마노미터 (Manometer : 액주형 압력계)
마노미터는 실험실에서 압력을 측정하기 위하여 사용되는 가장 보편적인 기기 중에 하나이다.
마노미터는 공정산업분야에서 압력측정계기의 교정에 광범위하게 사용된다.
그림4-44는 마노미터의 기본 원리를 설명하고있다.
20℃에서 물 1 ft3 의 무게는 62.3 pound 이고 이 무게가 1 ft2 즉 144 in2 의 면적에 작용한다고 하자.
압력은 P = F/A(식 4-37)로 정의되므로 1 ft2 면적의 표면에 작용하는 압력은
가 된다.
이는 1 ft의 물기둥에 의해 단위면적 1 in2 당 작용하는 압력은 0.433 pound이고 역으로 말하면
0.433ponud의 압력으로 1 ft의 물기둥을 상승시킬 수 있음을 의미한다.
마노미터는 1개 또는 2개의 투명관으로 구성되어 2개의 액체면이 있고
어느 한쪽의 액체면에 압력을 가하면 다른 한쪽의 액체면이 상승하는 구조의 압력측정장치이다.
마노미터에는 투명관에 압력단위로 교정된 눈금을 기록하여 압력이 인가되었을 때 액체면의 상승치를 읽어
직접 압력단위로 측정할 수가 있다.
일반적으로 미지의 압력을 어느 한 쪽 튜브에 인가하고 기준압력을 다른 쪽의 튜브에 인가한다.
미지의 압력과 기지의 기준압력과의 차이는 변위된 마노미터 튜브 내 액체의 무게에 의하여 평형을 유지하게 된다.
마노미터용 액체로는 대부분 수은이나 물이 사용되지만 어떤 종류의 액체도 사용이 가능하다.
실제로 몇몇 마노미터에서는 수은에 의한 환경적 문제를 피하기 위해 비중이 2.95인 액체(red oil)를 사용하기도 한다.
U 튜브형 (U-tube type) 마노미터
아래 그림에 나타낸 U튜브형 마노미터는 2개의 투명관이 서로 연결되어 U자 모양을 형성하는 구조를 갖는다.
왼쪽 튜브에 측정하고자 하는 압력을 인가하고 오른쪽 튜브는 일반적으로 대기압에 노출되도록 개방하여두면
왼쪽 튜브에 인가된 압력에 의하여 튜브내의 액체를 밀어 올리게 되어 양쪽 튜브의 액체 레벨차를 이용해
기록된 압력눈금으로 읽어 압력을 측정한다.
마노미터에서의 압력지시 공식은 다음과 같다.
P = 압력(psi),
h = 변위된 액체 레벨의 높이 차(inch),
SG = 마노미터 액체의 비중이고 Km = 0.03606 psi/in
수조형 (Well or Reservoir type) 마노미터
수조형 마노미터의 구조는 아래 그림에서 나타낸 바와 같이 한쪽은 수조형태로 다른 한쪽은 튜브형태로 제작된
변형된 U튜브형 마노미터이다.
수조측 단면적이 튜브측 단면적에 비해 상대적으로 매우 크기 때문에 인가된 압력에 의한 변위도 튜브측은 매우 크나 수조측은 매우 작게 나타나므로 인가된 압력에 의한 액체레벨의 변위차를 측정하기 위해서는 튜브측 액체 레벨만을 읽어 측정할 수 있다는 장점이 있다. 액체레벨 변위에 의한 압력값 계산공식은 아래식과 동일하다.
경사형 마노미터 (Inclined Manometer)
마노미터의 감도를 증가시키기 위해 아래 그림과 같은 경사형 마노미터를 사용한다.
경사형 마노미터는 인가된 압력에 의한 액체 변위를 크게 하기 위해 한쪽 튜브를 일정한 각도의 경사를 갖도록 제작한다.
측정하려는 압력은 수조측에 인가하고 경사진 튜브쪽은 대기압에 노출시킨다.
튜브 경사각도는 고정되어있으므로 액체의 경사이동거리(h')와 수직변위(h)사이에는 다음과 같은 일정한 관계가 성립한다.
h = h' sin α
h = 마노미터 액체의 수직변위
h'= 액체의 경사 이동거리
α = 튜브의 경사각
경사형 마노미터는 인가된 압력에 대한 액체변위가 크기 때문에 화로, 굴뚝, 환기구 등의 흡입압 등
매우 낮은 압력 측정에 사용된다.
아래는 관련내용 링크이다.
압력 게이지 및 압력측정소자 (Diaphram, Bellows, Bourdon)
