كيف يختلف مرجع القياس بين أجهزة قياس الضغط ذات الطرف المفتوح وذات الطرف المغلق المستخدمة في وحدات العمليات التجريبية؟ الضغط المقاس مقابل الضغط المطلق

الفرق الأساسي هو مرجع القياس: إذ يقيس جهاز قياس الضغط ذو الطرف المفتوح الضغط نسبةً إلى الغلاف الجوي المحيط، بينما يقيس الجهاز ذو الطرف المغلق الضغط نسبةً إلى مرجع مفرغ من الهواء ذي ضغط يقارب الصفر. لذلك، يعرض الجهاز ذو الطرف المفتوح عادةً الضغط المقاس، في حين يشير الجهاز ذو الطرف المغلق مباشرةً إلى الضغط المطلق.

يقارن جهاز قياس الضغط ذو الطرف المفتوح ضغط العملية بالضغط الجوي، بينما يقارنه الجهاز ذو الطرف المغلق بمرجع مفرغ. ويحدد هذا التمييز كيفية استخدام القراءة في حسابات الضغط والخواص والموازين في الوحدات التجريبية.

كيف يتغير الضغط المرجعي

أجهزة قياس الضغط ذات الطرف المفتوح ترجع إلى الضغط الجوي

يكون أحد طرفي جهاز قياس الضغط ذي الطرف المفتوح معرضًا للغلاف الجوي المحلي. ولذلك يمثل فرق مستوى السائل الفرق بين ضغط العملية والضغط الجوي الحالي.

[ P_{\text{gauge}} = P_{\text{process}} - P_{\text{atmospheric}} ]

تكون القراءة موجبة عندما يتجاوز ضغط العملية الضغط الجوي، وسالبة عندما تكون العملية تحت التفريغ بالنسبة إلى الغلاف الجوي.

أجهزة قياس الضغط ذات الطرف المغلق ترجع إلى التفريغ

يحتوي جهاز قياس الضغط ذو الطرف المغلق على طرف محكم الإغلاق ومفرغ من الهواء أو يحتوي على ضغط منخفض جدًا. ولذلك يُقارن ضغط العملية بمرجع يقارب ضغطًا مطلقًا يساوي الصفر.

[ P_{\text{absolute}} \approx \rho g h ]

في الظروف المثالية، يمثل فرق مستوى السائل ضغط العملية مباشرةً على مقياس مطلق.

مصطلحا «مفتوح» و«مغلق» يصفان الجهاز

يشير وصف الجهاز بأنه مفتوح أو مغلق إلى ما إذا كان طرفه المرجعي معرضًا للغلاف الجوي، وليس إلى ما إذا كانت عملية الوحدة التجريبية نظامًا مفتوحًا أو مغلقًا.

فقد يكون عمود التقطير المستمر نظام عملية مفتوحًا مع استخدام أي من تهيئتي جهاز قياس الضغط. وبالمثل، قد يكون الوعاء التشغيلي على دفعات نظام عملية مغلقًا، ومع ذلك يستخدم جهاز قياس ضغط ذي طرف مفتوح.

لماذا يهم هذا التمييز في الوحدات التجريبية

تتطلب حسابات الضغط استخدام المقياس الصحيح

تعرض العديد من أجهزة القياس في الوحدات التجريبية الضغط بوحدات الضغط المقاس، بينما تتطلب الارتباطات الديناميكية الحرارية وحسابات الخواص غالبًا استخدام الضغط المطلق.

التحويل هو:

[ P_{\text{absolute}} = P_{\text{gauge}} + P_{\text{atmospheric}} ]

قد يؤدي استخدام قراءة الطرف المفتوح كما لو كانت ضغطًا مطلقًا إلى نتائج غير صحيحة، خاصةً عند حساب نقاط الغليان، وضغوط البخار، وكثافات الغازات، أو سلوك الاتزان.

تتطلب العمليات تحت التفريغ تفسيرًا دقيقًا

إذا كان ضغط العملية أقل من الضغط الجوي، فإن جهاز قياس الضغط ذي الطرف المفتوح يشير إلى ضغط مقاس سالب أو إلى مستوى التفريغ.

