är enheten ett mått för tryck Newtons / (meter)2, känd som en Pascal (Pa). Andra vanliga tryckenheter inkluderar pund per kvadrattum (psi), millibarer, atmosfärer (atm), millimeter kvicksilver (mm Hg) och tum vatten (i H2O).

Tryck kan representeras i termer av tre specifika kategorier:

• absolut tryck
• Gauge tryck
• differenstryck

absolut tryck mäter värdet av tryck som utövas i förhållande till det absoluta nolltrycket i ett vakuum. Gauge tryck presenterar skillnaden mellan det uppmätta värdet av trycket och det lokala atmosfärstrycket (tänk i termer av en däcktrycksmätare). Differenstryck används för att beskriva att göra en mätning som är skillnaden mellan två (okända) trycknivåer, där det inte anges ett referenstryck, men att mäta mängden tryck som de två skiljer sig åt är fortfarande viktigt.

därför kan totalt eller absolut tryck definieras i termer av mätartryck och atmosfärstryck enligt följande:

typer av manometrar

manometrar kan i stort sett klassificeras som av två huvudtyper, analoga manometrar och digitala manometrar, vilka var och en diskuteras nedan.

analoga manometrar och hur de fungerar

analoga manometrar använder sig av en vätska som finns i ett U-format rör och arbetar med principen om hydrostatisk balans. Vätskan i röret kommer att sätta sig till samma höjd i varje ben av röret när båda ändarna är öppna för atmosfärstryck. Men om positivt tryck appliceras på ett av benen på det U-formade röret, kommer vätskenivån att falla i det benet och stiga i det andra benet. Detta beror på att trycket kommer att tvinga vätskan att falla i det ena benet och stiga i det andra tills vikten av vätskekolonnen som härrör från det applicerade trycket är tillräckligt för att motsätta sig det tryckvärdet. Följaktligen representerar det vertikala avståndet mellan vätskenivån i rörets två ben ett mått på mängden tryck som appliceras. Dessa vanliga typer av analoga manometrar kallas U-rörmanometrar. Det tryckvärde (P) som observeras är en funktion av höjden (h) och densiteten (XXL) hos vätskan som används i manometern, värdet (g) som representerar gravitationskonstanten.

en annan typ av analog manometer är manometern av brunnstyp, ibland kallad en cisternmanometer. Manometern av brunnstyp är som U-rörstilen, skillnaden är att ett av benen på U har en tvärsnittsarea som är mycket större än det andra benet. Detta arrangemang resulterar i en mindre rörelse av vätskenivån i det större benet när det utsätts för tryck, vilket effektivt tillåter användning av en enda skala att läsa för att erhålla tryckvärdet, i motsats till två skalor i U-rörstilen.

lutande manometrar som namnet antyder är utformade med ett rör som inte sitter vertikalt utan snarare i en grund vinkel i förhållande till horisontalplanet. Denna design gör att en relativt liten mängd tryckförändring kan observeras av instrumentet, vilket ger förbättrad känslighet och upplösning.

en annan typ av manometer kallas en absolut manometer. Absoluta manometrar använder ett förseglat ben som tillåter endast ett ben av manometerröret att utsättas för yttre tryck. På den förseglade sidan finns ett vakuumtillstånd som representerar absolut nolltryck förseglat av en kolonn av kvicksilver. Manometern mäter därför absolut tryck snarare än mättryck eller differenstryck. Denna typ av manometer kan vara antingen väl stil U-rör stil som beskrivs ovan. Kvicksilverbarometrar som mäter atmosfärstrycket är ett vanligt exempel på en absolut manometer.

olika vätskor används i Analoga manometrar. Vanliga vätskor visas i Tabell 1 nedan, som ibland kallas manometriska vätskor. Genom att ändra den använda vätskan kan noggrannheten, räckvidden och känsligheten hos den analoga manometern varieras. Vätskor med densiteter högre än vatten ger högre intervall men lägre upplösningar. På samma sätt minskar densiteten hos den manometriska vätskan, även kallad indikeringsvätskan, tryckområdet men ökar dess känslighet.

Tabell 1 – exempel på indikering av vätskor för användning i manometrar

* specifik vikt representerar förhållandet mellan vätskans densitet i förhållande till vattnets densitet.

indikerar vätska	temperaturområde	specifik vikt*
kvicksilver med hög renhet	-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

digitala manometrar och hur de fungerar

digitala manometrar, även kända som elektroniska manometrar, lita inte på hydrostatisk balans av vätskor för att bestämma tryck. Istället innehåller de en tryckgivare, en anordning som kan omvandla en observerad trycknivå till en elektrisk signal vars karakteristiska värde är proportionellt mot eller en proxy för tryckets storlek. Den elastiska delen av givaren avböjer under tryck och den avböjningen omvandlas sedan till ett värde av en elektrisk parameter som kan detekteras och kalibreras till en tryckavläsning. Tryckgivare använder vanligtvis en av tre typer av elektriska parametrar – resistiv, kapacitiv eller induktiv.

