Manométer

A manométer (ismert még: nyomásmérő és feszmérő néven is) egy mechanikus mérőeszköz folyadékok vagy gázok nyomásának mérésére. A speciális célra készült nyomásmérőknek egyedi neveik vannak, például barométer, vákuummérő, vérnyomásmérő, vagy a járművek kerekeiben lévő levegő nyomását ellenőrző „nyomásmérő”.

A manométer elnevezés a görög manosz (μανός = vékony, ritka) és metron (μέτρον = mérték) összetételével keletkezett.^[1]

Csoportosításuk

Léteznek

közvetett és
közvetlen elven mérő manométerek.

Közvetett elven működik az összes olyan manométer, amely a nyomást mechanikus alakváltozássá alakítja, majd az elmozdulás értékét jelzi ki. A közvetett elven működő manométerek előnyei

kis méret,
tetszőleges működési helyzet,
mechanikai rezgéseknek ellenálló kivitel,
nagy mérési tartomány,
leolvasáshoz nagyméretű skála készíthető, és
nagy mérési pontosság.

Mérési tartományuk néhány Pa nyomástól több száz MPa-ig terjed.^[2]

Közvetlen elven működik az összes folyadékoszloppal mérő manométer és egyes digitális manométerek.

Típusai

A legfontosabb manométertípusok:

Bourdon-csöves manométer

A Bourdon-csöves vagy Bourdon-szelencés manométert (ismert még: csőrugós manométer néven is) Eugene Bourdon szabadalmaztatta 1849-ben. Edward Ashcroft vásárolta meg a kizárólagos jogokat az Egyesült Államokban 1852-ben, és ő lett az első, aki ipari mennyiségben gyártotta. 1875-ben a szabadalom lejárt, és ettől kezdve számos cég gyártja. Jelenleg ez a legelterjedtebb nyomás- és vákuummérő eszköz^[forrás?]. Működésének lényege, hogy egy meghajlított és egyik végén lezárt csőbe (szelencébe) túlnyomásos közeget vezetve a cső külső ívére nagyobb nyomás hat, mint a cső belső ívére. A külső ívre ható nagyobb nyomás miatt a külső ívre nagyobb erő hat mint a belső ívre, ezért a cső kiegyenesedni (légköri nyomásnál kisebb nyomás esetén pedig meggörbülni) igyekszik. A rendszerint körív alakúra hajlított cső alakváltozása egy bizonyos határon belül egyenesen arányos a nyomással.^[2]

A Bourdon-szelencés manométer működését a 2. ábra szemlélteti: a menetes csonk furatán beáramló közeg (gáz vagy folyadék) az íves alakú, egyik végén lezárt csőbe jut, amely ennek hatására megváltoztatja alakját. Az alakváltozást rudazat segítségével egy fogasív-fogaskerék kapcsolaton át a mutató tengelyére viszik át. Végeredményben a mutató a nyomás hatására elmozdul egy nyomásértékekre kalibrált skála előtt.

A Bourdon-szelencés manométer szokásos belső kialakítását a 3. ábra szemlélteti. Kisebb nyomások esetén a menetes csatlakozóba forrasztással rögzítik a téglalap szelvényű berillbronz szelencét, míg nagyobb nyomások esetén a szelence végén menetes csatlakozó van. Nagy nyomások esetén a szelence anyaga acél, extrém nagy nyomások esetén pedig a szelence acélcsövében excentrikusan helyezkedik el a furat. Ha üzem közben számítani lehet a hirtelen nyomásesésekre, akkor a légmentesen lezárt manométerházat glicerinnel töltik a lengések csillapítására. Hidraulikus rendszerekben gyakran használnak manométer tehermentesítő szelepet, amelynek célja, hogy a manométer csak az ellenőrzéshez szükséges ideig kapcsolódjon a nap 24 órájában működő és akár egy-két másodpercenként változó nyomású körébe (manométer kímélése).