يتجنب جهاز قياس الضغط ذو الطرف المغلق اصطلاح الإشارة هذا لأن قراءته مرتبطة مباشرةً بالضغط المطلق. ومع ذلك، يجب أن يظل المرجع المحكم الإغلاق مفرغًا بدرجة كافية حتى يكون هذا التفسير صالحًا.

تتأثر أيضًا حسابات موازين الموائع

تؤثر فروق الضغط في حسابات الجريان، وتقييمات الارتفاع الهيدروستاتيكي، وتقييمات أداء المعدات. ولذلك، فإن تحديد الضغط المرجعي بشكل خاطئ قد يؤدي إلى نتائج غير صحيحة في موازين الموائع.

ويختلف هذا التمييز عن تصنيف المعدات من حيث تدفق الكتلة. فالأنظمة المفتوحة تتتبع الكتلة الداخلة والخارجة، بينما تتتبع الأنظمة المغلقة تراكم الطاقة والكتلة داخل حدود معينة؛ ولا يحدد أي من التصنيفين مرجع جهاز قياس الضغط.

قراءة جهاز قياس الضغط بصورة صحيحة

قراءة الجهاز ذي الطرف المفتوح

بالنسبة إلى جهاز قياس الضغط ذي الطرف المفتوح، حدد أولًا الضغط الجوي المحلي، ثم فسّر فرق الارتفاع على أنه ضغط مقاس.

إذا دفع جانب العملية سائل جهاز القياس إلى الأسفل مقارنةً بالطرف المعرض للغلاف الجوي، فإن ضغط العملية يكون أعلى من الضغط الجوي. أما إذا ارتفع السائل في جانب العملية، فقد يكون ضغط العملية أقل من الضغط الجوي.

قراءة الجهاز ذي الطرف المغلق

بالنسبة إلى جهاز قياس الضغط ذي الطرف المغلق، يمثل فرق مستوى السائل ضغط العملية بالنسبة إلى الطرف المحكم الإغلاق والمفرغ.

ومع ذلك، يجب تحويل فرق الارتفاع باستخدام كثافة سائل القياس وتسارع الجاذبية:

[ \Delta P = \rho g h ]

تُعامل النتيجة عادةً على أنها ضغط مطلق عندما يكون الطرف المغلق مفرغًا فعليًا.

لا تزال كثافة سائل القياس والوحدات مهمة

يحدد نوع المرجع مقياس الضغط، بينما تحدد كثافة السائل مقدار الضغط الذي يمثله فرق ارتفاع معين.

فعلى سبيل المثال، تنتج المياه والزئبق وسوائل القياس الأخرى قيم ضغط مختلفة للارتفاع المقاس نفسه. كما يجب أن تحافظ حسابات الوحدة التجريبية على اتساق الوحدات المستخدمة للكثافة والجاذبية والارتفاع.

فهم المفاضلات

أجهزة قياس الضغط ذات الطرف المفتوح بسيطة لكنها تعتمد على الغلاف الجوي

تتميز الأجهزة ذات الطرف المفتوح بالبساطة، وهي مفيدة لقياس الضغط بالنسبة إلى بيئة الغرفة. وقد تتغير قراءاتها مع تغير الضغط الجوي والارتفاع عن سطح البحر والظروف الجوية، حتى عندما لا يكون ضغط العملية نفسه قد تغير.

ولذلك فهي مناسبة تمامًا لقياسات الضغط المقاس، لكنها تتطلب معلومات عن الضغط الجوي عند الحاجة إلى قيمة مطلقة.

توفر أجهزة قياس الضغط ذات الطرف المغلق الضغط المطلق مباشرةً

توفر الأجهزة ذات الطرف المغلق مرجعًا مباشرًا للضغط المطلق، وتكون مفيدة بشكل خاص لقياسات الضغط المنخفض أو التفريغ.

وتعتمد دقتها على الحفاظ على حالة التفريغ في الطرف المحكم الإغلاق. فأي ضغط غازي متبقٍ أو متغير في ذلك الطرف يغيّر المرجع ويسبب خطأً.