1. resistiva givare resulterar i deformationen som ändrar det elektriska motståndet hos en töjningsmätare.
2. kapacitiva givare förlitar sig på förändringar i kapacitansvärdet som observerats till följd av deformationen som ändrar den relativa positionen för de två plattorna i en kondensator.
3. induktiva givare använder deformationen av den elastiska delen för att ändra den linjära rörelsen hos en fäst ferromagnetisk kärna i en spole eller induktor. Denna rörelse varierar den inducerade emf och växelström som genereras i spolen.

för att utföra mätningar på mycket låga tryck finns det ytterligare typer av tryckgivare som används, inklusive en Pirani-mätare, termoelement typ givare och joniseringsmätare. Lågtrycksmanometrar kallas också mikromanometrar.

digitala manometrar några fördelar jämfört med analoga modeller. Digitala manometrar:

• är bärbara i storlek, väger mindre och har lättlästa skärmar.
• kan samverka med en dator eller programmerbar logikstyrenhet (PLC).
• lita inte på användningen av manometriska vätskor, varav vissa (t.ex. kvicksilver) kan vara giftiga.
• är inte föremål för frågor som rör flytande egenskaper som kan påverka mätnoggrannheten.
• kan korrigera för avvikelser från standardvillkor via programvaru programmering.

eftersom de inte är en primär standard, kräver de emellertid periodisk kalibrering mot en primär standard.

Fluid Egenskapskorrigeringar tillämpliga på manometrar

analoga manometrar som är beroende av vätskans egenskaper är föremål för behovet av korrigeringar. Vätskans densitet är inte konstant med temperaturen och gravitationsfältets styrka varierar som en funktion av både höjden över havet och latitud. Dessa fakta kräver användning av korrigeringsmetoder och behovet av att fastställa standardreferenser så att en definition av tryck kan fastställas och överenskommas. Referens 5 nedan innehåller en fullständig förklaring av de metoder som gäller för dessa korrigeringar, som endast kortfattat presenteras här.

• korrigering för Vätsketäthet-justerar för det faktum att indikeringsvätskans densitet inte är konstant med temperaturen
• korrigering för gravitationsfält – justerar för variationen i gravitationsfältets styrka vid en given höjd och latitud, i förhållande till dess värde vid havsnivå och 45.54på lattitude
• korrigering för tryckhuvud – justerar för skillnaden mellan vätskekolonndensiteten och tryckmediet med samma höjd
• korrigering för Skalförändringar-justerar för det faktum att de markerade skalgraderingarna kommer att ändra deras separationsavstånd på grund av förändringen i temperaturen vid vilken tryckavläsningen utförs (detta på grund av termisk expansion/sammandragning av materialet från vilket skalan är konstruerad)
• korrigering för kompressibilitet av vätskor – denna korrigering är huvudsakligen tillämplig vid högre tryck där vätsketätheten kan förändras på grund av vätskans kompression
• andra korrigeringar – dessa inkluderar absorptionen av gas av vätskan som kan ändra dess densitet, liksom kapilläreffekten som påverkar hur avläsningen tolkas från skalan

hur manometrar används

manometrar används i en mängd olika branscher och kan mäta tryck och flödeshastighet. Vanliga användningsområden inkluderar:

• HVAC-system underhåll
• meteorologiska och väderförhållanden övervakning
• Gastrycksövervakning i rörsystem
• Vätskeflödesmätningar
• fysiologiska mätningar såsom blodtryck
• övervakning kompressorsystem operationer

sammanfattning

den här artikeln presenterade en kort genomgång av manometrar och hur de fungerar. För information om andra produkter, se våra ytterligare guider eller besök Thomas Supplier Discovery Platform för att hitta potentiella leveranskällor eller se detaljer om specifika produkter.

källor:

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.html
5. https://www.meriam.com/assets/eng/050-MHB-1.pdf https://sciencestruck.com/manometer-working-principle-types-applications
6. http://www.dwyer-inst.com/DC/HVACCatalog/
7. http://www.validyne.com/blog/simplicity-accuracy-nothing-beats-pressure-manometer/
8. https://sciencing.com/inclined-manometer-advantages-8761430.html
9. https://www.nxp.com/docs/en/application-note/AN1573.pdf?&srch=1
10. https://www.surecontrols.com/how-low-pressure-transducers-work/
11. https://www.fierceelectronics.com/components/manometer-basics

andra skiffer konst

• mätning av daggpunkten
• allt om fuktanalysatorer och fuktmätare