مانومتر چیست؟
کلمه “مانومتر” از واژه های یونانی “مانوس” به معنای “نازک” و “مترون” به معنای “اندازه گیری” گرفته شده است. فشار را می‌توانیم به عنوان نیروی فیزیکی که بر یک جسم اعمال می‌شود تعریف کرده و برای یافتن این مقدار فشار از دستگاه‌هایی مانند مانومتر و فشارسنج استفاده کنیم. مانومتر یکی از وسیله‌هایی‌ست که برای اندازه‌گیری گاز محبوس شده در یک محفظه و فشار سیال و فشار مایع به کار می‌رود و می‌تواند برای اندازه‌گیری اختلاف فشار بین دو نقطه در یک لوله یا همچنین برای تعیین اختلاف فشار بین دو لوله استفاده شود. اما اگر بخواهیم تعریف ساده‌تری از مانومتر بدهیم این است که به هر دستگاهی که قابلیت اندازه گیری فشار را داشته باشد مانومتر می‌گوییم. البته باید در نظر داشت که مانومتر با فشارسنج متفاوت است.
مانومترها چگونه کار می‌کنند؟
مانومترها مخزنی حاوی مایع خاصی(جیوه و گاهی اوقات آب) دارند که تحت تاثیر نیروی فشار گاز یا مایع قرار می‌گیرند و نیرو یا فشار را اندازه گیری می‌کنند. بسته به نوع مانومتر و شکل آن این میزان نیرو را می‌توان تنظیم کرد. معمول‌ترین مانومترها به شکل U هستند که لوله‌های آن از یک سو آزاد است و از سوی دیگر به یک منبع گاز متصل می‌باشد. این منبع همان نمونه شبیه سازی شده اتمسفر زمین است و میزان فشار مایع درون لوله نسبت به فشار درون منبع سنجیده می‌شود. اگر فشار مایع درون لوله یک واحد از مایع منبع بیشتر بشود مایع درون لوله پایین می‌رود و مایع منبع یک واحد بیشتر می‌شود، به این ترتیب میزان فشار مایع درون لوله اندازه گرفته خواهد شد..البته مانومترها انواع و اشکال متفاوتی می‌توانند داشته باشند اما تمامی آنها را می‌توان به دو نوع اصلی یعنی مانومترهای آنالوگ و مانومترهای دیجیتال تقسیم بندی کرد که هر یک از آنها کارایی متفاوتی دارند و در صنایع مختلفی به کار می‌روند. از جمله: تعمیر و نگهداری سیستم های HVAC، پایش هواشناسی و شرایط جوی، پایش فشار گاز در سیستم‌های لوله‌کشی، اندازه‌گیری جریان سیال، اندازه‌گیری‌های فیزیولوژیکی مانند فشار خون و نظارت بر عملکرد سیستم های کمپرسور.
مانومتر ساده(آنالوگ): مانومترهای آنالوگ از مایعی استفاده می‌کنند و یک سر آن به جایی که می‌خواهیم فشار آن را اندازه‌گیری کنیم وصل می‌شود و قسمت دیگر لوله‌ی آن رو به اتمسفر باز خواهد بود. مایع‌های استفاده شده در این مانومترها از جیوه و یا آب می‌باشند.
مانومتر دیجیتال( دیفرانسیلی): برخلاف مانومترهای ساده، مانومترهای دیجیتال برای تشخیص فشار به تعادل هیدرواستاتیک مایعات (آب یا جیوه)متکی نیستند. در عوض این مانومترها مولفه‌ای به نام مبدل فشار دارند که سطح فشار مشاهده شده را به یک سیگنال یا مقدار الکتریکی تبدیل کرده و سپس این مقدار را به عنوان مقدار فشار موجود برای شما ثبت می‌کنند.
روش کار
روش کار مانومتر به این صورت است که اختلاف میان میزان فشار (گاز یا مایع) درون لوله را با یک منبع بیرونی مقایسه می‌کند، این منبع بیرونی معمولاً یک نمونه شبیه سازی شده از جو زمین است. مانومترها انواع مختلفی دارند و ساده‌ترین آنها یک لوله پیزومتر است که یک لوله سوار شده بر روی یک پایه است و مایع را نگه می‌دارد.
