مانومتر

بناء مقياس أنبوب بوردون، عناصر البناء مصنوعة من النحاس.

المانومتر جهاز يستعمل في قياس ضغط الغاز أو البخار. وهناك عدة أنواع من المانومترات. يتكون أبسط نوع منها من أنبوب على شكل الحرف اللاتيني (U) بنهايتين مفتوحتين. ويحتوي الأنبوب على سائل يكون عادة الزئبق يملأ قاع الأنبوب، ويرتفع قليلاً داخل ذراعي الأنبوب. ويقوم الشخص المستخدِم لهذا الجهاز بتوصيل إحدى الذراعين بالغاز المراد قياس ضغطه بينما تظل الذراع الأخرى مفتوحة تجاه الغلاف الجوي. وبهذه الطريقة يتم تعريض السائل لضغط الغاز داخل إحدى الذراعين وإلى الضغط الجوي في الذراع الأخرى.

الشكل (2) مقياس الضغط الجوي الزئبقي إن ارتفاع عمود الزئبق في الأنبوب يوازن ضغط عمود الهواء فوق سطح حوض الزئبق.

الشكل (1) الأنبوب ذو الشعبتين لقياس الضغط الذي يمكن أن يكون أعلى من الضغط الجوي أو أقل منه.

فإذا كان ضغط الغاز أكبر من الضغط الجوي يرتفع السائل داخل الذراع المعرضة للهواء، ويقيس الشخص الفرق بين الارتفاعين لإيجاد ضغط السائل. يساوي هذا الضغط ناتج ضرب الفرق بين الارتفاعين في الثقل النوعي للسائل. ويكون ضغط الغاز مساويًا لحاصل جمع ضغط السائل والضغط الجوي.

وفي بعض المانومترات يُفرَّغ الهواء من إحدى ذراعي الأنبوب وتغلق الذراع. ويساعد هذا في التخلص من الحاجة إلى التعديلات الناجمة عن تغيّرات الضغط الجوي. أما الفرق بين مستويات السائل في الذراعين فيبيّن ضغط الغاز. ويقاس ضغط الغاز بوحدات تقابل ارتفاع السائل. فالمانومتر المعروف بالبارومتر مثلاً، يقيس الضغط الجوي بالسنتمترات الزئبقية. وتعمل بعض المانومترات بطريقة ربط زمبرك إلى مؤشر يتحرك أمام مقياس مدرج يوضح قراءات الضغط المباشرة. ويستعمل الأطباء مانومترًا يعرف بمقياس ضغط الدم لقياس ضغط الدم.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 الوحدات

وحدات الضغط

	پاسكال (Pa)	bar (bar)	ضغط جوي تقني (at)	atmosphere (atm)	torr (Torr)	رطل-قوة لكل بوصة مربعة (psi)
1 Pa	≡ 1 N/m2	10−5	1.0197×10−5	9.8692×10−6	7.5006×10−3	145.04×10−6
1 bar	100,000	≡ 106 داين/cm2	1.0197	0.98692	750.06	14.5037744
1 at	98,066.5	0.980665	≡ 1 kgf/cm2	0.96784	735.56	14.223
1 atm	101,325	1.01325	1.0332	≡ 1 atm	760	14.696
1 torr	133.322	1.3332×10−3	1.3595×10−3	1.3158×10−3	≡ 1 Torr; ≈ 1 mmHg	19.337×10−3
1 psi	6,894.76	68.948×10−3	70.307×10−3	68.046×10−3	51.715	≡ 1 lbf/in2

Example reading:  1 Pa = 1 N/m²  = 10⁻⁵ bar  = 10.197×10⁻⁶ at  = 9.8692×10⁻⁶ atm, etc.

