Pressure Measurement

1

MEASUREMENT PRESSURE

By Dr. Diew Koolpiruck

INC 336 Industrial process measurement, 2005 INC 336 Industrial process measurement, 2005

TABLE OF CONTENTS

A. INTRODUCTION

B. MANOMETER

C. ELASTIC-ELEMENT MECHANICAL PRESSURE GAGES

D. ELECTRONIC PRESSURE SENSORS

E. DIFFERENTIAL PRESSURE SENSORS

F. HIGH PRESSURE MEASUREMENT

G. LOW-PRESSURE (VACUUM) MEASUREMENT

INC 336 Industrial process measurement, 2005

INTRODUCTION

ความดัน PRESSURE • หมายถึง แรง (force; F) ต่อ หน่วยพ้ืนท่ี (area; A)

• ใน SI unit ความดันมีหน่วย เป็น ปาสคาล (Pa) หรือ

• นิวตันต่อตารางเมตร ( ) หรือ

• กิโลกรัมต่อเมตรต่อวนิาทีก าลังสอง ( )

• ส่วนความดันในหน่วย มิลลิเมตรปรอท (mmHg)

2

หน่วยความดัน

• 760 mmHg = 101325 Pascal หรือ 1 atm = 101325 Pa = 101.325 kPa แต่อย่างไรก็ตามความดันในหน่วย mmHg ไม่ใช่ SI unit แต่ก็อนุโลมให้ใช้ค่าความดันในหน่วย mmHg หรือ ความดันบรรยากาศเป็นหน่วยความดันมาตรฐาน

• 1 atm = 101325 Pa = 101.325 kPa = 1.01325 bars = 760 mmHg • 1 psi = 0.068947 bar

• 1 atm = 1.01325 bar


INTRODUCTION

ความดนับรรยากาศ (atmospheric pressure)

• เราทราบดีอยูแ่ลว้วา่โลกของเรามีอากาศห่อหุ้มโดยรอบ เม่ือมีอากาศยอ่มมีมวล เม่ือมีมวลยอ่มมีน ้าหนกักดทบัเรา น ้าหนกัหรือความดนัท่ีกดทบัเราจะมีประมาณเท่าไหร่ ถา้เราชั่งน ้าหนกัของอากาศพ้ืนท่ี 1 ตารางเมตรสูงข้ึนไปจากพ้ืนดิน จะพบวา่

• มวลของอากาศ จะมีประมาณ 10000 กโิลกรัมกดลงพ้ืน1 ตารางเมตรนั้น แรงกดอากาศไมไ่ดมี้เฉพาะสถานท่ีท่ีเรายนือยูแ่ตทุ่กตารางเมตรบนพ้ืนโลกกจ็ะไดรั้บแรงจากมวลของอากาศเช่นกนั แตจ่ะไดรั้บมากหรือนอ้ยแตกตา่งกนั ข้ึนกบัวา่มวลของอากาศท่ีสูงข้ึนไปจากพ้ืนบริเวณนั้นๆ มีกี่มากนอ้ย

3

ความดนัเกจ ( Gage Pressure) • คือเป็นคา่ความดนัท่ีอ่านจากมาตรวดัความดัน ในกรณีท่ีเป็นความดนัท่ี

สูงกวา่ความดนับรรยากาศ เน่ืองจากมาตรวดัความดนัส่วนใหญ่จะตอ้งเปรียบเทียบคา่ความดนัท่ีวดักบัคา่ความดนับรรยากาศรอบๆขา้งขณะนั้น ท าให้คา่ท่ีอ่านออกมาไดน้ั้นเป็นคา่ความแตกตา่งระหวา่งความดนัท่ีวดัและความดนับรรยากาศขณะ

ความดนัสุญญากาศ ( Vacuum Pressure, P vac )

• กรณีท่ีเคร่ืองวดัอ่านคา่ความดนัท่ีต ่ากวา่ความดันบรรยากาศจะไดว้า่ ความดนัสุญญากาศ = ความดนับรรยากาศ - ความดนัสัมบูรณ์หรือ

50 psi มีค่าเท่ากบั 50 X 51.7 = 2858 torr

วิธีการวดัความดนับรรยากาศ อาจท าไดโ้ดยใชเ้คร่ืองมือท่ีเรียกว่า บารอมิเตอร์(barometer)

• ผูป้ระดิษฐบ์ารอมิเตอร์เคร่ืองแรกของโลกคือนกัคณิตศาสตร์ชาวอิตาลี ช่ือ ทอร์ริเชลลี ในปี ค.ศ. 1643 เคร่ืองมือประกอบดว้ยอ่างท่ีเติมสารปรอท และหลอดแกว้ขา้งในบรรจุดว้ยปรอทให้เตม็แลว้คว ่าหลอดแกว้ลงในอ่างปรอท ดงัรูป

มานอมเิตอร์ (manometer)