همان‌طور که گفتیم معمول‌ترین مانومترها به شکل U هستند، که لوله‌های آن از یک سو آزاد است و از سوی دیگر به یک منبع گاز متصل است؛ این منبع همان نمونه شبیه سازی شده اتمسفر زمین است و میزان فشار مایع درون لوله نسبت به فشار درون منبع سنجیده می‌شود. اگر فشار مایع درون لوله یک واحد از مایع منبع بیشتر بشود مایع درون لوله پایین می‌رود و مایع منبع یک واحد بیشتر می‌شود، به این ترتیب میزان فشار مایع درون لوله اندازه گرفته می‌شود.
انواع مانومتر
مانومتر برحسب نوع و شکل آن به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند. در ادامه انواع مانومتر را بررسی خواهیم کرد.
انواع مانومتر
مانومتر ساده
یک مانومتر ساده مانومتری است که از یک لوله‌ی شیشه‌ای تشکیل شده و یک سر آن به نقطه‌ای متصل است که می‌توان فشار را اندازه‌گیری کرد و انتهای دیگر لوله‌ی آن به سمت اتمسفر باز خواهد بود. این مانومتر چند مانومتر زیر مجموعه اصلی دارد که در زیر برای شما نام برده‌ایم:
- پیزومتر: پیزومتر ساده‌ترین شکل مانومتر است که عموما به عنوان مانومتر لوله باز شناخته می‌شود. یکی از لوله‌های این مانومتر به نقطه‌ای متصل است که فشار باید اندازه‌گیری شود و انتهای دیگر این مانومتر به سمت اتمسفر باز است. افزایش ستون مایع باعث ایجاد فشار در آن نقطه خواهد شد.
- مانومتر U شکل: این یک مانومتر است که شامل یک لوله شیشه‌ای است که به شکل U خم می‌شود و در آن یک سر لوله به نقطه‌ای متصل می‌شود که فشار باید اندازه گیری شده و سر دیگر آن به جو باز می‌ماند. هنگامی که لوله‌های مانومتر به اتمسفر باز می‌شوند، سطح سیال مایع موجود در ستون‌ها برابر خواهند شد و این نشان دهنده فشار اتمسفری زمین است. اما اگر یکی از ستون‌های آن به هر سیال دیگری متصل باشد، می توان تغییر در فشار اتمسفر را مشاهده کرد.
- مانومتر تک ستونی: این مانومتر شکل اصلاح شده مانومتر لوله U شکل است که در آن یک مخزن (بخشی از یک سطح مقطع بزرگ، نزدیک به ۱۰۰ برابر بیشتر از مساحت لوله)در مانومتر قرار میگیرد. وجود این مخزن دلیل تغییر فشار می‌شود و تغییر ارتفاع در ستون مایع مقدار فشار را نشان می‌دهد. این دستگاه از دو نوع است که شامل :
-
- مانومتر تک ستونی عمودی: در مانومتر تک ستونی عمودی یک عضو مانومتر از یک ساختار بزرگ کانتینر مانند تشکیل شده است که مخزن نامیده می‌شود و عضو دیگر مانومتر یک لوله ساده است. ارتفاعی که در لوله ایجاد می‌شود فشار را مشخص می‌کند.
- مانومتر تک ستونه: در مانومتر تک ستونی نیز درست مانند نوع قبلی یک بخش بزرگ وجود دارد که مخزن نامیده می‌شود و بخش دیگر مانومتر یک لوله ساده است که به زاویه خاصی متمایل است. بالا آمدن مایع در لوله فشار را تعیین می‌کند.
- مانومتر شیب دار: این دستگاه از نوع مانومتری است که لوله‌ای مایل به اندازه گیری حدود ده درجه دارد. این نوع مانومتر حتی به تغییرات کوچک فشار نیز حساس است و تنها برای تشخیص این تغییرات کوچک مورد استفاده قرار می گیرد.
مانومتر دیفرانسیلی
- مانومتر دیفرانسیلی U شکل: مانومتر دیفرانسیلی برای اندازه‌گیری فشار بین دو نقطه در یک لوله استفاده می‌شود و مانومتر U شکل نوعی مانومتر دیفرانسیلی است که از دو بخش تشکیل شده است که توسط یک لوله U شکل به هم متصل می‌شوند. در این مانومتر فشار بین دو نقطه اندازه‌گیری و تعیین می‌شود. تغییر در ارتفاع سیال با توجه به خط مرجع فشار ایجاد می‌کند. هنگامی که هر دو نقطه مشخص شده A و B در سطح متفاوتی باشند، آنگاه اختلاف فشار بین دو نقطه به صورت زیر خواهد بود:
- مانومتر دیفرانسیلی U شکل معکوس: مانومتر لوله U معکوس نوعی مانومتر دیفرانسیلی است که از دو بخش تشکیل شده است که توسط یک لوله U معکوس به هم متصل می‌شوند. در این مانومتر فشار بین دو نقطه اندازه‌گیری و تعیین می‌شود. تغییر در ارتفاع سیال با توجه به خط مرجع فشار ایجاد شده را مشخص خواهد کرد.
