Trykkmålingar

Har du prøvd å gå oppå snøen nokon gong? Då har du sikkert opplevd at snøen ikkje ber deg, og du søkk nedi. Kroppen din verkar med ei så stor kraft ned mot snøen, at han ikkje klarer å halde deg oppe.

Du kan rekne ut med kor stor kraft (F) kroppen din verkar ned mot bakken, ved å gange vekta di (m) med tyngdeakselerasjonen g, som er tilnærma lik 9,8 m/s².

$F=m·g$

Dersom du til dømes veg 60 kg, blir krafta:

$F=60 \mathrm{kg} · 9,8 \frac{m}{s^2}=588 \frac{\mathrm{kg}·m}{s^2}$

Kraft har eininga newton (N), og i dømet over rekna vi ut at krafta som verka frå kroppen mot bakken var 588 N. Men det var jo trykket vi skulle rekne ut, så kva har det med kraft å gjere?

Trykk (p) er kraft (F) som verkar på eit gitt areal (A), og arealet mellom deg og bakken er det same som arealet av skosolen din.

$p=\frac{F}{A}$

La oss tenkje oss at du berre har ein fot i bakken, og at arealet av skosolen er 0,015 m². Då kan vi rekne ut trykket som verkar mot bakken:

$p=\frac{588 N}{0,015 m^2}=39 200\frac{N}{m^2}$

Eininga for trykk er pascal (Pa), og trykket frå foten ned mot bakken er altså 39200 Pa. Vanleg laussnø klarer ikkje å motstå dette trykket, og dermed søkk du nedi. Men om du tek på deg ski, går det bra! Det er fordi skia har eit mykje større areal enn skoa. Då blir trykket mot snøen mindre (forsøk å rekne det ut!).

Det er forresten ikkje så vanleg å bruke eininga pascal i prosessindustrien. Ei meir brukt eining er bar, og 39 200 Pa er det same som 0,392 bar.

I industrien kan det ofte vere interessant å vite trykket mellom to faste lekamar (slik som i dømet med foten og snøen). Men det er òg veldig nyttig å kunne måle trykket frå gassar og væsker mot veggane i røyr og tankar.

Vi tek utgangspunkt i eit generelt instrument som har eit måleelement, ein omformar og nullpunkts- og områdejustering.

Måleelementa finst i fleire ulike typar, men ein vanleg måte å lage dette på er å bruke noko som rører seg når trykket aukar. Tenk deg at du blæs opp ein ballong. Når du blæs, utvidar ballongen seg. Det er fordi trykket inne i ballongen blir høgare enn trykket på utsida.

På same måten kan ein lage eit måleelement for trykkmåling. I figuren nedanfor tenkjer vi oss at vi har spent opp ein membran i ei lita kasse. Når trykket stig, vil membranen gå oppover. Denne bevegelsen kan vi forme om til eit elektrisk signal.

Vi må òg nullpunktjustere og områdejustere trykkmålaren. Når omformaren har gjort jobben sin, vil det lågaste trykket som trykkmålaren skal måle, gi eit signal på 4 mA (milliampere). Det høgaste trykket vi vil at trykkmålaren skal måle, vil gi eit signal på 20 mA.

Ein annan måte å måle trykk på er å bruke eit såkalla piezoelektrisk element. Mange krystallar og keramiske materiale har den eigenskapen at dei dannar ei lita (men målbar) spenning når dei blir utsette for trykk.

Ordet piezoelektrisk kjem frå det greske ordet piezein, som betyr «å klemme» eller «presse».

Denne piezoelektriske effekten kan brukast i mange samanhengar, og han blir mellom anna brukt til å lage mikrofonar. Og så fungerer det sjølvsagt heilt utmerkt å bruke slike sensorar for å måle trykk i prosessindustrien!