مانومتر وسیله‌ای است که برای اندازه‌گیری فشار درون لوله‌ها (گاز، آب، مایع و غیره) به کار می‌رود. شکل ظاهری آن معمولا به صورت یک لوله U شکل است که با مایعی پر شده است. در این مقاله به بررسی ماهیت و عملکرد مانومتر می‌پردازیم.
مانومتر وسیله‌ای است که برای اندازه‌گیری فشار سیالات در لوله‌ها به کار می‌رود. این فشار می‌تواند از هر نوعی باشد، مانند فشار مایع، گاز، بخار و غیره. همچنین، ساختن یک مانومتر ساده برای آزمایشگاه جهت نمایش فشار هوا بر روی ستون مایع امکان‌پذیر است.
برای ساخت یک مانومتر ساده، ابتدا یک لوله پلاستیکی شفاف را تا حدی با مایع رنگی پر کنید تا بتوان به راحتی سطح مایع را مشاهده کرد. سپس لوله را به شکل U خم کرده و به صورت عمودی محکم کنید.
اطمینان حاصل کنید که در این مرحله، سطح مایع در دو ستون عمودی برابر باشد. در این حالت، فشار روی این دو ستون نیز به دلیل اینکه تحت فشار یکسانی قرار دارند، برابر است. این سطح به عنوان نقطه صفر مانومتر در نظر گرفته می‌شود.
برای اندازه‌گیری هرگونه اختلاف در ارتفاع دو ستون، مانومتر را در مقابل یک خط‌کش قرار دهید. همچنین می‌توانید از این اختلاف ارتفاع برای سنجش نسبی بین فشارهای مختلف آزمایش استفاده کنید. علاوه بر این، هنگامی که چگالی مایع را بدانید، می‌توانید از این نوع مانومتر برای محاسبه فشار مطلق استفاده نمایید.
در مانومتر، یک انتها با یک درزگیر گازی به منبع فشار متصل می‌شود. انتهای دیگر لوله به سمت اتمسفر باز گذاشته می‌شود و تحت فشاری در حدود ۱ اتمسفر (atm) قرار خواهد گرفت.
در صورتی که فشار آزمایش بیشتر از ۱ اتمسفر (اتمسفر) باشد، مایع داخل ستون توسط فشار به سمت پایین رانده می‌شود. همچنین، این امر باعث می‌شود مایع ستون مرجع به میزان مساوی بالا رود.
فشار اعمال شده توسط یک ستون مایع با معادله P = hgd به دست می‌آید. در این معادله، P فشار محاسبه‌شده، h ارتفاع مایع، g نیروی گرانشی و d چگالی مایع است.
همچنین، مانومتر فشار تفاضلی را به جای فشار مطلق اندازه‌گیری می‌کند. برای این منظور، از جایگزینی P = Pa – Po استفاده می‌کنیم. در این حالت، Pa فشار آزمایش و Po فشار مرجع است.
فرض کنید مایع درون مانومتر جیوه باشد و ارتفاع ستون مرجع ۰.۰۲ متر بالاتر از فشار مایع در ستون آزمایش باشد. همچنین، از ۱۳،۵۳۴ کیلوگرم بر متر مکعب به عنوان چگالی جیوه و ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه به عنوان شتاب گرانش استفاده می‌کنیم.
محاسبه اختلاف فشار در دو ستون به صورت hgp = ۰.۰۲ × ۹.۸ × ۱۳،۵۳۴ = تقریباً ۲،۶۵۳ کیلوگرم بر مترمکعب بر ثانیه مربع خواهد بود. همچنین، می‌توانید از پاسکال به عنوان واحد فشار استفاده کنید، به طوری که تقریباً ۱۰۱،۳۲۵ پاسکال معادل ۱ اتمسفر فشار است. بنابراین، اختلاف فشار در مانومتر Pa – P0 = ۲،۶۵۳ / ۱۰۱،۳۲۵ = ۰.۰۲۶ اتمسفر است.
علاوه بر این، فشار در ستون آزمایش (Pa) برابر است با P0 + 0.026 atm = 1 + 0.026 = 1.026 atm.
مانومتر: ابزاری برای اندازه‌گیری فشار
مانومتر، یکی از ابزارهای حیاتی در علم و فناوری، برای اندازه‌گیری فشار گازها استفاده می‌شود. این دستگاه با استفاده از مبدل‌های فشار به اختلاف ارتفاع مایع در لوله U شکل کار می‌کند. در این لوله، مایعی با چگالی مشخص (معمولاً جیوه) ریخته می‌شود. با دانستن چگالی این مایع، می‌توان اختلاف فشار بین گاز و جو را به دقت محاسبه کرد.
