Ciśnienie jest to skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca stan naprężenia w danym punkcie ośrodka. Jeżeli siła F działająca na element powierzchni A jest skierowana prostopadle do tej powierzchni, to ciśnienie w dowolnym jej punkcie wyraża się wzorem:

[N/m²] = [10⁵N/m² = 1Bar] = [1,0197kG/cm²] = [750 Tr]

Gdy natomiast wartość siły F rozłożona jest równomiernie i działa na płaską powierzchnię, wtedy ciśnienie średnie wynosi:

Przy pomiarach ciśnień w zależności od układu odniesienia należy rozróżnić: ciśnienie bezwzględne (p_a), ciśnienie barometryczne(p_o), nadciśnienie (p_n) oraz podciśnienie (p_p).

Ciśnienie barometryczne (p_o), zwane również ciśnieniem otoczenia, jest wielkością zmienną, zależną od wysokości położenia danej miejscowości nad poziomem morza, od szerokości geograficznej oraz od warunków meteorologicznych.

Ciśnienie bezwzględne (p_a) jest ciśnieniem mierzonym względem zupełnej próżni. Można je wyrazić wzorem:

p_a^'' = p_o + p_n

p_a^' =p_o - p_p

Ze względu na sposób pomiaru ciśnienia w strudze czynnika rozróżnia się : ciśnienie statyczne (p_s), ciśnienie całkowite (p_c), oraz ciśnienie dynamiczne (p_d).

Ciśnienie statyczne (p_s) jest to ciśnienie w kierunku prostopadłym do kierunku strumienia strugi. Odbiera się je za pomocą otworów o osiach prostopadłych do kierunku przepływu.

Ciśnienie całkowite (p_c) odbierane jest otworami skierowanymi pod prąd czynnika.

Różnica ciśnienia całkowitego i statycznego, która spowodowana jest prędkością przepływu, nazywa się ciśnieniem dynamicznym (p_d).

p_d = p_c - p_s

Rodzaje ciśnieniomierzy:

1. Ciśnieniomierze mechaniczne:

• hydrostatyczne oparte na równoważeniu mierzonego ciśnienia ciśnieniem hydrostatycznym słupa cieczy

• sprężyste, w których miarą ciśnienia jest odkształcenie elementu sprężystego

• tłokowe, w których mierzone ciśnienie równoważone jest zewnętrznymi siłami działającymi na tłok.

2. Ciśnieniomierze elektryczne

• tensometryczne

• indukcyjne

• pojemnościowe

• piezoelektryczne

Ze względu na wielkość mierzonego ciśnienia rozróżniamy przyrządy służące do:

• pomiaru ciśnienia absolutnego (barometry)

• pomiaru nadciśnienia, podciśnienia (mikrociśnieniomierz, wakoumetry)

• pomiaru różnicy ciśnień (ciśnieniomierze różnicowe)

Ze względu na dokładność pomiaru przyrządy dzielimy na:

• kontrolne i laboratoryjne w klasie dokładności 0,6

• precyzyjne o klasie dokładności 0,6 - 1

• przemysłowe o klasie dokładności 1 - 2,5

• techniczne o klasie dokładności 2,5.

CIŚNIENIOMIERZE HYDROSTATYCZNE:

Zasada działania tych przetworników opiera się na równowadze pomiędzy mierzoną różnicą ciśnień i siłą masy cieczy znajdującej się pod wpływem działania sił grawitacji. Do tej grupy ciśnieniomierzy zaliczamy:

• u-rurkę

• mikromanometr z rurką pochyłą

• mikromanometr kompensacyjny

1. CIŚNIENIOMIERZ U-RURKOWY

Mierzona różnica ciśnień p₁ - p₂ = p działa na słupek cieczy manometrycznej o powierzchni przekroju A z siłą F_p = p⋅A . W stanie równowagi siła ta jest równa sileciężkości F_c słupka cieczy manometrycznej o wysokości h.

F_c = g ⋅ ρ ⋅ h ⋅ A

W opisanym ciśnieniomierzu ciśnienie „p” przetwarzane jest na siłę F, która przemieszcza słup cieczy manometrycznej o wysokość h.

RYS.1 Ciśnieniomierz u-rurkowy

2. MIKROCIŚNIENIOMIERZ ROCKNAGLA

Przyrząd ten działa na zasadzie ciśnieniomierza hydrostatycznego z rurką pochyłą.

RYS.2 Mikrociśnieniomierz Recknagla

Mikrociśnieniomierz Recknagla ma cylindryczny zbiorniczek (1) o dużej powierzchni przekroju oraz ruchomą rurkę szklaną (2), na której wytrawiona jest skala w jednostkach długości mm. Zaopatrzony jest on również w krzywkę (3), która umożliwia zamocowanie rurki na wymagane położenie. Przyrząd ten napełnia się cieczą manometryczną tak, aby w każdym położeniu rurki menisk cieczy znajdował się w zerowym punkcie skali. Ciśnienie p₁ i p₂ doprowadza się do końców w kurku trójdrożnym.

