Que mesure un manomètre ?
Pression
Pressions absolue, relative et différentielle — référence zéro Pression statique et dynamique
De nombreuses techniques ont été développées pour mesurer la pression et le vide. Les instruments utilisés pour mesurer la pression sont appelés manomètres ou vacuomètres.
Un manomètre est un instrument qui utilise une colonne de liquide pour mesurer la pression, bien que le terme soit actuellement souvent utilisé pour désigner tout instrument de mesure de pression.
Un vacuomètre est utilisé pour mesurer la pression dans le vide, qui est divisé en deux sous-catégories : le vide poussé et le vide faible (et parfois l'ultra-vide). Les plages de pression applicables de nombreuses techniques utilisées pour mesurer le vide se chevauchent. Ainsi, en combinant plusieurs types de manomètres différents, il est possible de mesurer la pression du système en continu de 10 mbar à 10−11 mbar.
Pressions absolue, relative et différentielle — référence zéro
Les mesures de pression quotidiennes, comme la pression des pneus, sont généralement effectuées par rapport à la pression de l'air ambiant. Dans d'autres cas, les mesures sont effectuées par rapport au vide ou à une autre référence spécifique. Lors de la distinction entre ces références zéro, les termes suivants sont utilisés :
* est référencé à zéro par rapport à un vide parfait, en utilisant une échelle absolue, il est donc égal à la pression manométrique plus la pression atmosphérique.
* est référencé à zéro par rapport à la pression de l'air ambiant, il est donc égal à la pression absolue moins la pression atmosphérique. Les signes négatifs sont généralement omis. Pour distinguer une pression négative, la valeur peut être ajoutée au mot « vide » ou la jauge peut être étiquetée « jauge à vide ».
* est la différence de pression entre deux points.
La référence zéro utilisée est généralement implicite par le contexte, et ces mots ne sont ajoutés que lorsque des éclaircissements sont nécessaires. La pression des pneus et la pression artérielle sont des pressions manométriques par convention, tandis que les pressions atmosphériques, les pressions du vide profond et les pressions altimétriques doivent être absolues.
Pour la plupart des fluides de travail où un fluide existe dans un système fermé, la mesure de la pression relative prévaut. Les instruments de pression connectés au système indiqueront les pressions par rapport à la pression atmosphérique actuelle. La situation change lorsque des pressions de vide extrêmes sont mesurées ; des pressions absolues sont généralement utilisées à la place.
Les pressions différentielles sont couramment utilisées dans les systèmes de processus industriels. Les manomètres différentiels ont deux ports d'entrée, chacun connecté à l'un des volumes dont la pression doit être surveillée. En effet, une telle jauge effectue l'opération mathématique de soustraction par des moyens mécaniques, évitant ainsi la nécessité pour un opérateur ou un système de contrôle de surveiller deux jauges distinctes et de déterminer la différence entre les lectures.
Les lectures de pression à vide modérées peuvent être ambiguës sans le contexte approprié, car elles peuvent représenter une pression absolue ou une pression manométrique sans signe négatif. Ainsi, un vide de 26 inHg manométrique équivaut à une pression absolue de 30 inHg (pression atmosphérique typique) − 26 inHg = 4 inHg.
La pression atmosphérique est généralement d'environ 100 kPa au niveau de la mer, mais elle varie en fonction de l'altitude et des conditions météorologiques. Si la pression absolue d'un fluide reste constante, la pression manométrique de ce même fluide variera à mesure que la pression atmosphérique change. Par exemple, lorsqu’une voiture gravit une montagne, la pression des pneus (jauge) augmente parce que la pression atmosphérique diminue. La pression absolue dans le pneu reste pratiquement inchangée.
L'utilisation de la pression atmosphérique comme référence est généralement indiquée par un g pour jauge après l'unité de pression, par ex. 70 psig, ce qui signifie que la pression mesurée est la pression totale moins la pression atmosphérique. Il existe deux types de pression de référence relative : la jauge ventilée (vg) et la jauge scellée (sg).
Un transmetteur de pression manométrique ventilé, par exemple, permet à la pression de l'air extérieur d'être exposée au côté négatif du diaphragme de détection de pression, via un câble ventilé ou un trou sur le côté de l'appareil, de sorte qu'il mesure toujours la pression par rapport à la pression barométrique ambiante. pression. Ainsi, un capteur de pression de référence ventilé doit toujours indiquer une pression nulle lorsque le raccord de pression de procédé est maintenu ouvert à l'air.