• เคร่ืองมือเป็นลกัษณะหลอดรูปตวัย ูมีปลายสองดา้น ปลายดา้นหน่ึงไวเ้ช่ือมต่อกบัท่อแกส๊ ปลายอีกดา้นหน่ึงถา้เปิดกเ็รียกว่า มานอร์มิเตอร์แบบปลายเปิด แต่ถา้ปิดไวก้เ็รียกว่ามานอร์มิเตอร์แบบปลายปิด แต่ทั้งสองชนิดภายในหลอดจะบรรจุของเหลวปริมาณหน่ึง(ส่วนใหญ่เป็นปรอท)

4

• กรณีท่ีความดนัของแกส๊นอ้ยกวา่ความดนับรรยากาศ เหมือนรูป ก.กโ็ดยการเอาผลตา่งความสูงของล าปรอท( ) ไปลบออกจากความดนับรรยากาศ

• กรณีท่ีความดนัแกส๊มากกวา่ความดันบรรยากาศ เหมือนรูป ข. โดยเอาความแตกตา่งของล าปรอท ( ) บวกกบัความดนับรรยากาศ

• • เม่ือ P = ความดนัของแกส๊ท่ีตอ้งการวดั

• PO = ความดนัอากาศ = ความสูงของของเหลว

• มานอมิเตอร์ชนิดปลายปิดก็สามารถใช้วดัความดนัแกส๊ได้เช่นเดียวกนั โดยความสูงของล าปรอทท่ีแตกตา่งกนัของท่อทั้งสอง( )เป็นความดนัของแกส๊โดยตรงดงัตวัอยา่งรูปดา้นบน

• เช่น ถา้ = 500 มิลลิเมตร ความดนัของแกส๊กเ็ท่ากบั 500 mmHg


MANOMETERS


MANOMETERS

5


ELASTIC TRANSDUCERS


ELASTIC TRANSDUCERS : Bourdon tubes


ELASTIC TRANSDUCERS : Bellows pressure gage


ELASTIC TRANSDUCERS : Diaphragm pressure gage

Diaphragm pressure gage

6


INTRODUCTION :Standards and Calibration

Deadweight testing


Pressure Calibrator

INTRODUCTION :Standards and Calibration

Secondary pressure testing


ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Strain gauge

Major types of resistance strain gages

• Bonded foil strain gages

• Boned semiconductor strain gages

• Diffused semiconductor strain gages

• Thin film strain gages



Bonded foil strain gages

http://www.doitpoms.ac.uk/tlplib/mechanical-testing/images/strain-gauge-close.jpg

7



Bonded foil strain-gage pressure transducer



Strain gauge transducer with diaphragm element

Wheatstone circuit



Diaphragm-type strain-gage pressure pickup



Diffused semiconductor strain-gage transducer

http://www.omega.com/ppt/pptsc.asp?ref=PXM6000-i&nav=

8


ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Diffused sensor

Diffused sensor transducers and auto reference techniques



• Sensors to be deposited directly onto conductive and non-conductive

components. No mounting cements or adhesives needed.

• Minimal process intrusion. Structural modifications of components

typically not necessary. Will not disrupt gas flows.

• Fast time response. Adds neglible amount of mass to system and made

with thermally conductive materials.

• Harsh environment capability. Can be made to withstand temperatures in excess of 1000oC.

• Sensors to be placed on 3 dimensional parts. Thin film conductive

traces can route leads around corners and edges.

Thin-film strain gages


ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Capacitive


ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Potentiometric

9


ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Resonant wire


ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Piezoelectric

Piezoelectric crystal circuit


ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Piezoelectric


ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Magnetic

Linear variable differential transformer

Linear reluctance transducer

http://news.thomasnet.com/images/large/2003/11/28156.jpg

10


ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Electro-Optical


DIFERENTIAL PRESSURE TRANSDUCERS



11



Diffused strain-gage differential-pressure Transmitter (Honeywell Inc.)


HIGH PRESSURE MEASUREMENT

Very-high-pressure transducer


LOW PRESSURE MEASUREMENT

Vacuum gage types and ranges


LOW PRESSURE MEASUREMENT

McLeod gage

12


DYNAMIC EFFECTS OF VOLUMES AND TUBING

Transducer installation types


DYNAMIC EFFECTS OF VOLUMES AND TUBING

Fill Fluid : The fill fluid will affect the safety of process, accuracy

and response time of the measurement. The following four points

need to be considered:

• Temperature limitations

• Expansion coefficient

• Process compatibilty

• Viscoscity

Temperature Effects : Three variables can be changed to

reduce the errors caused by temperature effects

• Diameter of capillary

• Choice of fill fluid

• Diaphragm size


ACCESSORIES

Gauge cock and gauge valves are applied

to the temporary stoppage of measuring

fluid for the purposes of pressure gauge

maintenance,inspection and repair

These joints are applied to the connection

between diipe diameters.

This dampener is of variable type being

able to adjust pressure amplitude and

applied to the decrease in pressure pulsation.

Gauge cock Gauge valve

Connecting joint

Dampener


ACCESSORIES

This pipe siphon is applied to

measuring steam pressure or

the case where the

temperature of measuring fluid is high

This tank siphon is applied

to the sulstitution

measuring fluid and the

case where oil is forbidden.

13


INSTALLATION GUIDELINES


SMART PRESSURE TRANSMITTERS


SUMMARY

Documents

Pressure Measurement