Wartość ciśnienia tego typu ciśnieniomierzy wyznacza się z zależności:

p = g ⋅ ρ ⋅ n ⋅l [N/m²]

gdzie:

g - przyspieszenie ziemskie [m/s²]

ρ - gęstość cieczy manometrycznej [kg/m³]

n - przełożenie ciśnieniomierza

l - przesunięcie cieczy w rurce manometrycznej [m]

Zakres pomiarowy mikrociśnieniomierzy zależy od rodzaju użytej cieczy manometrycznej i nastawionego przełożenia.

3. MIKROCIŚNIENIOMIERZ KOMPENSACYJNY ASKANIA

Jest to przyrząd laboratoryjny, służący do pomiaru ciśnienia w zakresie 1 - 150 mm słupka wody. Ze względu na uzyskiwaną wysoką dokładność pomiaru znajduje on zastosowanie wszędzie tam, gdzie konieczne jest określenie małych wartości mierniczych z dużą dokładnością.

RYS.3 Mikrociśnieniomierz kompensacyjny Askania

Elementami wiążącymi poszczególne części są korpusy: główny (1) i boczny (2). W korpusie głównym znajduje się śruba mikrometryczna (3), która pokręcana głowicą mikrometryczną (4) nadaje ruch pionowy zbiornikowi wyrównawczemu (5). Zbiornik wyrównawczy i połączony z nim za pomocą węża gumowego (6) zbiornik obserwacyjny (7) stanowią naczynie połączone, napełnione wodą destylacyjną. Końcówki (8) i (9) służą do doprowadzenia ciśnienia do obydwu zbiorników. Pod wpływem przyłożonego ciśnienia następuje obniżenie poziomu wody w zbiorniku wyrównawczym. Zasada pomiaru polega na ustawieniu zbiornika wyrównawczego na takiej wysokości, aby wytworzony słup cieczy zrównoważył zmierzone ciśnienie. Wskaźnikiem umożliwiającym ustawienie zbiornika wyrównawczego na odpowiedniej wysokości jest kolec pomiarowy (10). Układ optyczny złożony z soczewki (11) oraz z lustra (12) pozwala na obserwację wzajemnego położenia wierzchołka kolca pomiarowego, znajdującego się w wodzie, do jego zwierciadlanego odbicia od powierzchni wody. Punkt, w którym wierzchołek kolca pomiarowego zetknie się ze swoim odbiciem, oznacza stan równowagi, a odpowiadające mu ciśnienie odczytuje się z grubsza na pionowej podziałce milimetrowej (13) oraz dokładnie na podziałce mikrometrycznej (14).

Przygotowanie stanowiska do pomiaru:

1. Wypoziomować przyrządy (przyrządy ustawia się poziomo przy pomocy śrub poziomujących w korpus według wskazań poziomnicy sferycznej).

2. Wyzerować przyrządy

u-rurka - sprawdzić czy menisk cieczy znajduje się w zerowym punkcie skali.

Jeżeli tak nie jest - uzupełnić brak cieczy

mikromanometr Recknagla - sprawdzić czy w każdym położeniu rurki menisk

cieczy znajduje się w zerowym punkcie skali.

Ustawienie zerowego położenia cieczy przeprowa-

dza się śrubą regulacyjną (5).

Mikromanometr Askania - sprawdzić czy przy zerowym ustawieniu głowicy mi-

krometrycznej (4) wierzchołek kolca pomiarowego ze-

tknie się ze swym odbiciem lustrzanym bez wzaje-

mnego przecięcia się. Ustawienie właściwego obrazu

na zbiorniku obserwacyjnym (11) reguluje się przez

wkręcanie lub wykręcanie nakrętki regulacyjnej (8).

TABELE POMIAROWE

U-rurka

Lp.	Ciśnienie zmierzone	Ciśnienie przeliczone na
		mm H2O	N / m^2	Bar
1	20	196,2	^196,2^⋅^10^-5
2	21	206,01	206,01⋅10^-5
3	22	215,82	215,82⋅10^-5
śr.	21	206,01	206,01⋅10^-5

Mikrociśnieniomierz Recknagla

Lp.	Przesunięcie cieczy w rurce manometrycznej	Ciśnienie obliczone
		m	N / m^2	Bar
1	0,145	1707	1707⋅10^-5
2	0,146	1719	1719⋅10^-5
3	0,144	1695	1695⋅10^-5
śr.	0,145	1707	1707⋅10^-5

Mikrociśnieniomierz Askania

Lp.	Ciśnienie zmierzone	Ciśnienie przeliczone na
		mm H2O	N / m^2	Bar
1	23,12	226,8	226,8⋅10^-5
2	22,87	224,3	224,3⋅10^-5
3	22,78	223,4	223,4⋅10^-5
śr.	22,59	224,8	224,8⋅10^-5

1 mmH₂O = 9,81 Pa

1 Pa = 10^-5 Bar

Ciśnienie: p = g ⋅ ρ ⋅ n ⋅ l (N/m²)

gdzie: g - przyspieszenie ziemskie (m/s²)

ρ - gęstość cieczy manometrycznej (kg/m³)

n - przełożenie ciśnieniomierza

l - przesunięcie cieczy w rurce

manometrycznej (m)

p = 800 ⋅ 9,81 ⋅ 1,5 ⋅ 0,145 =1707 N/m²

p = 800 ⋅ 9,81 ⋅ 1,5 ⋅ 0,146 = 1719 N/m²

p = 800 ⋅ 9,81 ⋅ 1,5 ⋅ 0,144 = 1695 N/m²

6

---