 الضغط الديناميكي والثابت

يعرّف الضغط P بأنه القوة F على السطح A أي: P= F/A. وبحسب اختيار واحدات القوة وواحدات المساحة، يعبر عن واحدات الضغط بالباوند على الإنش المربع psi، أو بالدينة على السنتمتر المربع dyne/cm2، أو بالنيوتن على المتر المربع N/m2 أو غير ذلك. ويعبر عادة عن الضغط الجوي بدلالة ارتفاع عمود الزئبق مقدراً بميلمترات الزئبق، أي بالـ تور Torr، كما يعبر عنه بالبار bar وبالميلي بار.mbar.أو بالباسكال أو بالكيلو باسكال (1بار=100كيلو باسكال) يسمى الضغط القياسي gauge pressure الضغط الفائض عن الضغط الجوي. ومقاييس الضغط عموماً هي من أحد صنفين: يشمل الصنف الأول مقاييس الضغط ذات الشعبتينmanometers ومقياس الضغط الجوي الزئبقي الذي يقيس ارتفاع عمود الزئبق الذي يوازن الضغط الجوي. أما الصنف الآخر فيشمل مقياس الضغط الجوي الجاف aneroid barometer ومقياس بوردون Bourdon Gauge اللذين يقيسان مقدار التغير في علبة معدنية مجوفة أو أنبوب معدني مجوف. وبإمكان هذين النوعين الأخيرين قياس الضغط القياسي أو الضغط المطلق. ثمة أنواع أخرى خاصة بقياس الضغوط المنخفضة مثل مقياس التأين ومقياس بيراني ومقياس ماكلويد.

 تطبيقات

• Altimeter
• Barometer
• MAP sensor
• Pitot tube
• Sphygmomanometer

 الآلات

 الهيدروستاتيكي

 المكبس

الشكل (3) مقياس الضغط الجاف.

 عمود السائل

The difference in fluid height in a liquid column manometer is proportional to the pressure difference. $H={\frac {P_{a}-P_{o}}{g\rho }}$

يستخدم الأنبوب ذو الشعبتين manometer لقياس ضغط الغاز، وهو أكثر دقة من مقياس بوردون Bourdon، إذا أُريد قياس ضغوط منخفضة نسبياً. وهو يأخذ كما هو ظاهر في الشكل (1) شكل أنبوب على هيئة الحرف U يحتوي على الزئبق أو سائل آخر بحيث تكون سوية السائل في شعبتيه واحدة عندما يكون الضغط على شعبتي الأنبوب واحداً. توصل إحدى شعبتي الأنبوب بالغاز، وتتصل الشعبة الأخرى عادة بالجو. ويقاس ضغط الغاز بملاحظة الفرق بين سويتي السائل في الشعبتين. وتدرج مسطرة تتوضع بين الشعبتين بحيث يقابل التدريج 1 ضغطاً جوياً واحداً على سطحي الشعبتين.

تسجيل تغيرات الضغط الجوي بمرور الزمن.

وهناك نوع آخر بسيط ودقيق من الأنبوب ذي الشعبتين، تكون فيه إحدى شعبتيه مائلة على الشاقول بزاوية كبيرة، وفي هذه الحالة يولد تغير صغير في الضغط في الشعبة الشاقولية تغيراً كبيراً يسهل قياسه في الشعبة المائلة. أما مقياس الضغط الجوي الزئبقي barometerفقد ابتكره توريشلي ويستعمل لقياس الضغط الجوي. ولما كان الضغط الجوي يتناقص بالارتفاع عن سطح الأرض، فإن مقاييس الضغط الجوي تدرج عادة لتعطي الارتفاع عن سطح الأرض كذلك. وهو نوعان: زئبقي وجاف aneroid. ففي النوع الأول يقاس الضغط الجوي عن طريق قياس ارتفاع عمود الزئبق الذي يوازن ضغط الهواء، وأما في النوع الثاني فتستعمل أغشية معدنية لهذه الغاية. فإذا ملئ أنبوب مغلق من أحد طرفيه طوله متر بالزئبق، ثم نكس على حوض من الزئبق من دون السماح للهواء بالدخول إلى الأنبوب، كما هو مبين في الشكل (2)، فإنه يحصل على مقياس للضغط الجوي. وهنا يوازن الهواء على الطرف الحر من حوض الزئبق عمود الزئبق في الأنبوب. فإذا زاد الضغط الجوي انخفضت سوية الزئبق في الحوض قليلاً وازداد ارتفاع الزئبق في الأنبوب المنكس بوضوح. ويقاس الضغط الجوي عندها بمقدار ارتفاع عمود الزئبق فوق سطح الحوض.

