A nyomás az ipari automatizálás során az egyik legtöbbet mért és ellenőrzött fizikai mennyiség. Közvetlen hatással van a termelésre és az ipari folyamatokra. Ebben a cikkben alapvető ismereteket adunk a nyomásról és annak méréséről.
Nyomás meghatározása: A p nyomás fogalmát az F erő és az A terület hányadosaként határozzuk meg. Ez az erő a síkra merőlegesen hat. Az 1 Pascal (Pa) nyomás:
1 Pa = 1 N/m2
Az F erő egy vektormennyiség, ami azt jelenti, hogy a meghatározásához ismerni kell a nagysága mellett az irányt is. A p nyomás egy skaláris mennyiség – így nincs iránya, és csak valós számokkal határozható meg. Zárt rendszerben, például puffertartályban a nyomás mindig egyenletesen oszlik el, és minden felületre merőlegesen hat. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a nyomásérzékelő és a membrán felszerelési helyzete véletlenszerűen választható meg. Például a kompresszor légtartályában a nyomás mérhető úgy is, hogy nyomás-érzékelőt (manométert, nyomáskapcsolót vagy -távadót) a tartály tetejére szereljük fel úgy, hogy a membrán lefelé nézzen.
ábra: A nyomás meghatározásának grafikus ábrázolása
Hazánkban, mint a világ legtöbb országában az SI-rendszer, azaz a Nemzetközi Egységrendszer van érvényben. A fizikai mennyiségek szabványosított mértékegységeit tartalmazza, ezek közt a , például a nyomás alapegységét is. A nyomás alapvető SI-egysége a Pascal (Pa). A pascal azonban ritkán használt egység a műszaki alkalmazásokban. Például a légköri nyomás a Földön körülbelül 1018 hPa, ami 10 1800 Pa-nak felel meg. Az ipari folyamatokban gyakran nagyobb a nyomás, és az ilyen nagy számokkal való munka rendkívül nehézkes és időigényes. Ezért a nyomás általánosan használt mértékegysége a bar (bar).
1 bar = 10⁵ N/m² = 100 000 Pa
A bar (bar) mértékegység általában a nyomásmérő eszközök vagy a regisztráló berendezések folyamatváltozóit mutató mérőskálán látható. Érdekes megjegyezni, hogy a Hgmm (Higanymilliméter) az orvosi területen általánosan használt mértékegység. Ezt a szisztolés vérnyomás meghatározására használják.
1 mmHg = 133,322 Pa
A nyomás, mint fiziki mennyiség számítása
A nyomás definíciója szerint, ha egy adott A = 1 m²-es felületre F=1N gravitációs erő hat (1N az m = 100g tömeg és a g = 10m/s2 gravitációs gyorsulás szorzata), akkor a nyomás 1 Pa lesz. De hogyan számítjukegy folyadék vagy gáz nyomását?
Nyomás képlet és egység:
p = F/A, ahol:
p - nyomás [Pa]
F - erő [N]
A - felület [m²].
A fenti képlet segítségével kiszámíthatjuk a nyomást, ha ismerjük a vizsgált tárgy vagy közeg tömegét. De mi van akkor, ha egy nagy tartály alján kell meghatározni a nyomást, pl. egy uszodai medence alján? Ebben az esetben lehetetlen kiszámítani a víz teljes tömegét. Egy képlet segítségével kiszámítható a nyomás a tartály alján, kizárólag a közeg sűrűsége és a víz-oszlop magassága alapján:
A nyomás képlete:
p = ρgh +p₀, ahol:
ρ - közeg sűrűsége [kg/m³]
g - nehézségi gyorsulás [m/s²].
h - folyadékoszlop magassága [m].
p₀ - légköri nyomás [Pa].
*Kommentár: A g = 9,81 m/s² gravitációs gyorsulás pontos értékét itt nem használtuk. Ehelyett 10 m/s² kerekített értéket használtunk.
Az abszolút nyomásskála nullpontja a vákuum. Ezért az abszolút nyomásadatokat mindig erre vonatkoztatva mérik. Ilyen például a légköri nyomás, amelyet mindig abszolút nyomásként adnak meg.
A relatív nyomás mérésekor a referenciaérték a környezeti nyomás. Az ipari alkalmazásokban a rendszernyomást gyakran relatív formában, azaz a légköri nyomáshoz viszonyítva értelmezik. Ebben az esetben a tényleges nyomás a relatív nyomás (amely a folyamat során keletkezik) és a környezeti nyomás (légköri nyomás) összege. Az iparban azonban nem ritka, hogy a folyamatok a légköri nyomásnál lényegesen nagyobb nyomás mellett zajlanak. Ilyen esetekben a környezeti nyomást nem veszik figyelembe.
A statikus nyomás az a nyomás, amely egy adott gázban vagy folyadékban nyugalmi állapotban, pl. egy zárt tartályban uralkodik. Ilyen esetekben a nyomás meghatározásához elegendő ismerni azt az erőt, amellyel egy adott közeg egy adott felületre hat. Ha azonban a közeg mozgásban van, például egy csővezetékben, akkor dinamikus nyomásról beszélünk. A meghatározás szerint a dinamikus nyomás úgy írható le, mint az áramló folyadék vagy gáz által az áramló közegre merőlegesen egy test felületére kifejtett nyomás. Ez a nyomás a mozgásban lévő részecskék mozgási energiájából adódik. A modern technológia különféle alkalmazásokhoz kínál megoldásokat. Egy kémiailag agresszív közegek mérésére szolgáló eszköz, például egy nyomásmérő, jelentősen eltérhet a gázberendezésben történő mérésre szolgáló eszköztől.
A nyomáskülönbség két abszolút nyomásérték összehasonlításából származó eredmény, és Δp nyomáskülönbségnek nevezik. Gyakran használják műszaki alkalmazásokban ellenőrzési célokra. Például a folyadéktartály alján és a folyadék felett mért nyomáskülönbség információt hordoz a folyadékoszlop magasságáról. A különbség mérésére szolgáló berendezések, mint például a nyomáskülönbség-távadók, két mérési ponton csatlakoznak a rendszerhez.
A hidrosztatikus nyomás a nyugalomban lévő folyadékban létezik. Ez függ a folyadékoszlop h magasságától, ρ sűrűségétől, g gravitációs gyorsulásától. Minél magasabb a vízoszlop, annál nagyobb a nyomás. Minél mélyebbre merül például egy búvár a tóban, annál nagyobb a rá ható hidrosztatikai nyomás.