تحقیقی در مورد انواع وسائل مورد استفاده برای اندازه گیری کمیت های سیالات

انواع وسائل مورد استفاده برای اندازه گیری کمیت های سیالات

3-1 مانومترهای شیشه ای
1- تیوب مخرن دار( یک شاخه ای
یکی از راههای اندازه گیری فشار استفاده از ستون مایع است. بدنی ترتیب که مقداری مایع به چگالی مشخص ( مثلاً جیوه) را درون مخزنی که به یم طرف آن لوله شیشه ای بلند و باریکی متصل است قرار داده و از طرف دیگر فشار را بدان اعمال می نمایند. به نسبت فشار وارده بر سطح مایع ارتفاع آن درون لوله باریک افزایش می یابد. در این حال فشار موجود برابر است با حاصلضرب ارتفاع مایع چگالی
ارتفاع مایع
چگالی مایع فشار
البته در عمل نیازی به ضرب کردن اعداد نداریم زیرا درجه بندی روی لوله باریک مستقیماً بر حسب یکی از آحاد فشار انجام شده است که ممکن است GR/CM,PSI و یا همان سانتیمتر جیوه باشد.
برای جلوگیری از اشتباه در اندازه گیری با این وسیله بایستی حتماً به این نکته دقت شود که هنگامیکه هیچگونه فشاری روی مانومتر نیست، انتهای ستون مایع دقیقاً مقابل صفر قرار داشته باشد. شکل فشار سنج نوع یک شاخه ای را نشان می دهد.

2- U تیو ب ساده
این وسیله تشکیل شده از یک لوله U شکل که محتوی مایعی با چگالی مشخشص می باشد. با اعمال فشار مجهول به یک طرف این لوله، ارتفاع ستون مایع در طرف دیگر افزایش می یابد. در این حالت داریم:
( چگالی و BC ارتفاع ستون مایع) BC× D+ فشاراتمسفر= فشار در نقطه A
و یا می توان گفت: BC×D = فشار نسبی در نقطه A
3- Uتیوب با ساقه مورب
این نوع U تیوب برای اندازه گیری فشارهای خیلی کم استفاده می شود این U تشکیل شده است از این ساقه مورب که یک سر آن متصل به مخزن محتوی مایع و سر دیگر به هوای آزاد مرتبط است(شکل 3-3)
فرض کنیم شیب لوله مورت برابر 1/5 باشد بدین ترتیب مایع درون لوله برای اینکه یک سانتیمتر تغییر ارتفاع دهد بایستی باندازه پنج سانتیمتر در طول لوله
جابه جا شود. بعبارت دیگر دقت اندازه گیری پنج برابر افزایش یافته است بدین ترتیب فشار خیلی کم را می توان اندازه گیری نمود.
انتخاب مایع درون مانومترها بستگی دارد به حدود فشاری که قرار است اندازه گیری شود. برای اندازه گیری فشارهای خیلی کم معمولاً از آب و برای فشارهای بالاتر از جیوه استفاده می شود.
4- اندازه گیری فشارهای زیاد بکمک U تیوب
برای اندازه گیری فشارهای بالاتر توسط U تیوب لازم است که طول ساقه آن را بسیار بلند در نظر بگیریم. مثلاً اگر بخواهیم فشاری در حدود T 3 تمسفر را اندازه گیری کنیم و مایع استفاده شده هم جیوه باشد طول ساقه U تیوب باید بیش از دو متر باشد که این خود ایجاد مشکل می نماید. برای حل این مشکل از U تیوبی استفاده می کنیم که یک سر آن بسته است و حجم مشخصی هوا در قسمت بالایی آن محبوس شده است. در این صورت هنگامیکه فشاری به ورودی مانومتر اعمال شود هوای محبوس فشرده شده و کاهش حجم می دهد:
قانون بویل PoVo=P1V1
با استفاده از این خاصیت و با توجه به اینکه سطح مقطع در تمام طول ساقه یکسان است. تغییر طول هوای درون ساقه متناسب با تغییر حجم و در نتیجه با تغیرات فشار خواهد بود. با درجه بندی مناسب می توان از این وسیله بعنوان یک فشار سنج رنج بالا استفاده نمود. PoHo=P1H1
سوال: اگر درحالتی که هیچ فشاری روی مانومتر نداریم طول هوای محبوس 30cm باشد. با اعمال هوای ورودی با فشار 3 اتمسفر طول هوای محبوس چقدر خواهد شد؟
شکل فشار سنج نوع U تیوب یک سر مسدود
3-2- وسایل قابل ارتجاع
1- لوله بوردون BOURDON TUBE
بوردون نوع C
این وسیله یکی از معمولترین و پر کاربرد ترین وسایل اندازه گیری فشار در صنعت می باشد. لوله بوردون بطور کلی عبارت است از یک لوله توخالی با سطح مقطع غیر دایره ای (تقریباً بیضی شکل)
اگر اینچنین لوله ای را بصورت منحنی درآوریم( مثلاً نیم دایره) یکسر آن را مسدود نموده و از سر دیگر فشای بدان اعمال نماییم چون فشار در تمام جهات بطور یکسان وارد می آید، سطح مقطع لوله میل به دایره ای شدن پیدا نموده و این امر باعث می گردد که از حال منحنی بطرف حالت مستقیم تغییر حالت دهد. بنابراین اگر طرفی را که فشار وارد لوله می شود ثابت نگهداریم مشاهده خواهیم نمود که طرف دیگر (سر مسدود) جابجا می شود مقدار این جابجایی متناسب است با میزان فشار ورودی و با اتصال سر مسدود به یک مکانیزم نشان دهنده می توان مقدار فشار را اندازه گیری نمود.
مکانیزم نشان دهنده تشکیل شده است از یک عقربه یک چرخ دنده کامل (Pinion) یک چرخ دنده ناقص (Sector) و بازوی رابط جابجایی سر لوله بوردون توسط بازوی رابط Sector منتقل شده و آن را حود محور خودش بچرخش در می آورد. این چرخش به Pinion که با عقربه هم محور است منتقل شده و نهایتاً عقربه بحرکت درآمده و در مقابل عدد مناسب قرار می گیرد.
تذکر: برای طول عمر بیشتر جلوگیری از فرسودگی شدید لوله بوردون معمولاً بیش از %60 مقدار ماگزیمم فشار مجاز را به آن اعمال نمی کنند.
جنس لوله بوردون بایستنی متناسب با خواص سیالی که قرار است. به آن اعمال گردد، انتخاب شود( معمولاً مسی یا استیل) ضخامت آن نیز به تناسب رنج کاری متفاوت است. از آنجایی که ابعاد لوله بودردون در مقدار نیروی حاصله که سبب جابجایی مکانیزم می گردد موثر است. بنابراین باید اندازه ها طوری انتخاب شوند که نیروی محرکه نسبت به نیروی اصطحکاک ( در رابطه با مکانیزم) بسیار بزرگ باشد تا بتوان از اصطحکاک صرف نظر نمود.
2- لوله بوردون حلزونی SPLRAL BOURDON TUBE
در لوله بوردون حلزونی که بصورت دایره های تو در تو( طبق شکل 9 تشکیل شده است میزان انحراف سر آزاد لوله به اندازه ای هست که نیازی به افزایش نداشته و لذا از وجود مکانیزم که در نوع C استفاده می شد بی نیاز باشد در این نوع سر آزاد لوله مستقیماً به محور عقربه متصل شده و به نسبت فشار وارده عقربه را منحرف می نماید.
شکل (3-9) فشار سنج نوع بوردون حلزونی را نشان می دهد.
شکل فشار سنج نوع بوردون حلزونی
3- لوله بوردون مارپیچ HELICA BOURDON TUBE
که به صورت شکل ( 3-10) بوده و از نظر کارکرد شبیه به نوع حلزونی است. از دو نوع بوردون حلزونی و مارپیچ بدلیل حساسیت بیشتری که نسبت به نوع C دارند برای اندازه گیری فشارهای کم استفاده می گردد.
شکل فشار سنج نوع بوردون مارپیچ
اندازه گیری سطح مایعات
برای اندازه گیری سطح مایعات طرق گوناگونی وجود دارد. یک طریق اندازه گیری مستقیم است ( اندازه گیری ارتفاع مایع) و طریق دیگر غیر مستقیم می باشد که خود انواع گوناگون دارد. بعنوان مثال با اندازه گیری فشار موجود در ته یک مخزن می توان به ارتفاع مایع درون آن پی برد. در اینجا به چند طریق اندازه گیری سطح که بیشتر معمول است می پردازیم.
1-اندازه گیری سطح بطور مستقیم
1-1- استفاده از لوله اندازه گیر
می دانیم که سطح مایع در دو ظرف مرتبط یکسان است( قانون ظروف مرتبطه) با استفاده از این خاصیت برای اندازه گیری سطح مایع از یک لوله شیشه ای مطابق شکل (3-16) استفاده می گردد.
شکل اندازه گیری سطح مایع با استفاده از لوله شیشه ای
این لوله از یک طرف به پایین ترین قسمت مخزن و از طرف دیگر به بالای آن متصل است، بدین ترتیب با یک نگاه به لوله شیشه ای می توان به سطح آن پی برد.
از آنجا که در فشارهای بالا خطر شکستن برای لوله های شیشه ای وجود دارد، در اینگونه موارد از یک لوله فلزی استفاده می شود که باریکه ای از آن از شیشه مقاوم ساخته شده است. طریق استفاده مشابه همان لوله شیشه ای است. به این لوله
Sight Glass Tube گفته می شود.
1-2- استفاده از توپی شناور BALL FLOAT
از ساده ترین روش های اندازه گیری سطح استفاده از توپی شناور است. توپی را که تبدیل تو خالی و سبک بودن روی سطح مایع قرار گرفته و به همراه آن تغییر مکان می دهد به یک مکانیزم نشان دهنده متصل می کنیم. این مکانیزم ممکن است از یک قرقره که عقربه ای به مرکز آن متصل شده تشکیل شده باشد و یا قرقره و شاقولی که در مقابل یک صفحه مدرج عمودی حرکت می کند.