مانومترها از مبدل‌های مختلفی برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌کنند، از جمله جیوه که در بیشترین موارد مورد استفاده قرار می‌گیرد. زمانی که فشار دو گاز در دو سر هم‌ارز حباب باشد، فشار معادل 760 میلیمتر جیوه (یک جو) است.
انواع مختلف مانومتر
مانومتر U شکل: برای اندازه‌گیری فشارهای کم از صفر تا 4 اینچ آب و فشارهای زیاد از صفر تا 48 اینچ جیوه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مانومتر مخزن دار: برای اندازه‌گیری فشارهای کم تا 12 اینچ آب و فشارهای زیاد تا 48 اینچ جیوه مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مانومتر مایل: این نوع مانومتر برای اندازه‌گیری فشارهای کم تا 0.5 اینچ آب استفاده می‌شود.
با توجه به تنوع استفاده‌ها و اندازه‌های مختلف، مانومترها ابزارهای بسیار مهمی در محاسبات فنی و صنعتی هستند که به دقت و قابلیت اعتماد بالایی برای اندازه‌گیری فشار ارائه می‌دهند.
نحوه عملکرد مانومتر
نحوه عملکرد مانومتر بر پایه اصل تعادل هیدرواستاتیکی و قوانین فیزیکی استوار است. در لوله U شکلی که مایع درون آن وجود دارد، اگر هر دو طرف لوله در تعادل فشار اتمسفر باشند، مایع در هر دو پایه لوله ارتفاع یکسانی را به خود می‌گیرد. اما زمانی که یکی از پایه‌ها فشار مثبتی را تجربه کند، مایع به سمت پایه دیگر حرکت می‌کند. به این ترتیب، ارتفاع مایع در پایه‌ها متفاوت می‌شود.
اختلاف ارتفاع مایع در دو پایه لوله متناسب با اختلاف فشار بین دو نقطه است. این اختلاف ارتفاع مایع می‌تواند به عنوان اندازه‌گیری فشار مورد نظر ما به کار رود.
مانومترها می‌توانند به دو صورت باشند: با ستون‌های مایع مهر و موم شده یا بدون آب‌بندی. از فشارسنج ستون باز برای اندازه‌گیری فشار گازها استفاده می‌شود. همچنین می‌توان از مانومترها برای اندازه‌گیری فشارهای مطلق و همچنین خلاء نیز استفاده کرد.
در تجهیزات سنجش فشار مایع، فشار دیفرانسیل با تعادل وزن مایع بین دو نقطه اندازه گرفته می‌شود. مایعات سبک مانند آب برای اندازه‌گیری اختلاف فشار کم استفاده می‌شوند، در حالی که مایعات سنگین مانند جیوه برای اندازه‌گیری اختلاف فشار زیاد انتخاب می‌شوند.
کاربرد های مانومتر
مانومترها به عنوان ابزارهای حیاتی در بسیاری از صنایع و کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. کاربردهای متعددی برای این ابزارها وجود دارد که شامل موارد زیر می‌شود:
کنترل فشار در سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC): مانومترها برای اندازه‌گیری و کنترل فشار در سیستم‌های گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع مورد استفاده قرار می‌گیرند. این ابزارها کمک می‌کنند تا فشار در داخل سیستم‌ها در مرزهای مجاز باقی بماند و عملکرد بهینه را فراهم کنند.
ساخت و ساز: در صنعت ساخت و ساز، مانومترها برای کنترل فشار در سیستم‌های گاز، آب، و سایر سیالات استفاده می‌شوند. این ابزارها کمک می‌کنند تا فشار در سیستم‌های آبیاری، سیستم‌های آتش‌نشانی، و سایر سیستم‌های مربوط به ساختمان‌ها کنترل شود.
پیش‌بینی آب و هوا: مانومترها برای اندازه‌گیری فشار در سیستم‌های پیش‌بینی آب و هوا مورد استفاده قرار می‌گیرند. این ابزارها کمک می‌کنند تا فشار در داخل سیستم‌های مربوط به پیش‌بینی آب و هوا مانیتور شود و مسائل فنی و ایمنی مربوطه را رصد کنند.
کاربردهای بالینی: مانومترها برای اندازه‌گیری فشار در موارد بالینی مانند اندازه‌گیری فشار خون و فیزیوتراپی استفاده می‌شوند. این ابزارها کمک می‌کنند تا فشار در بدن انسان اندازه‌گیری شود و اطلاعات مهمی درباره سلامتی فراهم شود.
با توجه به انواع مختلف مانومترها و متریال‌های مورد استفاده در ساخت آنها، کاربردهای این ابزارها نیز متنوع هستند و به صورت خاص برای هر نوع فشار و محیط مورد استفاده قرار می‌گیرند.