Une référence de jauge scellée est très similaire, sauf que la pression atmosphérique est scellée du côté négatif du diaphragme. Ceci est généralement adopté sur les plages de pression élevées telles que l'hydraulique où les changements de pression atmosphérique auront un effet négligeable sur la précision de la lecture, une ventilation n'est donc pas nécessaire. Cela permet également à certains fabricants de fournir un confinement de pression secondaire comme précaution supplémentaire pour la sécurité des équipements sous pression si la pression d'éclatement du diaphragme de détection de pression primaire est dépassée.
Il existe une autre façon de créer une référence de jauge scellée : elle consiste à sceller un vide poussé sur la face arrière du diaphragme de détection. Ensuite, le signal de sortie est décalé afin que le capteur de pression soit proche de zéro lors de la mesure de la pression atmosphérique.
Un transducteur de pression de référence à manomètre scellé ne lira jamais exactement zéro car la pression atmosphérique change constamment et la référence dans ce cas est fixée à 1 bar.
Pour produire un capteur de pression absolue, le fabricant scellera un vide poussé derrière le diaphragme de détection. Si le raccord de pression de processus d'un transmetteur de pression absolue est ouvert à l'air, il lit la pression barométrique réelle.
Unités
L'unité SI pour la pression est le pascal (Pa), égal à un newton par mètre carré (N·m−2 ou kg·m−1·s−2). Ce nom spécial pour l'unité a été ajouté en 1971 ; avant cela, la pression en SI était exprimée en unités telles que N·m−2. Lorsqu'elle est indiquée, la référence zéro est indiquée entre parenthèses après l'unité, par exemple 101 kPa (abs). La livre par pouce carré (psi) est encore largement utilisée aux États-Unis et au Canada, pour mesurer, par exemple, la pression des pneus. Une lettre est souvent ajoutée à l'unité psi pour indiquer la référence zéro de la mesure ; psia pour absolu, psig pour jauge, psid pour différentiel, bien que cette pratique soit déconseillée par le NIST.
Étant donné que la pression était autrefois couramment mesurée par sa capacité à déplacer une colonne de liquide dans un manomètre, les pressions sont souvent exprimées en profondeur d'un fluide particulier (par exemple, en pouces d'eau). La mesure manométrique fait l'objet de calculs de hauteur de pression. Les choix les plus courants pour le fluide d'un manomètre sont le mercure (Hg) et l'eau ; l'eau est non toxique et facilement disponible, tandis que la densité du mercure permet d'utiliser une colonne plus courte (et donc un manomètre plus petit) pour mesurer une pression donnée. L'abréviation « W.C. » ou les mots « colonne d'eau » sont souvent imprimés sur les jauges et les mesures qui utilisent de l'eau pour le manomètre.
La densité du fluide et la gravité locale peuvent varier d'une lecture à l'autre en fonction de facteurs locaux, de sorte que la hauteur d'une colonne de fluide ne définit pas avec précision la pression. Ainsi, les mesures en « millimètres de mercure » ou « pouces de mercure » peuvent être converties en unités SI à condition de prêter attention aux facteurs locaux de densité et de gravité du fluide. Les fluctuations de température modifient la valeur de la densité du fluide, tandis que l'emplacement peut affecter la gravité.
Bien qu'elles ne soient plus préférées, ces unités manométriques sont encore rencontrées dans de nombreux domaines. La pression artérielle est mesurée en millimètres de mercure (voir torr) dans la plupart des pays du monde, et les pressions pulmonaires en centimètres d'eau sont encore courantes, comme dans les réglages des appareils CPAP. Les pressions des gazoducs sont mesurées en pouces d'eau, exprimées en « pouces de colonne d'eau ». Les plongeurs utilisent souvent une règle empirique manométrique : la pression exercée par dix mètres de profondeur d'eau de mer (« 10 msw ») est approximativement égale à une atmosphère. Dans les systèmes à vide, les unités torr (millimètre de mercure), micron (micromètre de mercure) et pouce de mercure (inHg) sont les plus couramment utilisées. Torr et micron indiquent généralement une pression absolue, tandis que inHg indique généralement une pression manométrique.
