پاورپوینت اندازه گیری فشار

بخشی از پاورپوینت

اسلاید 1 :

اندازه گیری فشار

با توجه به اینکه فشار یکی از ویژه گی های مهم یک سیال است، عجیب نیست که وسایل و روش های مختلفی برای اندازه گیری آن استفاده می شود. همان طور که قبلا گفته شد، فشار در داخل یک توده سیال را می توان به دو صورت فشار مطلق (Absolute pressure) یا فشار نسبی (pressure gage) بیان کرد. فشار مطلق نسبت به خلاء کامل (صفر مطلق) اندازه گیری می شود و فشار نسبی، نسبت به فشار هوای محلی اندازه گیری می گردد. بنابراین فشار نسبی صفر مشابه است با فشار مطلقی برابر با فشار هوای اتمسفر محلی. فشارهای مطلق همواره مثبت هستند اما فشارهای نسبی می تواند مثبت یا منفی باشد، بستگی به این دارد که آیا فشار بیشتر از فشار هواست ( مثبت) و یا کمتر از فشار هوا است (منفی). فشار نسبی منفی نیز به عنوان مکش یا خلاء شناخته می شود. اگر فشار هوا برابر با 14.7 psi در نظر گرفته شود، به عنوان مثال فشار مطلق 10 psi معادل با فشار نسبی -4.7 psi است که مکش 4.7 psi یا خلاء 4.7 psi نیز گفته می شود.

اسلاید 2 :

علاوه بر مرجعی که برای اندازه گیری فشار استفاده می شود، واحدهای که مقادیر برحسب آن ها بیان می شوند، نیز مهم هستند. همان طور که می دانیم فشار، نیرو بر واحد سطح است و واحد آن در سیستم BG، lb/ft² یا lb/in² است که به اختصار به صورت psf یا psi بیان می شود. در سیستم SI نیز واحد N/m2 است که به آن پاسکال نیز گویند و به صورت Pa (1 N/m² = 1 Pa) نشان داده می شود.

همچنین فشار را می توان به صورت ارتفاعی از ستون مایع بیان کرد. بنابراین ارتفاع متناسب با ارتفاع ستون خواهد بود (in, ft, mm, m و غیره)، علاوه براین مایع داخل ستون نیز باید مشخص باشد (آب H2o، جیوه Hg و غیره). به عنوان مثال، فشار هوای استاندارد را می توان به صورت فشار مطلق 760 mmHg بیان کرد. در ادامه بحث منظور از کلمه فشار، فشار نسبی است مگر در موارد خاص که عبارت فشار مطلق ذکر گردد. برای مثال منظور از 10 psi یا 100 kPa فشار نسبی است، در حالیکه 10 psi یا 100 kPa (abs) فشار مطلق است. توجه داشته باشید که اختلاف های فشار مستقل از مرجع مورد استفاده است.

اندازه گیری فشار هوا معمولا با یک بارومتر جیوه ای انجام می شود، که در ساده ترین شکل، شامل یک لوله یک سر بسته می شود که از سمت باز آن مطابق شکل در یک ظرف محتوی جیوه فرو برده می شود.
لوله ابتدا توسط جیوه کاملا پر می شود طوریکه سمت باز آن در بالا قرار گیرد، سپس لوله را چرخانده در داخل ظرف جیوه قرار داده، طوریکه سمت باز آن در پایین قرار گیرد. ستون جیوه در موقعیتی قرار خواهد گرفت که
وزن آن به اضافه نیروی ناشی از فشار بخار در بالای ستون جیوه با نیروی ناشی از فشار اتمسفر در حالت تعادل قرار گیرد

اسلاید 3 :

در این رابطه ɣ وزن مخصوص جیوه است. با توجه به اینکه مقدار فشار بخار خیلی کوچک است، در اکثر کاربردهای عملی می توان از فشار بخار صرف نظر کرد (برای مثال فشار بخار جیوه در دمای 68ºF Pvapor=0.000023 lb/in² (abs) است)

معمولا فشار هوا را برحسب ارتفاع (h) برحسب میلیمتر یا اینچ جیوه بیان می کنند. اگر بجای جیوه از آب استفاده شود، ارتفاع ستون تقریبا 34 ft بیشتر از 29.9 inHg برای فشار هوای 14.7 psiخواهد شد.
مثال: یک دریاچه کوهستانی متوسط دما 10 درجه سانتیگراد و ماکزیمم عمق آن 40 m است. اگر فشار بارومتری برابر با 598 mmHg باشد، فشار مطلق را در عمیق ترین قسمت دریاچه برحسب پاسکال تعیین کنید.