A single-limb liquid-column manometer has a larger reservoir instead of one side of the U-tube and has a scale beside the narrower column. The column may be inclined to further amplify the liquid movement. Based on the use and structure following type of manometers are used

1. Simple Manometer
2. Micromanometer
3. Differential manometer
4. Inverted differential manometer

A McLeod gauge, drained of mercury

 قياس ماكليود

الشكل (8): مقياس مكليود

يظهر في الشكل (8) مقياس ماكلويد في وضعين: أفقي وشاقولي. إن جعل المقياس في وضع شاقولي يحبس كمية قليلة من الغاز في الأنبوب الصاعد الأوسط. يضغط الزئبق هذا الغاز، ويخضع الغاز هنا إلى قانون بويل وماريوط الذي ينص على أن جداء ضغطه بحجمه ثابت عند درجة حرارة معينة. ويعد قياس الفرق بين سوية الزئبق في الأنبوب الذي احتبس فيه الغاز وبين أنبوب شعري مثبت بجواره، مؤشراً للضغط الذي وصلت إليه عملية التخلية.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 لا سائلي

أما مقياس الضغط الجوي الجاف aneroid barometer فيتألف كما هو مبين في الشكل (3) من علبة مفرغة من الهواء غطاءاها غشاءان معدنيان رقيقان مرنان ومجعَّدان.

فإذا تغير الضغط خارج الغشاءين تغيرت تبعاً لذلك المسافة بين غشاءي العلبة تغيراً صغيراً يضخم عن طريق جملة عتلات، وينتهي المقياس بمؤشر يتحرك أمام تدريج.

إن رسم تغيرات الضغط بمرور الزمن مفيد للتنبؤ بأحوال الطقس. تستعمل في الجهاز المبين في الشكل (4) مجموعة من العلب المفرغة من الهواء، موصولة على التسلسل، مما يزيد من حساسية مقياس الضغط الجوي الجاف، ويجعله قادراًَ على تحريك إبرة تحمل قلماً أمام أسطوانة دوارة ثبتت عليها ورقة.

تسجل عادة قيم الضغط الجوي بواحدات هي إنشات أو سنتمترات الزئبق، إضافة إلى الميلي بار mbar. إن الضغط الجوي النظامي بهذه الواحدات هو 29.92 بوصة زئبق أي 76 سنتمتر زئبق أو 1013.2 ميلي بار، أي ما يقارب 1 بار.

 بوردون

مانومتر غشائي

مقياس بوردون

ابتكر العالم الفرنسي اوجين بوردون Eugéne Bourdon مقياساً للضغط عام 1847 عرف باسمه، وتظهر أجزاؤه في الشكل (5). يستخدم في مقياس بوردون أنبوب معدني مجوف مرن مغلق من إحدى نهايتيه، يحنى بشكل دائري أو أي شكل آخر. إن تغير الضغط الواقع على جدار الأنبوب الأجوف يسبب تغير انحنائه. فإذا ازداد الضغط داخله تحرك الطرف الحر والمغلق من الأنبوب بعيداً مما يزيد من نصف قطر انحنائه، وإذا انخفض الضغط صغر نصف قطر انحناء الأنبوب. وترتبط النهاية الحرة من المقياس بجملة عتلات ومسننات ثم بمؤشر يتحرك أمام تدريج. ويدرج المقياس ويعاير بحيث يقرأ عليه الضغط بالواحدات المرغوبة. يُشار إلى أنه بالاختيار المناسب لسماكة جدار أنبوب بوردون يمكن الحصول على مقاييس للضغوط العالية جداً والمتوسطة والمنخفضة.

 التفاصيل الميكانيكية

التفاصيل الميكانيكية

الأجزاء الثابتة:

• A: Receiver block. This joins the inlet pipe to the fixed end of the Bourdon tube (1) and secures the chassis plate (B). The two holes receive screws that secure the case.
• B: Chassis plate. The face card is attached to this. It contains bearing holes for the axles.
• C: Secondary chassis plate. It supports the outer ends of the axles.
• D: Posts to join and space the two chassis plates.

الأجزاء المتحركة:

1. Stationary end of Bourdon tube. This communicates with the inlet pipe through the receiver block.
2. Moving end of Bourdon tube. This end is sealed.
3. Pivot and pivot pin.
4. Link joining pivot pin to lever (5) with pins to allow joint rotation.
5. Lever. This an extension of the sector gear (7).
6. Sector gear axle pin.
7. Sector gear.
8. Indicator needle axle. This has a spur gear that engages the sector gear (7) and extends through the face to drive the indicator needle. Due to the short distance between the lever arm link boss and the pivot pin and the difference between the effective radius of the sector gear and that of the spur gear, any motion of the Bourdon tube is greatly amplified. A small motion of the tube results in a large motion of the indicator needle.
9. Hair spring to preload the gear train to eliminate gear lash and hysteresis.