Ha a nyomást szűk tartományon belül pontosan kell kijelezni, akkor a szelence a 4. ábra szerinti többmenetes kialakítású.^[3]

3. ábra: Bourdon-szelencés manométer belseje
4. ábra: Bourdon-szelencés manométer működése
5. ábra: Nyomás- és vákuummérő kombináció

A 4. ábra animációja egyben szemlélteti a Bourdon-szelencés manométerek működését is. Abból a célból, hogy a csőrugó és a mutató közötti elemek holtjátékát kiegyenlítsék, a Bourdon-szelencés manométereket egy hajszálvékony spirálrugóval (l. 2. ábrán középen) látják el. A spirálrugó működés közben a kitérítéssel szembe ható jelentéktelen, de biztos erővel hat a mutató tengelyére ékelt fogaskeréken át a fogasívre, így szüntetve meg az elemek között lévő holtjátékot.

Magától értetődően a Bourdon-szelencés manométer nemcsak túlnyomás, hanem vákuum mérésére is alkalmas. Néha kombinált, középállású műszert készítenek, amely túlnyomás és vákuum mérésére egyaránt használható (5. ábra).

Csőmembrános manométer

A csőmembrán egyik végén zárt, hullámos cső, amelynek szabadon mozgó vége nyomás hatására elmozdul. A csőmembrán a nyomás megváltozásának hatására hosszirányában megnyúlik vagy rövidül, és mozgatja a csővégre szerelt mutatót (6. ábra). Csőmembrános manométereket használnak még a vegyiparban is. Előnye a nagy pontosság és a linearitás.

Síkmembrános manométer

A (sík)membrános manométer működése a 7. ábrán tanulmányozható:

Nyomásmentes helyzetben a 3 vékonyfalú membrán mindkét oldalára $P_{atm}$ légköri nyomás hat.
A 4 házba beáramló túlnyomás hatására a 3 membrán (rugalmasan )függőlegesen elmozdul.
A 3 membrán elmozdulása a 2 fogaslecet is elmozdítja.
A 2 fogasléc elmozdulása az 1 fogaskereket fordítja el, amely az 5 mutató tengelyére van ékelve (rögzítve).
Végeredményben a membrán elmozdulását a mutatóra viszik át, amely nyomásértékekre skálázott számlap előtt fordul el.

8. ábra: Síkmembrános nyomásmérő (barométer) belseje

A membrán túlnyomás okozta tönkremenetelét (deformáció, felhasadás) gyakran úgy akadályozzák meg, hogy a membrán felett egy neki megfelelő védőfedél helyezkedik el és a membrán egyszerűen nem tud tovább emelkedni. A membrán és a védőfedél közé bezárt levegő egy vagy több apró lélegzőfuraton át távozik. A gyakorlatban teljesen sík felületű membránt soha nem használnak, mert elmozdulása nem követi lineárisan a nyomásváltozást, továbbá nincs határozott nullpontja.^[2]

Szelencés manométer

A membrános manométer megfelelő konstrukcióval alkalmazható nyomáscsökkenés (vákuum) detektálására is. Barométerekben olyan zárt membrános konstrukciót alkalmaznak (8. ábra), amelynél a membrán alakváltozását (köznyelven behorpadását vagy kidudorodását) a membránnal lezárt doboz belsejében lévő légritka tér és a külső légnyomás közötti nyomáskülönbség megváltozása okoz. A műszer annál érzékenyebb, minél vékonyabb fémlemezből készül a szelence, és minél nagyobb a hatásos felülete. Túlterhelésre érzékeny, mert az érzékelő deformálódik, így a műszer további mérésre alkalmatlanná válik. A szelence visszatérítő ereje a vékony falvastagság miatt kicsi, ezért kiegészítő elemeket használnak.^[2]

U-csöves manométer

Az U-csöves manométerek klasszikus példája a higanyos barométer (9. ábra)

Bővebben: barométer

Az U-csöves manométer (10. ábra) állandó keresztmetszetű üvegcsőből készül. A két szára között hosszmérésre alkalmas skálát helyeznek el. A nyomáskülönbség a két folyadékfelszín közötti távolságból számítható a $H=P_{a}-P_{o}$ összefüggés alapján (Víz közeget feltételezve a nyomás értékét vízoszlop-milliméterben kapjuk.). Az U-csöves manométert elsősorban laboratóriumi körülmények között, ipari kemencék gázrendszereiben, kisebb nyomásokra használják.^[4]

