Trykkmålinger
Har du prøvd å gå oppå snøen noen gang? Da har du sikkert opplevd at snøen ikke bærer deg, og du synker nedi. Kroppen din virker med en så stor kraft ned mot snøen, at den ikke klarer å holde deg oppe.
Du kan regne ut med hvor stor kraft (F) kroppen din virker ned mot bakken, ved å gange vekten din (m) med tyngdeakselerasjonen g, som er tilnærmet lik 9,8 m/s2.
Dersom du for eksempel veier 60 kg, blir kraften:
Kraft har enheten newton (N), og i eksempelet over regnet vi ut at kraften som virket fra kroppen mot bakken var 588 N. Men det var jo trykket vi skulle regne ut, så hva har det med kraft å gjøre?
Trykk (p) er kraft (F) som virker på et gitt areal (A), og arealet mellom deg og bakken er det samme som arealet av skosålen din.
Trykk er definert som kraft delt på areal.
La oss tenke oss at du bare har en fot i bakken, og at arealet av skosålen er 0,015 m2. Da kan vi regne ut trykket som virker mot bakken:
Enheten for trykk er pascal (Pa), og trykket fra foten ned mot bakken er altså 39200 Pa. Vanlig løssnø klarer ikke å motstå dette trykket, og dermed synker du nedi. Men om du tar på deg ski, går det bra! Det er fordi skiene har et mye større areal enn skoene. Da blir trykket mot snøen mindre (forsøk å regne det ut!).
Det er forresten ikke så vanlig å bruke enheten pascal i prosessindustrien. En mer brukt enhet er bar, og 39 200 Pa er det samme som 0,392 bar.
I industrien kan det ofte være interessant å vite trykket mellom to faste legemer (slik som i eksempelet med foten og snøen). Men det er også veldig nyttig å kunne måle trykket fra gasser og væsker mot veggene i rør og tanker.
Vi tar utgangspunkt i et generelt instrument som har et måleelement, en omformer og nullpunkt- og områdejustering.
Måleelementene finnes i flere ulike typer, men en vanlig måte å lage dette på er å bruke noe som beveger seg når trykket øker. Tenk deg at du blåser opp en ballong. Når du blåser, utvider ballongen seg. Det er fordi trykket inne i ballongen blir høyere enn trykket på utsiden.
På samme måte kan man lage et måleelement for trykkmåling. I figuren nedenfor tenker vi oss at vi har spent opp en membran i en liten kasse. Når trykket stiger, vil membranen bevege seg oppover. Denne bevegelsen kan vi omforme til et elektrisk signal.
Vi må også nullpunktjustere og områdejustere trykkmåleren. Når omformeren har gjort jobben sin, vil det laveste trykket som trykkmåleren skal måle, gi et signal på 4 mA (milliampere). Det høyeste trykket vi vil at trykkmåleren skal måle, vil gi et signal på 20 mA.
En annen måte å måle trykk på er å bruke et såkalt piezoelektrisk element. Mange krystaller og keramiske materialer har den egenskapen at de danner en liten (men målbar) spenning når de utsettes for trykk.
Ordet piezoelektrisk kommer fra det greske ordet piezein, som betyr «å klemme» eller «presse».
Denne piezoelektriske effekten kan brukes i mange sammenhenger, og den brukes blant annet til å lage mikrofoner. Og så fungerer det selvsagt helt utmerket å bruke slike sensorer for å måle trykk i prosessindustrien!
