Manometro

Manometro estas ilo por mezuri la relativan premon de likvoj kaj/aŭ gasoj. La ĝusta signifo de la termino rilatas al instrumentoj dediĉitaj al la mezurado de premoj pli grandaj ol tiu de l' atmosfero. Barometro estas instrumento por mezuri la atmosferan premon. Por valoroj pli malaltaj ol la atmosfera la taŭga termino estas vakumetro (mezurilo de vakuo aŭ eĉ ultravakuo).

Komence, la vorto manometro rilatis nur al instrumentoj kun hidrostatika likva kolono, nun nomitaj U-manometroj, pro la formo de tiaj premmezuriloj, poste ĝia signifo vastigitas por ankaŭ ampleksiĝi pri ciferplataj aŭ ciferecaj instrumentoj.

Klasifiko

Estas multnombraj specoj de manometroj taŭgaj por malsamaj uzoj^[1]. La plejmulto el tiuj tipoj fakte mezuras en la konsiderita punkto la diferencon inter la atmosfera premo kaj la loka premo de la medio. Ĉi tiuj inkludas la U-formajn manometrojn, la membranmanometrojn kaj la Bourdon-manometrojn.

U-manometroj

Ili konsistas el tubo (kutime travidebla) kurbigita U-forme kaj plena je likvo de konata denso. Unu ekstremo de la tubo restas malfermita al la atmosfero, dum la alia estas en rekta rilato kun la mezurenda medio. La likva enhavo en la tubo movos supren en unu el la du branĉoj de la U-tubo laŭ valoro, tia ke la diferenco de pezo inter ambaŭ likvaj kolumnoj ĝuste ekvilibrigas la diferencon de premoj inter tiu de l'atmosfero kaj tiu de la mezurata medio (vidu la apudan skemon dekstre). Pri rezervujoj ofte uziĝis hidrargon pro ĝia forta denseco. Se la valoroj estas esprimitaj en normaj unuoj, la rilato kiu donas la diferencon inter la du premoj estas^[2]^[3]:

|\rho \cdot g\cdot H|=|P_{0}-P_{a}|\ \ ,

kie

ρ estas la denso de la fluido uzata por la mezuro,
g estas la gravita akcelo,
H estas la diferenco de niveloj inter la surfacoj de la fluido en la du branĉoj de l' tubo.

Pro ĝia ekstrema simpleco, tia manometro estas fidinda kaj ne koncernata de paneoj, kio ne estas la kazo pri aliaj meĥnikaj kaj elektronikaj premmezuriloj. Sed ĝia ekzakteco ne estas tre alta, pro la neevitebla esto de menisko pro la kapilara efiko.

Bourdon-manometroj

Ili konsistas el tubo de kutime elipsa sekco kaj dispoziciita laŭ cirkonferenco (sed povas ankaŭ esti envolvita pli ol 360 °, kaj tiam kun spirala formo) ĉirkaǔ akso, nomita Bourdon-tubo pro la franca inventisto Eugéne Bourdon, kiu patentis ĝin en 1849. Estas rimarkinda, ke tubo de tia formo pliigas sian radiuso de kurbeco, kiam kreskas la interna premo de la tubo; la radiuso mezurata donas la mezuron de la premo. Praktike, la tubo estas konektita ĉe unu fino al fiksa punkto, metita en rilato kun la mezurata medio; la alia fino estas konektita al levila mekanismo, kiu pliigas la movon, kaj tradukas ĝin en la cirkla movado de indekso sur ciferplato (vidu la apudan skemon maldekstre). La Bourdon-manometro aperiĝas la pli kutime uzata premmezurilo nuntempe.

Membranmanometroj

Ili konsistas el deformebla elemento, kutime membrano ondumita por pliigi ĝian flekseblecon. La membrano dislimas la atmosferon de la mezurenda medio, kaj estos ŝvelinta se la mezurata premo estas pli granda ol atmosfera, kaj inverse. La ligo al levilo, ne multe diferenciĝas de tiu de la Bourdon-manometro, kaj pliigas ĉitiun ŝvelaĵon (aŭ malŝvelaĵon) kaj transdonu la rezultantan movon al indekso de ciferplato. Ekzistas multaj variantoj de la membranmanometer, ĝenerale uzataj kiel diferencaj premmezuriloj (vidu la ekzemplan apudan skemon dekstre).

Piezoelektaj manometroj

Ili utligas piezoelektrecan proprecon de certaj materialoj, kiuj generas elektrajn ŝargojn aŭ potencialan diferencon, kiam la tiaj materialoj estas submetataj al premo.