Előnyei: egyszerű, pontos és olcsó
Hátrányai: törékeny, nagy méretű, csak meghatározott helyzetben használható, nehezen automatizálható.^[2]

9. ábra: Higanyos barométer
10. ábra: U-csöves manométer

Digitális manométer

Kivitelét tekintve két fő típusa van:

elektronizált közvetett nyomásmérő; Ebben az esetben például a membrános nyomásmérő membránja kapacitív, induktív vagy optoelektronikai úton változást idéz elő egy kondenzátorban, tekercsben vagy fényérzékelőben és az így keletkezett feszültségváltozást jelzik ki analóg vagy digitális módon. Ez a kategória csupán a meglévő elemek pótlólagos automatizálása, hiszen alapjaiban nem változtatja meg a mérés elvét: a mérés továbbra is membránnal, szelencével, Bourdon-csővel, stb. történik, csak az elmozdulást nem számlapra viszik át^[2] (11. ábra). Potenciométeres nyomásátalakítót használt például a VAZ-2103 gépkocsi MM-393A jelű membrános olajnyomás érzékelője^[5]
nyomásérzékelő elemek felhasználásával a nyomást közvetlenül érzékelik a fentebb ismertetett mechanikus elemek nélkül (pl. nyúlásmérő bélyeg, Hall-generátor) és a műszerben lévő elektronika továbbítja a megfelelő nagyságú elektromos jelet. Működési elvük alapvetően eltér a hagyományos manométerekétől (12.ábra). A piezorezisztív nyomásmérőben 4 darab mérőszonda szolgál egyetlen membránként. A négy szondát elektromosan Wheatstone-hídba kötik. A membrán vastagsága a mérendő nyomástól függ.^[2] Gyakori, hogy a digitális manométerben a 13.ábra szerinti célorientált integrált áramkör kerül beépítésre.

11. ábra: Membrános manométer digitális kijelzővel
12. ábra: Digitális manométer
13. ábra: Digitális szenzor IC

Rajzjel

Műszaki rajzokon, hidraulikus és pneumatikus kapcsolási vázlatokon a manométert a 14. ábrán látható szimbólum jelöli.

14. ábra: Manométer rajzjele

Jegyzetek

↑ Fülöp József: Rövid kémiai értelmező és etimológiai szótár. Celldömölk: Pauz–Westermann Könyvkiadó Kft. 1998. 95. o. ISBN 963 8334 96 7
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g http://e-oktat.pmmf.hu/meresadatgyujtes Archiválva 2013. december 30-i dátummal a Wayback Machine-ben Mérésadatgyűjtés-jelfeldolgozás
↑ A felcsévélt több menet érzékenyebben reagál a nyomásváltozásokra.
↑ http://www.migert.hu/sites/default/files/ucsoves_manometer.pdf U-csöves manométer
↑ http://zsiguli.hu/index.php?action=cikk&id=28 Szentirmai Miklós: Olajnyomás mérő műszer 2103 és 2107

Források

Arányi et. al.: Hidraulikus elemek kézikönyve, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1978, ISBN 963-10-2213-7
Manométerek

További információk

Kapcsolódó szócikkek

[1] Fülöp József: Rövid kémiai értelmező és etimológiai szótár. Celldömölk: Pauz–Westermann Könyvkiadó Kft. 1998. 95. o. ISBN 963 8334 96 7

[maj-2] ↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g http://e-oktat.pmmf.hu/meresadatgyujtes Archiválva 2013. december 30-i dátummal a Wayback Machine-ben Mérésadatgyűjtés-jelfeldolgozás

[3] A felcsévélt több menet érzékenyebben reagál a nyomásváltozásokra.

[4] ttp://www.migert.hu/sites/default/files/ucsoves_manometer.pdf U-csöves manométer

[5] ttp://zsiguli.hu/index.php?action=cikk&id=28 Szentirmai Miklós: Olajnyomás mérő műszer 2103 és 2107

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]