압력계(마노미터)란? - 정의, 작동 및 유형

압력계란?

압력계는 압력을 측정하는 장치입니다. 일반적인 간단한 압력계는 약간의 액체로 채워진 U자형 유리 튜브로 구성됩니다. 일반적으로 액체는 밀도가 높기 때문에 수은입니다.
그러나 달리 규정되지 않는 한 "압력계"라는 용어는 특히 부분적으로 유체로 채워진 U자형 튜브를 나타냅니다. 액체 기둥에 대한 기압의 영향을 입증하기 위한 실험실 실험의 일부로 이러한 유형의 압력계를 쉽게 구축할 수 있습니다.

 

압력계 구축

유체 레벨을 쉽게 관찰할 수 있도록 투명한 플라스틱 튜브에 유색 액체를 부분적으로 채우면 간단한 압력계를 만들 수 있습니다. 그런 다음 튜브를 U자 모양으로 구부려 수직 위치에 고정합니다.

두 수직 기둥의 유체 수위는 현재 동일한 압력에 노출되어 있으므로 이 지점에서 동일해야 합니다. 따라서 이 레벨은 압력계의 영점으로 표시되고 식별됩니다.

 

압력 측정

두 기둥의 높이 차이를 허용하기 위해 압력계를 측정 눈금에 대고 배치합니다. 이 높이 차이는 서로 다른 테스트 압력 간의 상대적 비교를 위해 직접 사용할 수 있습니다. 이 유형의 압력계는 또한 압력계의 액체 밀도를 알고 있는 경우 절대 압력을 계산하는 데 사용할 수 있습니다.

 

마노미터 작동원리

튜브의 한쪽 끝은 기밀 밀봉으로 테스트 압력 소스에 연결됩니다. 튜브의 다른 쪽 끝은 대기에 열려 있으므로 약 1기압(atm)의 압력을 받습니다.

테스트 압력이 1기압의 기준 압력보다 크면 테스트 컬럼의 액체가 컬럼 아래로 밀려납니다. 이로 인해 기준 컬럼의 유체가 동일한 양만큼 상승합니다.

 

압력계 기압차

사례 - 1
아래 그림에서 우리는 액체로 채워진 U자형 튜브를 보여줍니다. 튜브의 양쪽 끝은 대기에 열려 있습니다. 따라서 점 A와 B는 모두 대기압에 있습니다. 두 점의 수직 높이도 같습니다.

 

 

사례 2
이제 왼쪽에 있는 튜브의 상단이 닫혔습니다. 우리는 튜브의 닫힌 끝에 가스 샘플이 있다고 상상합니다.

▷ 튜브의 오른쪽은 대기에 열려 있습니다. 그러면 점 A는 대기압에 있습니다.
▷ 점 C는 튜브의 닫힌 끝에서 기체의 압력에 있습니다.
▷ 점 B는 높이가 h인 액체 기둥의 무게로 인해 대기압보다 큰 압력을 갖습니다.
▷ 점 C는 B와 같은 높이에 있으므로 B와 같은 압력을 가집니다. 그리고 우리는 이것이 튜브의 닫힌 끝에서 가스의 압력과 같다는 것을 이미 보았습니다.

따라서 이 경우 튜브의 닫힌 끝 부분에 갇힌 기체의 압력은 높이가 h인 액체 기둥이 가하는 압력의 양만큼 대기압보다 큽니다.

 

사례 3
이제 우리는 튜브의 왼쪽 상단이 닫힌 상태에서 압력계의 또 다른 가능한 배열을 보여줍니다. 아마도 튜브의 닫힌 끝은 이전과 같이 가스 샘플을 포함하거나 진공을 포함할 수 있습니다.

점 A는 대기압에 있습니다.
점 C는 튜브의 닫힌 끝 부분에 있는 가스가 가지고 있는 압력에 관계 없이 또는 닫힌 끝 부분에 진공이 포함되어 있으면 압력이 0입니다.
점 B는 점 A와 높이가 같으므로 대기압에 있어야 합니다. 그러나 B에서의 압력은 C에서의 압력과 튜브에 있는 높이 h의 액체 기둥의 무게에 의해 가해지는 압력의 합이기도 합니다.
따라서 C에서의 압력은 높이 h의 액체 기둥이 가하는 압력의 양만큼 대기압보다 낮다는 결론을 내립니다.

튜브의 닫힌 끝 부분에 진공이 포함되어 있으면 점 C에서의 압력은 0이고 대기압은 높이가 h인 액체 기둥의 무게가 가하는 압력과 같습니다. 이 경우 압력계를 기압계로 사용하여 대기압을 측정할 수 있습니다.

 

압력 계산

압력 측정 단위에 대한 논의로 결론을 맺습니다. 압력은 면적당 힘으로 정의된다는 것을 기억하십시오. 압력의 SI 단위는 파스칼이며 평방 미터당 1뉴턴입니다.

유체 기둥에 의해 가해지는 압력은 방정식 P = hgd로 주어질 수 있습니다. 이 방정식에서 P는 계산된 압력, h는 유체의 높이, g는 중력, d는 액체의 밀도입니다.

압력계는 절대 압력이 아닌 차압을 측정하기 때문에 P = Pa – P0 대체를 사용합니다. 이 대입에서 Pa는 테스트 압력이고 P0는 기준 압력입니다.