 الحاجز

A pile of pressure capsules with corrugated diaphragms in an aneroid barograph.

الشكل:

• Flat
• corrugated
• flattened tube
• capsule

 أجهزة الضغط الاستشعار الالكترونية

المقالة الرئيسية: Pressure sensor

• Piezoresistive Strain Gage

Uses the piezoresistive effect of bonded or formed strain gauges to detect strain due to applied pressure.

• Capacitive

Uses a diaphragm and pressure cavity to create a variable capacitor to detect strain due to applied pressure.

• Magnetic

Measures the displacement of a diaphragm by means of changes in inductance (reluctance), LVDT, Hall Effect, or by eddy current principal.

• Piezoelectric

Uses the piezoelectric effect in certain materials such as quartz to measure the strain upon the sensing mechanism due to pressure.

• Optical

Uses the physical change of an optical fiber to detect strain due applied pressure.

• Potentiometric

Uses the motion of a wiper along a resistive mechanism to detect the strain caused by applied pressure.

• Resonant

Uses the changes in resonant frequency in a sensing mechanism to measure stress, or changes in gas density, caused by applied pressure.

 التوصيل الحراري

 پيراني (واحد من الأسلاك)

مقياس پيراني

مقياس بيراني فيتألف من سلك من التنگستن يجري تسخينه بتيار كهربائي ضعيف لا يؤدي إلى توهجه، وهو موضوع في حوجلة تتصل بالوعاء الذي نقوم بتخليته. تصطدم جزيئات الغاز بالسلك فتنتزع منه الحرارة، وكلما انخفض الضغط قل عدد هذه الجزيئات وبقي السلك ساخناً. ولما كانت مقاومة السلك تتبع درجة حرارته وتزداد بازديادها فإن قياس مقاومته بجسر كهربائي كجسر وطسطن يدل على مدى تعرض السلك لانتزاع الحرارة منه أو انعدام ذلك، ويتم عادة تدريج هذا المقياس بدلالة مقياس آخر للضغط، مثل مقياس ماكلويد الذي يعتمد على ارتفاع عمود الزئبق مقيساً بالميلمترات، يبين الشكل (7) جسر وطسطن وقد ركب في أحد أذرعه مقياس بيراني وفي ذراع آخر سلك مكافئ للمقارنة.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

 مقياس التأين

مقياس التأين

ليس مقياس التأين إلا نوعاً خاصاً من الأنابيب أو الصمامات الإلكترونية[ر] ثلاثي المساري، فهو يحتوي على مهبط Cathode وشبكة Grid ومصعد anode وهو مجهز بفتحة يتصل من خلالها بالوعاء الذي يراد قياس الضغط المتبقي فيه عند تخليته. يصدر المهبط سيلاً من الإلكترونات ثابتاً يتجه نحو الشبكة التي تجعل موجبة الكمون بالنسبة له. تتجه الإلكترونات نحو المصعد وتصطدم، وهي في طريقها إليه، بذرات الغاز المتبقي في الأنبوب، فتؤينه. ويعد قياس تيار الشبكة معياراً لجودة الخلاء المتولد؛ إذ كلما انخفض ضغط الغاز في الوعاء الذي نقوم بتخليته، نقص هذا التيار.

 الكاثود الساخن

Bayard-Alpert hot cathode ionization gauge

 History

للمزيد من المعلومات: Timeline of temperature and pressure measurement technology

 القياسية الأوروبي (س)

• EN 472 : Pressure gauge - Vocabulary.
• EN 837-1 : Pressure gauges. Bourdon tube pressure gauges. Dimensions, metrology, requirements and testing.
• EN 837-2 : Pressure gauges. Selection and installation recommendations for pressure gauges.
• EN 837-3 : Pressure gauges. Diaphragm and capsule pressure gauges. Dimensions, metrology, requirements and testing..

 انظر أيضاً

• Force gauge
• Piezometer
• Vacuum engineering
• deadweight tester

 وصلات خارجية

• Home Made Manometer
• Manometer

 المصادر

• المعرفية الشاملة
• ويكيبيديا