يؤدي الخلط بين تهيئة الجهاز وتصنيف العملية إلى حدوث أخطاء

لا تعني كلمة «مغلق» في جهاز قياس الضغط ذي الطرف المغلق أن العملية المتصلة به نظام مغلق. وقد يؤدي التعامل مع المفهومين على أنهما الشيء نفسه إلى افتراضات غير صحيحة بشأن موازين الطاقة وتحويلات الضغط.

مرجع الجهاز وحدود النظام خياران تحليليان منفصلان.

اختيار الجهاز المناسب لهدفك

اختر مرجع جهاز قياس الضغط وفقًا لمقياس الضغط المطلوب في القياس والحسابات الخاصة بالوحدة التجريبية.

• إذا كان تركيزك الأساسي هو مراقبة الضغط المقاس: استخدم جهاز قياس ضغط ذي طرف مفتوح، وفسّر فرق ارتفاعه بالنسبة إلى الضغط الجوي الحالي.
• إذا كان تركيزك الأساسي هو قياس الضغط المطلق أو التفريغ: استخدم جهاز قياس ضغط ذا طرف مغلق مع طرف مرجعي مفرغ تم التحقق منه.
• إذا كان تركيزك الأساسي هو حسابات الخواص الديناميكية الحرارية: حوّل قراءات الضغط المقاس من الجهاز ذي الطرف المفتوح إلى ضغط مطلق قبل استخدامها في الارتباطات أو حسابات اتزان الأطوار.
• إذا كان تركيزك الأساسي هو موازين الطاقة أو الكتلة: افصل مرجع جهاز قياس الضغط عن كون المعدات نظام عملية مفتوحًا أو مغلقًا.

يضمن تحديد مرجع الضغط بشكل صحيح أن تدعم قياسات الوحدة التجريبية حسابات موثوقة للموائع والطاقة والديناميكا الحرارية.

جدول الملخص:

هل تحتاج إلى قياس موثوق للضغط في وحدتك التجريبية؟ تواصل مع LABPARK لمناقشة وحدة العمليات التجريبية التعليمية والمهنية المناسبة لتطبيقك. توفر LABPARK وحدات تجريبية للهندسة الكيميائية، والعمليات الحيوية والتقنيات الحيوية، ومعالجة البيئة والمياه. وتساعد حلولنا الجامعات ومعاهد البحوث والمؤسسات على الحصول على قياسات موثوقة لمراقبة الضغط، وعمليات التفريغ، والحسابات الديناميكية الحرارية، وموازين الموائع، وتقييم أداء المعدات.

المنتجات ذات الصلة

• مصنع تجريبي تعليمي لمعايرة مقاييس التدفق بالفتحة والفنتوري لمختبر ميكانيكا الموائع
• وحدة تجريبية لعمليات الطيار لإظهار معادلة برنولي
• وحدة تعليمية تجريبية لاختبار أداء المضخات الطاردة المركزية ومعايرة مقاييس التدفق الفتحية
• وحدة تجريبية لعمليات الوحدات لتحديد مقاومة احتكاك السوائل
• وحدة تعليمية نباتية تجريبية لعرض وتحليل ظاهرة التجويف في عمليات الوحدة

يسأل الناس أيضًا

• ما الفرق بين الضغط الساكن والضغط الراكد؟ إتقان قياس التدفق في المصانع التجريبية
• كيف يتم تقدير طول مدخل الهيدروديناميكية لتدفق القنوات ذي رقم رينولدز (Re) المرتفع؟ صمم قياسات دقيقة للمحطة التجريبية.
• ما هي الشروط الحدية الأساسية المطبقة عند أسطح التلامس بين الموائع والأجسام الصلبة عند إجراء تجارب الجريان في محطات تجريبية تعليمية لميكانيكا الموائع؟
• كيف تظهر النباتات التجريبية تباينات ضغط السيفون؟ تصور توازن طاقة برنولي
• كيف تميّز وحدات المختبرات التجريبية لميكانيكا الموائع بين خطوط الانسياب وخطوط الأثر؟ شاهد تصور الجريان عمليًا