Manometro
Il manometro è uno strumento di misura della pressione dei fluidi. La corretta accezione del lemma si riferisce a strumenti dedicati alla misura di pressioni maggiori dell'atmosferica; per valori inferiori all'atmosferica il termine corretto è vacuometro o vuotometro (misuratore del vuoto).
Inizialmente la parola manometro si riferiva solo a strumenti idrostatici con liquido a colonna, oggi chiamati manometri a U, poi fu esteso per abbracciare anche strumenti a quadrante o digitali.
Classificazione
Vi sono numerosi tipi di manometro adatti ad impieghi differenti.[1][2] La maggior parte di questi tipi in realtà misura una pressione relativa, ossia la differenza tra la pressione atmosferica nel punto di misura e la pressione dell'ambiente di cui si desidera la misura. Questi includono i manometri a U, a membrana, Bourdon.
Manometri a U
Sono costituiti da un tubo (di solito trasparente) curvato a U e riempito di un liquido di densità nota. Un'estremità del tubo è lasciata aperta all'atmosfera, mentre l'altra è in collegamento diretto con l'ambiente di misura. Il liquido contenuto nel tubo si sposterà verso l'alto in uno dei due rami della U di un valore tale che la differenza di peso tra le due colonne di liquido bilanci esattamente la pressione (o depressione) presente nell'ambiente di misura. Si veda la figura 1 per uno schema. Se si esprimono i valori in unità coerenti, si avrà:[3][4][5]
|ρ * g * H| = |P0 - Pa|, dove ρ è la densità del fluido usato per la misura e g l'accelerazione di gravità.
Manometri Bourdon
Sono costituiti da un tubo solitamente di sezione ovale e il cui asse è disposto lungo una circonferenza (ma può essere avvolto anche per più di 360°, e quindi assumere forma di spirale), detto appunto tubo Bourdon. Si era notato che un tubo di tale forma tende ad aumentare il proprio raggio di curvatura all'aumentare della pressione interna al tubo; la misurazione del raggio dà la misura della pressione. Nella pratica, il tubo è collegato ad una estremità con un punto fisso, messo in connessione con l'ambiente di misura; l'altra estremità è connessa ad un leverismo che ne amplifica lo spostamento, e lo traduce nel movimento circolare di un indice lungo una scala graduata. Vedi la figura 2. I manometri Bourdon costituiscono la stragrande maggioranza dei misuratori di pressione oggi usati.
Manometri a diaframma
Anche detti a membrana poiché l'elemento deformabile è una membrana solitamente ondulata per accrescerne la flessibilità. La membrana separa l'ambiente di misura dall'esterno, e si gonfierà se la pressione da misurare è maggiore di quella atmosferica, e viceversa. Il leverismo, non molto diverso da quello dei manometri Bourdon, amplifica questo rigonfiamento e lo trasmette ad un indice, come per i manometri Bourdon. Vi sono molte varianti del manometro a membrana, generalmente usate come manometri differenziali (vedi sotto).
Manometri piezoelettrici
Sfruttano la proprietà di alcuni materiali, solitamente quarzo, di modificare la propria conducibilità quando al materiale stesso viene applicata una pressione. Poiché per questi materiali la conducibilità varia in modo proporzionale alla sollecitazione unitaria, un semplice Ponte di Wheatstone può dare indicazione della pressione.
Vacuometri
Come si è visto, i manometri sopra descritti misurano una differenza rispetto alla pressione atmosferica nel punto di misura, ossia una pressione relativa. Questi strumenti possono essere quindi usati come vacuometri (anche detti vuotometri, termine assai improprio ma di uso comune), possono cioè indicare una pressione negativa (più precisamente, una differenza di pressione negativa rispetto alla pressione atmosferica). Tuttavia, in alcuni casi è necessario misurare la pressione assoluta, molto usata nelle applicazioni tecniche ed in fisica. Per le nostre limitazioni ambientali, non si può assumere come origine pratica di una misura il vuoto assoluto; si ovvia a questo limite creando artificialmente le condizioni di vuoto assoluto.
La prima applicazione di questo principio si deve ad Evangelista Torricelli, che misurò la pressione atmosferica facendo in modo di creare una camera a vuoto (la zona A-C della figura a fianco). In realtà nella camera non si creava il vuoto assoluto, ma solo un vuoto molto spinto, poiché il mercurio contenuto nel tubo, avendo una (bassissima) tensione di vapore, vaporizzava leggermente - l'errore era comunque del tutto trascurabile.
Oggi lo strumento più usato per misurare con precisione la pressione assoluta è la cella Barton, evoluzione del barometro aneroide.
La cella Barton è nata come misuratore di pressione differenziale; assumendo come riferimento il vuoto assoluto (come nell'esperimento di Torricelli) diviene un misuratore di pressione assoluta.
I vacuometri si dividono in tre gruppi: per basso vuoto, per alto vuoto, per ultra vuoto; combinando questi gruppi in unica scala graduata si possono misurare pressioni dai 10 mBar fino a 10e-11 mBar. I manometri per liquidi sono costruttivamente diversi da quelli per gas.
Esempi
-
Vecchio manometro McLeod per misura precisa del vuoto -
Quadrante di un manovacuometro -
Funzionamento di un manometro a tubo Bourdon -
Barografo a soffietto -
Regolatore di pressione e manometri su bombola di elio -
Manometro campione per alte pressioni (si noti la scala a specchio) -
Sfigmomanometro per la pressione del sangue -
Antico manometro per misure differenziali
Note
- ^ http://www.chimicando.it/contributi/Manometri.PDF
- ^ http://www.itgcosenza.it/appunti/misura_pressioni.pdf
- ^ http://www.efunda.com/formulae/fluids/manometer.cfm
- ^ http://www.upscale.utoronto.ca/PVB/Harrison/Manometer/Manometer.html
- ^ http://www.energymanagertraining.com/energy_audit_instruments/manometers/principal%20of%20manometer.htm
Bibliografia
- Carlo Torresan, "Controllo dei processi chimici e termici. Strumentazione dal manometro al microprocessore", UTET editore, 2000. ISBN 887933171X
- (EN) "Standards and Practice for Instrumentation: Manometer Tables (Standards & practices for instrumentation & control)", Instrument Society of America, 5^ edizione, dicembre 1977, ISBN 087664325X
- (EN) Joseph B Meriam, "The manometer and its uses", The Meriam Co., 2^ edizione, 1938. ASIN B0008CICBO
- (EN) S N A Margerson, H Robinson, "Piezoelectric Recording Manometer", Safety in Mines (1953). ISBN 0721501648
Voci correlate
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