Suuri osa kaikesta teollisesta mittauksesta liittyy jollain tavalla paineeseen sen eri muodoissa. Esimerkiksi virtausta mitataan usein määrittämällä paine, joka vallitsee järjestelmän kahdessa eri pisteessä.
Bourdon-järjestelmässä paineen muutoksia käytetään tallentavan kynän mekaanisen liikkeen tuottamiseen.
Painetta voidaan käyttää myös lämpötilan mittaamiseen täytetyssä järjestelmässä nesteen tai nesteen paisumisen tuottamien muutosten kautta.
Painemittauksia tehdään enemmän kuin mitään muuta mittausta prosessiteollisuudessa. Se on paras nopea osoitus pumppujen ja kompressorien tekemästä työstä. Se on myös tärkein käytössä olevien painesäiliöiden tilan mittari.
Mitä on paine?
Paine on pinta-alayksikköön kohdistuvan voiman mitta.
Säiliössä olevan paineen osalta se on nesteen molekyylitoiminnoista johtuvan voiman mitta. Tämä on johdos yllä olevasta käsitteestä yhdistettynä aineen kineettiseen teoriaan.
Nesteiden aiheuttaman paineen tyypit
Nesteiden tuottama paine
Kaikilla nesteillä (nesteillä ja kaasuilla) on paino, joten ne aiheuttavat painetta säiliönsä seinämää vasten. Nesteen aiheuttama paine missä tahansa pisteessä tai paikassa astiassa riippuu nesteen korkeudesta sen yläpuolella. Tämä paine on riippumaton astian muodosta.
Yllä olevassa kaaviossa kunkin astian pohjalle kohdistuvat paineet ovat yhtä suuret edellyttäen, että nesteiden tiheys on sama ja ne ovat samalla korkeudella.
Tiheyden tuottama paine
Tiheys on yhden kuutiometrin aineen paino. Eri nesteet painavat eri määrän samaa tilavuutta kohti, ja siksi ne aiheuttavat erilaisia paineita.
Koska tiedämme, että paine on yhtä suuri kuin voima (tai paino) pinta-alayksikössä ja että missä tahansa kiinteässä pylvään tilavuudessa sisältämän nesteen paino vaihtelee tiheyden mukaan, tiheyden muutos muuttaa säiliön painetta.
Kaasujen tuottama paine
Tutustuaksemme joihinkin kaasujen käyttäytymistä sääteleviin periaatteisiin, käytämme ilmaa yleisenä tunnettuna kaasuna.
Koska ilmalla on painoa, se muodostaa staattisen paineen, aivan kuten nesteetkin. Yksi kuutiometri ilmaa painaa noin 0,08 lbs. Huoneessa, joka on 10 jalkaa leveä, 20 tuntuu pitkä ja 8 jalkaa korkea, on 1600 kuutiometriä ilmaa, joka painaa noin 128 lbs. Maapalloa peittävän syvän ilmakerroksen paine on samankaltainen kuin veden paine meren pohjassa. Tätä painetta kutsutaan ilmakehän paineeksi, ja se on noin 14,7 psi merenpinnan tasolla.
Ulkoisesta kuormituksesta johtuva paine
Käsitellyn astian, pumpun, linjan jne. tiettyyn kohtaan kohdistuva loppu- tai kokonaispaine riippuu käsitellyn nesteen korkeudesta tai painosta sekä käsiteltävään nesteeseen kohdistuvasta ulkoisesta paineesta. Alla olevassa kuvassa on esitetty ulkoisen paineen vaikutus.
Astiat, jotka on täytetty vedellä 20 jalan korkeuteen ja jotka ovat avoimia ilmakehälle. Paine pohjassa olisi 20 × 0,433 eli 8,66 psi. Jos suljemme astian ja lisäämme paineistettua kaasua, jonka paine on 200 psi, astian yläosaan, huomaamme, että pohjan paine olisi (200 + 8,66) psi eli 208,66 psi.
Luettelo paineesta
Paineen mittaamiseen on olemassa kaksi vertailupistettä. Loogisin on absoluuttinen nollapiste – tila, joka vallitsee vain täydellisessä tyhjiössä. Tästä vertailupisteestä mitattuja paineita kutsutaan absoluuttiseksi paineeksi.
Toinen käytetty vertailupiste on ilmakehän paine. Tämän vertailupisteen ongelmana on se, että se muuttuu korkeuden (vertailukohtana merenpinta) ja jossain määrin sääolosuhteiden mukaan. Merenpinnan tasolla tai lähellä sitä tämä paine on noin 14,7 psia eli 29,9 tuumaa eli 760 mmHga.
Absoluuttinen paine, Pabs
Absoluuttinen paine on paine mitattuna nollapaineen (tyhjiön) suhteen.
Mittaripaine, Pgauge
Mittaripaine (tai joskus myös sisäinen paine) on mittarilla mitattu paine ilmakehän paineeseen nähden.
Mittari ilmaisee järjestelmän tai astian paineen ja paikallisen ilmakehän paineen välisen eron.
Ole kuitenkin varovainen ! lukiessasi mittaria; määritä, lukeeko se absoluuttista painetta vai mittarin painetta, joka tavallisesti ilmoitetaan merkinnöillä ”a” tai ”g”, esim. psia tai barg.
Atmosfäärialueella vallitseva paine, Patm
Atmosfäärialueella vallitseva paine on ilmakehän pinnan pinnalla mitattu paine. Vaikeutena on kuitenkin se, että se muuttuu korkeuden ja kosteuden mukaan.
Siten ilmanpaine voi vaihdella alueesta tai paikasta toiseen.
Differentiaalipaine (DP)
Differentiaalipaine on paine-ero, joka mitataan kahden eri painepisteen välillä samassa paine-vertailupisteessä…, esim. tuntemattoman paineen ja paikallisen ilmanpaineen välillä.
Korkeapaine
Korkeapaine on nesteen aiheuttama paine, joka ilmoitetaan nesteen korkeudella nestepylväässä.
Se riippuu;
1. nestepylvään korkeudesta.
2. nesteen suhteellisesta tiheydestä.
Differentiaalipaine
= R.D x h x 9,8 kPa
joissa, R.D = nesteen suhteellinen tiheys, h = nesteen korkeus g = painovoima
Huomautus: Suhteellinen tiheys on nesteen tiheys suhteessa suhteelliseen standarditiheyteen (vesi = 1000 kgm-3)
Tyhjiö
Tyhjiö
Tyhjiöksi kutsutaan painetta, joka on pienempi kuin ilmanpaine. Tyhjiö on ilman nesteen puuttuminen. Tyhjiöasteikko ulottuu absoluuttisen nollapisteen vertailupisteen ja ilmakehän paineen väliin, joten se ei ole positiivinen paine. Sitä käsitellään imuvoimana eli alipaineena.
Painemuunnokset yksiköiden välillä
Painemittausmenetelmät
Painemittauksessa on 3 perusmenetelmää;
I. Ensimmäisessä menetelmässä tasapainotetaan tuntematon paine tunnetun tiheyden omaavan nestepatsaan tuottamaa painetta vastaan.
II. Toisessa menetelmässä annetaan tuntemattoman paineen vaikuttaa tunnettuun alueeseen ja mitataan syntyvä voima joko suoraan tai epäsuorasti.
III. Kolmannessa menetelmässä annetaan tuntemattoman paineen vaikuttaa elastiseen materiaaliin ja mitataan tuloksena oleva jännitys tai venymä.
Author : N. Asyiddin