6.4 Paineenmittaus

Paine

Paineen mittaus on lämpötilan mittauksen jälkeen yleisin mittaus prosessiteollisuudessa. Painetta tarkkaillaan, sitä säädetään ja sen avulla voidaan epäsuorasti mitata pinnan korkeutta, virtausta, tiheyttä jne.

• Paineen SI-yksikkö on pascal, 1 Pa = 1 N/m²

• 1 bar = 100 kPa = 100 000 Pa 

Yleensä paine mitataan ns. suhteellisena mittauksen, joilla tarkoitetaan kyseisen tilan paineen mittaamista suhteessa ilmanpaineeseen. Toisin sanoen mittaus on paine-eron mittaamista, jossa vertailupaine on ilmanpaine. 

Suhteellinen paine - Vertaillaan ilmanpaineeseen (Paine vaihtelee). Suhteellisen paineenantureita käytetään esimerkiksi hydraulijärjestelmän sekä renkaan paineen mittaamiseen.

Absoluuttinen paine - Vertaillaan tyhjiöön. Absoluuttinen paine on kohteeseen vaikuttava kokonaispaine. Absoluuttipaineantureita käytetään korkeus- ja ilmanpainemittareissa. Absoluuttipainemittarin mittaama absoluuttipaine lasketaan kaavasta:

pabs= pn + pi (pn on mitattava paine ja pi on ympäröivän ilman paine)

Kaasun paine aiheutuu suljetussa tilassa olevien molekyylien törmäyksistä. Paine on sitä pienempi mitä vähemmän molekyylejä on. Kaasun lämpötilan noustessa molekyylien liike voimistuu ja paine kasvaa.

Nesteessä molekyylit ovat lähellä toisiaan ja niiden väliset voimat ovat suuremmat kuin kaasuilla. Neste on lähes kokoonpuristumatonta. Tästä johtuen, nestettä kokoonpuristaessa, nesteen paine kasvaa jyrkästi.

Paine voi esiintyä nesteissä, kaasuissa ja kiinteissä aineissa. Paine voi aiheuttaa erilaisia ilmiöitä esim. virtausta. Paine tasaantuu aina pienempää painetta kohti. Jotta voisimme liikuttaa fluideja, tarvitsemme painetta. 

Eli paine on voima jaettuna voimaa suoraan vastaan kohtisuoralla pinta-alalla.   

Paineen kaava:

p = F / A

 Missä p = Paine (Pa) 

F = Voima (N) 

A= Pinta-ala (m2)

Yksiköinä

[p]=[F]/[A] = N/m2 = Pascal

Tehtävä 1:

Tuotantosolun turvallisuutta aiotaan nostaa asentamalla solun turva-alueen lattialle turvapysäytys matto. 

Solun äärellä työskentelee henkilöitä, joiden pienin oletettu paino on 50 kg. Suunnitellulla matolla on toimiakseen vähimmäisvaatimuksena, että siihen kohdistuu vähintään 20 kPa paine 250  cm2 alalle. Oletetaan, että henkilön kengän pinta ala on n. 190 cm2. Riittääkö henkilön aihettama paine turvamatto sovellukseen? 

Hydrostaattinen paine vedessä ja muissa nesteissä vallitseva nesteen oman painovoiman aiheuttama paine. Hydrostaattinen paine on nesteen tiheyden, putoamiskiihtyvyyden ja nesteen korkeuden tulo. 

Avoimen nestesäiliön hydrostaattinen paine määritellään:

p = p0+ρgh

missä p= Paine

  p0 =Nesteeseen vaikuttava ulkoinen paine

  ρ = aineen tiheys

  g = putoamiskiihtyvyys

          h = nestepatsaan korkeus

Tehtävä 2:

Erään tehtaan prosessiin on suunnitteilla uusi säiliö annostelun nopeuttamiseksi. Säiliössä raaka-aineena on glyserolia. Säiliön on umpisäiliö, jossa esipaineeksi asetellaan 1,5 bar. Tällä varmistetaan, että raaka-aine virtaa annostelupumpulle sen vaatimalla minimisyöttöpaineella.

Säiliön korkeus on 5.5 m, josta raaka-aineen pinnankorkeuden vaihteluväli on 5 m.

Pinnankorkeuden mittaukseksi halutaan paineenmittaukseen perustuva mittalähetin. Mitä tekijöitä instrumentin valinnassa pitää huomioida?

Selvitä paine-alue, jolla mittalähettimen tulee toimia.