نحوه محاسبه فشار به کمک مانومتر
برای محاسبه فشار با استفاده از مانومتر، معمولاً از یکی از دو روش زیر استفاده می‌شود، به ترتیب از مانومترهای معمولی و مانومترهای آبی:
محاسبه فشار با استفاده از مانومترهای معمولی:
– ابتدا، خواندن مقدار فشار نشان داده شده در مانومتر را از خواندن فشار اتمسفری که برابر با 101325 پاسکال است کم کنید.
– سپس مقدار حاصل را به واحد مورد نظر تبدیل کنید (معمولاً بار یا پاسکال).
محاسبه فشار با استفاده از مانومترهای آبی:
– در مانومترهای آبی، فشار به ارتفاع آب در لوله نشان داده شده توسط مانومتر مرتبط است.
– برای محاسبه فشار، ارتفاع آب موجود در لوله را به واحد فشار تبدیل کنید. به عنوان مثال، 1 متر آب به ارتفاع حدوداً 9.81 کیلوپاسکال منتقل می‌شود.
با انجام این مراحل، می‌توانید فشار مورد نظر را با استفاده از مانومتر محاسبه کنید.
کاربرد مانومتر
به صورت کلی مانومتر در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار میگیرد:
کاربرد مانومتر
-
صنایع مختلف: از مانومتر در صنایع مختلف برای اندازه‌گیری فشار در ماشین‌آلات، سیستم‌های گرمایشی و سردایشی، توربین‌ها و غیره استفاده می‌شود.
-
آزمایشگاه‌ها: در آزمایشگاه‌ها برای اندازه‌گیری فشار گازها و مایعات، تغییرات فشار در راکتورها و تجهیزات آزمایشگاهی به کار می‌رود.
-
تجهیزات پزشکی: در تجهیزات پزشکی مانند دستگاه‌های تنفس مصنوعی، مانومتر برای اندازه‌گیری فشار هوا استفاده می‌شود.
-
تاسیسات ساختمانی: در تاسیسات ساختمانی برای اندازه‌گیری فشار آب، گاز و سیستم‌های گرمایشی و سردایشی از مانومتر استفاده می‌شود.
-
سیستم‌های مهندسی: در سیستم‌های مهندسی مختلف مانومتر برای نظارت بر فشارهای سیستم، اندازه‌گیری فشار در لوله‌ها و تجهیزات مورد استفاده قرار میگیرد.
- جوشکاری: مانومتر در جوشکاری برای کنترل و نظارت بر فشار گاز محافظ مورد استفاده قرار میگیرد. این فشارها می‌توانند برای پیشرفته‌ترین فرآیندهای جوشکاری حائز اهمیت باشند.
به طور کلی، مانومتر به عنوان یک وسیله مهم برای اندازه‌گیری فشار و کنترل فرایندها در مکان‌ها و صنایع مختلف استفاده می‌شود.
سخن پایانی
در این مقاله سعی ما بر این بوده تا اطلاعات دقیقی در مورد مفهوم مانومتر و انواع آن به شما عزیزان ارائه دهیم. این مقاله با شفاف سازی پرسش اول یعنی اینکه «مانومتر چیست؟» شروع می‌شود. در این مقاله انواع مانومترها به همراه نمودار مانومتر توضیح داده شده و همچنین مانومتر دیفرانسیلی و انواع آن را با یک نمودار برایتان شرح دادیم. امیدواریم این مقاله برای شما جهت آشنایی با انواع مانومترها مفید بوده و به شما کمک کرده باشد. از اینکه این مقاله را مطالعه نمودید متشکریم، اگر انتقاد و پیشنهادی در پیرامون این مقاله دارید در قسمت دیدگاه بنویسید.
سوالات متداول
در انتها به بررسی سوالات متداول پیرامون مانومتر می پردازیم
مانومتر چه کاربردهایی دارد؟
مانومتر در صنایع مختلف، جوشکاری، آزمایشگاه‌ها، تاسیسات، تجهیزات پزشکی و سیستم‌های مهندسی برای اندازه‌گیری فشار و کنترل فرایندها استفاده می‌شود.
مانومتر فقط برای اندازه گیری فشار مورد استفاده قرار میگیرد؟
منابع: