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
INC 336 Industrial process measurement, 2005
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
INC 336 Industrial process measurement, 2005
MANOMETERS
INC 336 Industrial process measurement, 2005
MANOMETERS
5
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELASTIC TRANSDUCERS
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELASTIC TRANSDUCERS : Bourdon tubes
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELASTIC TRANSDUCERS : Bellows pressure gage
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELASTIC TRANSDUCERS : Diaphragm pressure gage
Diaphragm pressure gage
6
INC 336 Industrial process measurement, 2005
INTRODUCTION :Standards and Calibration
Deadweight testing
INC 336 Industrial process measurement, 2005
Pressure Calibrator
INTRODUCTION :Standards and Calibration
Secondary pressure testing
INC 336 Industrial process measurement, 2005
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
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Strain gauge
Bonded foil strain gages
7
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Strain gauge
Bonded foil strain-gage pressure transducer
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Strain gauge
Strain gauge transducer with diaphragm element
Wheatstone circuit
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Strain gauge
Diaphragm-type strain-gage pressure pickup
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Strain gauge
Diffused semiconductor strain-gage transducer
8
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Diffused sensor
Diffused sensor transducers and auto reference techniques
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Strain gauge
• 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
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Capacitive
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Potentiometric
9
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Resonant wire
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Piezoelectric
Piezoelectric crystal circuit
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Piezoelectric
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Magnetic
Linear variable differential transformer
Linear reluctance transducer
10
INC 336 Industrial process measurement, 2005
ELECTRONIC PRESSURE SENSORS : Electro-Optical
INC 336 Industrial process measurement, 2005
DIFERENTIAL PRESSURE TRANSDUCERS
INC 336 Industrial process measurement, 2005
DIFERENTIAL PRESSURE TRANSDUCERS
11
INC 336 Industrial process measurement, 2005
DIFERENTIAL PRESSURE TRANSDUCERS
Diffused strain-gage differential-pressure Transmitter (Honeywell Inc.)
INC 336 Industrial process measurement, 2005
HIGH PRESSURE MEASUREMENT
Very-high-pressure transducer
INC 336 Industrial process measurement, 2005
LOW PRESSURE MEASUREMENT
Vacuum gage types and ranges
INC 336 Industrial process measurement, 2005
LOW PRESSURE MEASUREMENT
McLeod gage
12
INC 336 Industrial process measurement, 2005
DYNAMIC EFFECTS OF VOLUMES AND TUBING
Transducer installation types
INC 336 Industrial process measurement, 2005
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
INC 336 Industrial process measurement, 2005
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
INC 336 Industrial process measurement, 2005
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
INC 336 Industrial process measurement, 2005
INSTALLATION GUIDELINES
INC 336 Industrial process measurement, 2005
SMART PRESSURE TRANSMITTERS
INC 336 Industrial process measurement, 2005
SUMMARY