Vakumetroj

Manometroj kiuj mezuras la diferencon inter la atmosfera premo kaj la premo de la mezurata punkto povas tiam esti uzataj kiel vakumetroj pro la fakto, ke ili povas indiki "negativan" premon (pli precize, negativa premo-diferenco koncerne al atmosfera premo). Tamen, en iuj kazoj estas necese mezuri la absolutan premon, vaste uzatan en la teĥnikoj kaj aplikoj de fiziko. Pro niaj mediaj limigoj, ni ne disponeblas praktika fonto de absoluta vakuo; estas evidente al ĉi tiu limo, ke necesas artefarite krei la kondiĉojn de absoluta vakuo.

La unua apliko de ĉi tiu principo estas pro la itala fizikisto Evangelista Torricelli, kiu mezuris la atmosferan premon laŭ tia maniero krei vakuon ĉambron (la A-C zono de la maldekstra bildo), ĉar la tubo fermita nur al unu el siaj ekstremaĵoj estas pli longa ol la 760 mm je Hg respondanta al la atmosfera premo. Fakte en la ĉambro ne estis kreita absoluta vakuo, sed nur tre alta vakuo, pro la esto de hidrargo havanta (tre malaltan) premon de vaporo pro ĝia iometa vaporizado sub la mezurtemperaturo, tamen la eraro estis ankoraŭ tute bagatela.

Hodiaŭ, ilo uzata por precize mezuri la absolutan premon estas la Barton-ĉelo, evoluado de la aneroidaj barometroj (barometroj kun hermetaj kapsuloj sen aero).

La specifaj vakumetroj estas klasifikitaj en tri gamoj rilatantaj al: mezvakuo, altvakuo, ultravakuo; kombinante ĉi tiuj grupoj en ununuran aron, per ili oni povas mezuri premojn de 10 mbar ĝis 10^-11 mbar. Pri tiaj premmezuriloj indas mencii, inter aliaj, jonizadvakumetrojn, kiuj utiligas la principon de jonizado. Ili estas la plej sentemaj pri tre malaltaj premoj; fakte la kvanto da molekuloj estas tiom malalta, ke ne eblas taksi rekte la premon per molekuldenseco, kiu estas malrekte deduktita per uzo de elektrodoj: ĉifoje iu elektrono elsendita de la katodo frapas molekulon, rezultiĝas formado de jonoj, kies frakcio atingas la anodon, tiel kreante malfortegan elektran kurenton. Ju pli la kurento estas malforta, des malpli estas jonoj kaj des pli la premo estas malforta. Termojona emisio (faka termino) generas elektronojn, kiuj kolizias kun gasoatomoj kaj originas pozitivajn jonojn.Tiuj jonoj estas altirataj al konvene polarizita elektrodo tiel nomita kolektanto. La kurento tra la kolektanto estas proporcia al la grado de jonizado. kiu estas funkcio de la premo en la sistemo. Tial, la mezuro de la kolektantokurento taksigas la gasopremon.

Ekzistas pluraj sub-tipoj de jonizadosentiloj. Notindas la du sekvantaj mezuriloj kun: varma katodo kaj malvarma katodo.

Pri la varma katodo, elektre hejtita filamento produktas faskon da elektronoj. La elektronoj vojaĝas tra la mezurilo kaj jonizas molekulojn de gaso ĉirkaŭ ili. La rezultantaj jonoj estas kolektitaj je negativa elektrodo. La kurento dependas de la nombro de jonoj, kiu dependas de la premo en la sentilo. Sistemo kun varma katodo estas preciza de 10^-3 mbar ĝis 10^-10 mbar.

La principo pri malvarma katodo estas la sama, krom ke elektronoj estas produktitaj per la malŝargo de alta tensio. Sistemo kun malvarma katodo estas preciza de 10^-2 mbar ĝis 10^-9 mbar.

Jonizadvakumetroj estas tre sentemaj al konstrugeometrio, al kemiaj konsistaĵoj de mezurataj gasoj, al korodo kaj surfacdeponĵoj. Ilia etalonigado povas esti nuligita pro poluo fare de atmosfera premo aŭ de ne sufiĉe alta vakuo. La konsisto de gasoj al altaj vakuoj kutime estas neantaŭvidebla, tiel mas-spektromezulio devas esti uzita kune kun la jonizadvakumetro por ekzakta mezurado de tre malalta premo.