 

압력계의 종류

1. U-튜브 압력계
U자관 압력계는 가장 간단한 압력 측정 장치입니다. 그 이름은 액체로 가득 찬 유연한 튜브의 양쪽 끝을 올려 액체가 끝에서 나오지 않도록 했을 때 형성되는 U자 모양에서 유래했습니다. U자관 압력계는 '액체' 저울입니다.

주방에서 사용하는 스프링 저울은 하중의 무게로 인해 발생하는 힘과 균형 스프링의 장력으로 인해 발생하는 힘을 일치시켜 하중을 측정합니다. 스프링 길이의 변화는 하중 무게의 척도이며 스프링에 부착된 포인터에 의해 눈금으로 표시됩니다.

유사하게, U자관 압력계는 'U'의 한 다리에 있는 액체의 무게와 다른 다리에 유입되는 압력의 균형을 맞추는 데 사용됩니다. 액체의 두 다리 사이의 높이 차이는 액체를 한쪽 다리 아래로 밀어 다른 쪽 다리 위로 밀어 올리는 압력을 나타냅니다. 높이 차이는 눈금으로 측정됩니다.

 

 

2. 차동 U-튜브 압력계
U 튜브 차압계는 파이프의 두 지점 사이의 압력차를 측정하는 데 사용되는 일종의 차압계입니다. U 튜브 압력계의 연결된 파이프는 같은 높이에 있을 수 있고 다른 수준에 있을 수 있습니다. 둘을 하나씩 살펴보겠습니다.

파이프 또는 다른 파이프의 두 지점 사이의 압력차를 결정하도록 요구할 때마다 차동 압력계를 사용하거나 그것이 두 지점 사이의 압력차를 측정하는 데 사용된다고 말할 수 있습니다. 파이프.

차압계는 압력을 측정할 지점에 양단을 연결한 압력계 유체(이 압력계 유체의 비중은 압력이 측정해야 하는 유체보다 높아야 함)로 채워진 u 튜브로 구성됩니다.

차압계의 양단을 압력차이를 측정할 배관의 지점에 연결하면 압력 변화 후 무거운 액체/마노메트릭 유체가 이동하고 평형 후에 압력 헤드 "h"를 얻고 정수 법칙을 사용하고 기둥 방법의 균형을 조정하여 점 사이의 압력 차이를 계산할 수 있습니다.

3. 거꾸로 된 U-튜브 압력계
역 U자관 압력계는 액체의 압력차를 측정하는 데 사용됩니다. 압력계의 액체 위 공간은 압력계의 액체 레벨을 조정하기 위해 상단의 탭을 통해 유입되거나 배출될 수 있는 공기로 채워집니다.

이 유형의 압력계에서 U자관은 거꾸로 되어 있으며 가벼운 액체를 포함합니다. 튜브의 두 끝은 압력 차이를 측정할 지점에 연결됩니다.

저압차 측정에 사용합니다. 그림은 두 점 A와 B에 연결된 역 U자관 차압계를 보여줍니다. 점 A의 압력이 점 B의 압력보다 크다고 가정합니다.

 

4. 소형 압력계
마이크로 마노미터는 경사관 마노미터의 원리를 기반으로 하는 특별한 종류의 액체 기둥 마노미터가 될 수 있습니다. 매우 작은 압력 변화 또는 매우 낮은 압력 변화를 측정하는 데 사용됩니다.
마이크로 마노미터(micro-manometer)는 한쪽 다리가 더 큰 단면적 공간으로 형성되는 쉬운 마노미터의 변형된 종류라고 말할 것입니다. 그것은 높은 정확도로 낮은 압력 변화를 관찰합니다.

5. 경사 압력계
경사형 마노미터는 미세한 압력을 측정하는데 사용되며 수직관형 마노미터보다 훨씬 정밀하게 관찰됩니다. 기울기 때문에 압력계의 액체에 의해 영향을 받는 간격은 많은 관련 경사 압력계가 내부에 액체가 있는 약간 구부러진 튜브일 수 있으며 일반적으로 일종의 오일 혼합물입니다. 튜브의 중간 부분에는 눈금이 있습니다. 눈금은 일반적으로 압력계 제조업체에서 볼 때 1/100인치입니다.

 

압력계의 장점

▷ 구성이 간단합니다.
▷ 정확도가 높습니다.
▷ 압력, 온도, 흐름 및 기타 프로세스 변수를 측정하는 데 사용됩니다.

 

압력계의 단점

▷ 압력계는 동적 응답이 더 작습니다.
▷ 깨지기 쉬우므로 휴대성이 떨어집니다.
▷ 1000kN/m2 정도의 작은 작동 한계가 있습니다.
▷ 압력계 유체의 밀도는 온도에 따라 다릅니다. 따라서 온도 변화에 따라 오차가 발생할 수 있습니다.

 

압력계의 응용

▷ 난방, 환기 및 공조(HVAC) 시스템 및 가스 시스템의 유지 관리에 사용됩니다.
▷ 교량, 수영장 및 기타 엔지니어링 목적을 건설하는 데 사용됩니다.
▷ 기후 예측에 사용됩니다.
▷ 혈압 측정 및 물리 치료와 같은 임상 응용 분야.