P0 فشار هوای محلی است که به صورت زیر قابل محاسبه است:

اسلاید 4 :

مانومتری (اندازه گیری فشار با استفاده از مانومتر)
یکی از روش های اندازه گیری فشار استفاده از ستون مایع در لوله های عمودی یا مایل است. وسیله های اندازه گیری فشار مبتنی بر این روش را مانومتر نامند. بارومتر جیوه ای یکی از انواع مانومترهاست، تعداد زیادی از شکل های دیگر وجود دارد که هر یک کاربرد خاص خود را دارند. سه نوع متداول مانومترها، شامل لوله پیزومتری، مانومتر U شکل و مانومتر مایل هستند.
ساده ترین نوع مانومتر، شامل یک لوله عمودی است که از قسمت بالا باز و از طرف دیگر به مخزنی متصل می باشد که هدف اندازه گیری فشار آن است. با توجه به اینکه مانومتر حاوی ستونی از سیال ساکن است، معادله اصلی به صورت زیر می باشد:

که فشار را در هر ارتفاعی از یک سیال همگن برحسب فشار مرجع P0 و فاصله عمودی h بین P و P0 به دست می دهد.
برای مانومتر فوق فشار در نقطه A (PA) را می توان به صورت زیر حساب کرد. ɣ₁ وزن مخصوص مایع داخل ظرف است. با توجه به اینکه بالای لوله باز است فشار P0 برابر صفر می باشد (فشار نسبی). h1 فاصله سطح تا نقطه 1 بوده و به دلیل اینکه نقطه 1 و نقطه A در ارتفاع یکسان هستند، داریم:

اسلاید 5 :

اگرچه لوله پیزومتری یک وسیله ساده و دقیق برای اندازه گیری فشار است، اما معایبی نیز دارد:
1- فشار در ظرف باید همواره بیشتر از فشار هوا باشد، در غیر این صورت هوا ممکن است به داخل سیستم مکیده شود.
2- فشار اندازه گیری شده باید کوچک باشد تا ارتفاع لوله منطقی باشد در غیر این صورت ارتفاع لوله بسیار زیاد خواهد شد.
3- سیال داخل ظرف باید مایع باشد نه گاز.

نکته: در یک سیال ساکن فشار با حرکت به سمت پایین افزایش می یابد و با حرکت به سمت بالا کاهش می یابد.

اسلاید 6 :

مانومترU شکل
برای غلبه بر مشکلات قبلی، نوع دیگری از مانومتر که به طور وسیعی استفاده می شود، مانومتر U شکل می باشد. سیال موجود در مانومتر، سیال سنجش نامیده می شود. بر تعیین فشار PA برحسب ارتفاع ستون های مختلف، از یک طرف سیستم شروع کرده و به سمت دیگر حرکت می کنیم.
نکته: در نقاط هم ارتفاع، فشار در صورتی با هم برابر است که هر دو نقطه در داخل یک سیال ساکن قرار داشته باشند.
برای مثال، در مانومتر شکل زیر، از نقطه A شروع کرده و به سمت دیگر حرکت می کنیم. فشار در نقطه A و 1 برابر است و با حرکت به سمت نقطه 2 به اندازه ɣ₁h₁ افزایش می یابد. فشار در نقطه 2 و 3 با هم برابر است. با حرکت از نقطه 3 به سمت سطح آزاد فشار به اندازه ɣ₂h₂ کاهش می یابد. بنابراین داریم:

اسلاید 7 :

مزیت اصلی مانومتر U شکل این است که در آن سیال سنجش می تواند با سیال ظرف متفاوت باشد. برای مثال در شکل قبل سیال در نقطه A می تواند مایع یا گاز باشد. درصورتی که سیال در نقطه A گاز باشد، فشار در تمام نقاط گاز با هم برابر است، بنابراین مقدار ɣ₁h₁ ناچیز بوده و قابل صرف نظر کردن است، درنتیجه PA≈P₂ بوده و خواهیم داشت:

نکته: درصورتی که فشار در نقطه A خیلی بزرگ باشد، می توان از یک سیال سنگین مثل جیوه به عنوان سیال سنجش استفاده کرد تا ارتفاع ستون مایع منطقی باشد، و در صورتی که فشار در نقطه A مقدار کمی باشد، می توان از یک سیال سبک مثل آب استفاده کرد تا ارتفاع ستون زیاد باشد و قرائت آن راحتر باشد.

مثال: یک تانک بسته مطابق شکل حاوی هوای فشرده و روغن با (Sgoil=0.9) است. یک مانومتر U شکل حاوی جیوه (SgHg=13.6) به تانک متصل است. برای ستون های با ارتفاع h1=36 in، h2=6 in و h3=9 in، فشار سنج چه عددی را برحسب psi نشان می دهد.

اسلاید 8 :

مطابق شکل داریم:

فشار در نقاط 1 و 2 با هم برابر است و فشار در سطح آزاد صفر می باشد. بنابراین P₂=ɣ₂*h₂