پاورپوینت مانومتر فشارسنج

بسم الله الرحمن الرحیم

پروژه نصب و تعمیر(مانو مترها)

مانومتر(فشارسنج):
فشار:
یکی از مهمترین خواص سیالات فشاراست.فشار عبارتست از نیروی وارد بر واحد سطح به عبارتی:
P=F∕A
طبق این فرمول فشار شاخص شدت نیرو میباشد و واحدآن:
N/m²
میباشد.

یعنی اگر یک نیوتن بر سطحی برابریک متر وارد شود یک پاسکال فشاراعمال میشودوچون پاسکال واحد کوچکی است معمولا از کیلو پاسکال (10³پاسکال)و یا مگا پاسکال(10)استفاده می شود

.

اصول زیر در مورد شاره ها(مایعات وگازها)در حالت سکون معتبر و قابل استفاده است:
فشار در یک نقطه:
فشار نقطه ای در یک سیال در تمام جهات یکسان است

فشار وارد بر جدارها:
هر کجا که شاره با دیواره یا جداری تماس داشته باشد فشار یا نیروی وارده بر جدار در هر نقطه از آن در امتداد عمود بر سطح در آن نقطه اعمال میشود.این خاصیت مهم سیال از آنجا ناشی میشود که در یک شاره ساکن هیچگونه نیروی برشی که در اثر اصطکاک ناشی از حرکت شاره ه ها ظاهر می شود،در میا ن نیست.بعبارتی مولکولهای آزادانه روی هم می لغزند و می توان آنها را به گوی های بسیار ریزی شبیه آنچه در در زیر نشان داده شده،تشبیه نمود.واضح است که جهت نیروی وارده بر هر نقطه از جدار در امتداد عمود بر آن است.

انتقال فشار:
اگر چنانچه فشاری بر نقطه های از یک شاره محبوس و یا مجموعه ای از شاره های مسدود وارد گردد،آن فشار بدون کم وکاست به تمامی نقاط انتقال می یابداین اصل مهم بنام اصل پاسکال موسوم است که در مورد همه شاره ها یا مجموعه ای توام از آنها بکار می رود.د در شکل مقابل اگر فشار1پاسکال به پیستون وارد شود تمام فشار سنج ها افزایش فشار1پاسکال را نشان خواهند داد.

تغییر فشار با تغییر عمق:
فشار هر نقطه مایع به طور مستقیم متناسب با عمق آن افزایش می یابد(عمق نسبت به سطح آزاد مایع)این موضوع را با در نظر گرفتن
نسبت به سطح آزاد مایع قرار گرفته روشن نمود.(مانند شکل)h سطح کوچکی ار مایع که در عمق
F=v g ρ=Ahρg
P=F/A=ρ g h=>

توجه:
1-از آنجا که فشار با عمق تناسب مستقیم دارد توزیع آن (همانطور که در شکل ملاحظه میگردد)مثلث گونه خواهد بود.

2-فرمول(1)نشان میدهد که فشار درون مایع از وزن آن ناشی می شود واگر چنانچه سطح آزاد مایع در فشار متعارفی باشد این فشار عقره ای را نشان میدهد و چنانچه سطح آزاد مایع در فشاری غیر از فشار متعارفی بباشد می بایست انرا منظور داشت.

مثال:

P=ρ g h=0.9*1000*9.81*2.5=22.1(pa)
کل P=22.1 باشد:P=0الف)اگر
کل P=25+22.1=47.1 P=25ب )اگر
کل P=-10+22.1=12.1 P=-10ج )اگر

آحادومقیاسهای اندازه گیری فشار:
فشار را میتوان نسبت به هرمبنای دلخواه بیان کرد اما معمولا یا نسبت به صفر مطلق بیان میشود یانسبت به فشار اتمسفر محلی.
فشار نسبت به خلامطلق را فشار مطلق گویند.فشار نسبت به فشار اتمسفر محلی را فشار نسبی گویند .وسایل اندازه گیری فشار (گیج ها)معمولافشار نسبی را نمایش می دهند.از اینروفشار نسبی،فشار گیج نیز نامیده میشود
در شکل زیروابط بین واحدهای متداول اندازه گیری فشار نشان داده شده است فشار اتمسفر استاندارد،فشار متوسط در سطح دریاست و برابر است با . 760mmHg

وسایل سنجش فشار:
در شکل زیر یک فشار سنج بوردون نشان داده شده ا ست.این وسیله برای اندازه گیری فشار نسبی به کار میرود. در این فشار سنج یک لوله فلزی خمیده وجود دارد که انتهای آن بسته است.ابتدای لوله به محلی که فشار آن باید اندازه گیری شود متصل میگردد،وقتی که فشار در داخل لوله افزایش یابد،لوله تمایل پیدا می کندکه مستقیم شود و انتهای ان حرکت می کند،حرکت انتهای لوله توسط مکانیزمی باعث حرکت عقربه میشود.هنگامی که فشار داخل وخارج لوله برابر باشد،صرفنظر از اینکه فشار چقدر باشد،عقربه صفر را نشان میدهد.صفحه فشار سنج را بر حسب واحد مناسبی مدرج میکنند.واحدهای متداول عبارتنداز:پاسکال،سانتی متر جیوه ومیلی متر جیوه.

بارومتر:
فشار اتمسفر محلی را با بارو متر خشک یا بارو متر جیوهای اندازه گیری می کنند. .بارو متر خشک اختلاف فشار اتمسفر و یک جعبه تو خالی را اندازه گیری می کند.طرز کار بارومتر خشک شبیه فشار سنج بوردون است با این تفاوت که در این حالت لوله تخلیه ودرز بندی شده است.
بارومتر جیوهای ،لوله ای است شیشه ای که یک طرف آن بسته است.لوله را با جیوه پر کرده آن را وارونه نموده،انتهای باز آن را در ظرف جیوه غوطه ور می کنند(مانند شکل زیر)بارو متر دارای خط کش مدرج است که ارتفاع ستون جیوه از روی آن قرائت می شود.در داخل بارومتر در بالای سطح جیوه،بخار جیوه وجود دارد.اگر فشار بخار جیوه در دست باشد باید آن را با مقدار قرائت شده از روی ما نومترجمع نمود.

پیزو متر ومانو متر:
یکی از روشهای ساده و معمولی برای اندازه گیری فشار شاره ها(در فشار کم)استفاده از پیزومتر و مانومتر است که هر دوی این فشار سنجها اساس شان برمشاهده تغییر ارتفاع ستون ( یا ستون هایی)از مایع که تعادل یافته اند ، قرار دارد.در زیرانواع اینها مختصرا شرح داده خواهد شد.
پیزومتر:
ساده ترین وسیله اندازه گیری فشار(در حقیقت ساده ترین نوع مانو متر) عبارتست از یک لوله شفاف باریک که یک انتهای آن بطور عمودی به لوله اصلی یا نقطه مورد توجه مخزن اتصال یافته و سر دیگرش باز و در نقطه ای بالاتر قرار گرفته است، .نکته مهم این است که اتصال به نقطه موردنظر بایستی در جهت عمود بر جدار درآن محل باشد در غیر این صورت فشار اندازه گرفته شده درست نخواهد بود.پیزو مترها وسیله ای ساده و دقیق برای اندازه گیری فشار شاره ها هستند ولی فقط برای مایعات نا فرار و غیر سمی در فشار های کم مناسب اند.

مثال:
برای پیزو متری که در شکل ملاحظه میشود ، تعیین کنید:فشار پیزو متر واقع در ورود گاه مخزن.ب-فشار در قاعده آنرا.ج-فشار در فضای بالای آنرا.
الف)
فشار در پیزو متر واقع در ورود گاه=ρ g h=0.78*1000*9.81*0.8=6.12kpa
فشار در قاعده مخزن=0.78*1000*9.81*0.9=6.89kpa
ب)
ج)
فشار در بالای مخزن=0.78*1000*9.81*0.2=1.53kpa

پیزو متر شیب دار:
هرگاه فشاری که مورد اندازه گیری است، کوچک باشدبا مورب کردن لوله پیزومتر میتوان دقت عمل را بیشتر نمود.در این مورد فشار در محور لوله اصلی را از طریق اندازه گیری طول مایع در لوله مورب، بدین طریق بدست می آورند.

P=ρ g h
h=x sin Ø
در آن:h که

مثال:
پیزو مترموربی جهت انداره گیری فشار آب در یک لوله افقی به قطرداخلی 100 میلی متر بکار رفته است در صورتیکه زاویه تورب 30 درجه وطول مایع در لوله مورب (نسبت به محور لوله اصلی)350میلی متر باشد،فشار آب در لوله (منظور محور لوله اصلی)و همچنین جدارهای بالا و پایین آنرا ب دست آورید.
X=350mm , ρ=1Kg/m³
h=x* sin30=0.35*sin30=0.175حل:

P=1000*9.81*0.175=1.72kpa فشار در مرکز لوله:

h=0.175-0.05=0.125فشار در جدار بالایی :
P=1000*9.81*0.125=1.23kpa

h=0.175+0.05=0.225فشار در جدار پایین:

P=1000*9.81*0.225=2.21kpa

مانو متر:
استفاده می شود،این کارسبب شودکه با آن بتوان هم فشار U بشکل از پیزو متر است که در آن از لوله خمیده مانو متر حالتی
مایعات و هم فشار گازها را اندازه گیری نمود، بوسیله آن میتوان فشار نسبی منفی را اندازه گیری نمود( انجام این کار بوسیله پیزومتر ممکن نیست، زیرا در این صورت هوا به داخل مخزن جریان خواهد یافت)و همچنین فشارهای نسبتا بزرگتر را اندازه گیری نمود (در پیزو متر برای این کار نیاز به لوله با طول بسیار بلندمیباشد).
با استفاده از مایع با چگالی بیشتر میتوان فشارهای بزرگتر را اندازه گیری نموداین مایع که مایع مانومتری نامیده میشود بایستی با مایع داخل مخزن-که در اینجا میتواند گاز هم باشد-نامحلول باشد.
این وسیله نیز میبایست مانند پیزومتر به طور عمودی به محل اتصال نصب شودولی بر خلاف پیزو متر میتوان آن را در بالا یا پایین لوله اصلی متصل نمود.

محاسبات مانومتری:
گازها و بخار:
وقتی از مانو متر جهت اندازه گیری فشار گاز یا بخار استفاده میشود محاسبات مربوط مثل پیزو متر است،یعنی فقط کافی است اختلاف سطح مایع مانو متری را اندازه بگیریم .

مایعات:
هر گاه از مانو متر جهت اندازه گیری فشار مایعات استفاده شود میبایست جرم حجمی مایعی که فشارش اندازه گیری میشود ونیز مایع مورد استفاده در فشار سنج مورد توجه قرار گیرد. اصل اساسی که در این فشار سنجها به کار میرود این است که:
در یک مایع پیوسته فشار در هر سطح افقی یکسان است.برای توضیح شکل یر را در نظر می گیریم.
در هر سطح افقی واقع بین تراز و تراز فشار موجود در ساقه چپ با ساقه راست برابر است زیرا که بین این دو تراز تنها یک مایع پیوسته وجود دارد. در بالای تراز در هر سطح افقی فشار دو سا قه یکسان نیستند ،زیرا که در آن سطوح یک مایع پیوسته وجود ندارد.لذا برای محاسبات فشار ،تراز مناسبترین تراز بوده و بعنوان مبنا مورد استفاده قرار میگیرد.
X-X
Y-Y
X-X
X-X

مثال:
مانومتری که در شکل نشان داده شده مایعش جیوه است و از آن جهت اندازه گیری فشارآب در لوله استفاده میشود اگر چنانچه تراز 400میلی متر پایین تر از محور لوله و ارتفاع جیوه در ساقه دست راست 220میلی متر بالاتر از ساقه سمت چپ باشد فشار آب در محور لوله را حساب کنید.
حل:
بااستفاده از تراز بعنوان مبنا داریم:
فرض کنیم فشار آب لوله باشد. در ساقه سمت چپ فشار در تراز برابر
خواهد بود با:
P=p +ρ g h (آب)=
p*10³*+10³*9.81*0.4=
p+3.92kpa
در ساقه سمت راست فشار در تراز برابر است با:
P=ρ g h (جیوه) =
13.6*10³*9.81*0.22=29.35kpa
از آنجا که در تراز فشار در دو ساقه یکسان است:
P+3.92=29.35=>
p=29.35-3.92=25.43kpa

X-X
X-X
P
X-X
X-X

مانومتر شیب دار:
وقتی که یک ساقه مانو متر مورب باشد محاسبات عینا مثل حالت بالا ست. با این تفاوت که بجای طو ل مایع در ساقه مورب ارتفاع عمودی آن را در محاسبات بکار می برند.

مانومتر تفاضلی:
دلیل اینکه به این نوع مانو متر تفاضلی گفته میشود این است که این دستگاه فشار را اندازه نمیگیرد ، بلکه اختلاف فشار بین دو نقطه را اندازه می گیرد.
از آنجایی که در بالاتر از دو ساقه مانومتر از یک مایع پر شده اند لازم نیست به حساب آیند، زیرا که اثرفشار ناشی از مایع در هر دو ساقه یکسان است.
در ساقه سمت چپ (اگر تراز را مبنا قرار دهیم) خواهیم داشت:
P=p'+ ρ g h
در ساقه سمت راست(نسبت به همان مبنا):
P=p” +ρ¡ g h
که در آن جرم حجمی مایع مانومتر است.
P '+ρ g h=P "+ρ¡ g h
P'-P"=ρ¡ g h – ρ g h

P'-P"=(ρ¡- ρ) g h
این رابطه برای هر مانو متر تفاضلی افقی بکار میرود.
ρ¡
X-X
h

منابع:
مکانیک سیالات(ویکتورال.استریتر ای . بنجامین وایلی ، ترجمه :مهندس علیرضا انتظاری)
مکانیک سیالات کاربردی(راجر کینسکی ترجمه :دکتر محمد نبی سر بلوکی)