Les pressions atmosphériques sont généralement indiquées en hectopascal (hPa), kilopascal (kPa), millibar (mbar) ou atmosphères (atm). En ingénierie américaine et canadienne, la contrainte est souvent mesurée en kips. Notez que la contrainte n’est pas une véritable pression puisqu’elle n’est pas scalaire. Dans le système cgs, l'unité de pression était le barye (ba), égal à 1 dyn·cm−2. Dans le système mts, l'unité de pression était le pieze, égal à 1 sthène par mètre carré.
De nombreuses autres unités hybrides sont utilisées telles que mmHg/cm2 ou grammes-force/cm2 (parfois en kg/cm2 sans identifier correctement les unités de force). L'utilisation des noms kilogramme, gramme, kilogramme-force ou gramme-force (ou leurs symboles) comme unité de force est interdite en SI ; l'unité de force en SI est le newton (N).
Pression statique et dynamique
La pression statique est uniforme dans toutes les directions, de sorte que les mesures de pression sont indépendantes de la direction dans un fluide (statique) immobile. Toutefois, l'écoulement applique une pression supplémentaire sur les surfaces perpendiculaires à la direction de l'écoulement, tout en ayant peu d'impact sur les surfaces parallèles à la direction de l'écoulement. Cette composante directionnelle de la pression dans un fluide (dynamique) en mouvement est appelée pression dynamique. Un instrument orienté vers le sens d'écoulement mesure la somme des pressions statiques et dynamiques ; cette mesure est appelée pression totale ou pression de stagnation. Puisque la pression dynamique est référencée à la pression statique, elle n’est ni relative ni absolue ; c'est une pression différentielle.
Alors que la pression manométrique statique est d'une importance primordiale pour déterminer les charges nettes sur les parois des canalisations, la pression dynamique est utilisée pour mesurer les débits et la vitesse de l'air. La pression dynamique peut être mesurée en prenant la pression différentielle entre les instruments parallèles et perpendiculaires au flux. Les tubes Pitot-statiques effectuent par exemple cette mesure sur les avions pour déterminer la vitesse. La présence de l'instrument de mesure agit inévitablement pour détourner le flux et créer des turbulences. Sa forme est donc essentielle à la précision et les courbes d'étalonnage sont souvent non linéaires.
Applications
*Altimètre
*Baromètre
*Capteur de carte
*Tube de Pitot
*Sphygmomanomètre
Instruments
De nombreux instruments ont été inventés pour mesurer la pression, avec différents avantages et inconvénients. La plage de pression, la sensibilité, la réponse dynamique et le coût varient tous de plusieurs ordres de grandeur d'une conception d'instrument à l'autre. Le type le plus ancien est le manomètre à colonne liquide (un tube vertical rempli de mercure) inventé par Evangelista Torricelli en 1643. Le tube en U a été inventé par Christiaan Huygens en 1661.
Hydrostatique
Les jauges hydrostatiques (telles que le manomètre à colonne de mercure) comparent la pression à la force hydrostatique par unité de surface à la base d'une colonne de fluide. Les mesures de jauge hydrostatique sont indépendantes du type de gaz mesuré et peuvent être conçues pour avoir un étalonnage très linéaire. Ils ont une mauvaise réponse dynamique.
Piston
Les jauges à piston contrebalancent la pression d'un fluide avec un ressort (par exemple des jauges de pression des pneus de précision relativement faible) ou un poids solide, auquel cas on parle de testeur à poids mort et peut être utilisé pour l'étalonnage d'autres jauges.
Colonne liquide
En utilisant l’équation de la hauteur de pression, les liquides peuvent être utilisés pour l’instrumentation où la gravité est présente. Les jauges à colonne de liquide sont constituées d'une colonne verticale de liquide dans un tube dont les extrémités sont exposées à différentes pressions. La colonne montera ou descendra jusqu'à ce que son poids (une force appliquée en raison de la gravité) soit en équilibre avec la différence de pression entre les deux extrémités du tube (une force appliquée en raison de la pression du fluide). Une version très simple est un tube en forme de U à moitié rempli de liquide, dont un côté est relié à la région d'intérêt tandis que la pression de référence (qui peut être la pression atmosphérique ou le vide) est appliquée à l'autre. La différence de niveau de liquide représente la pression appliquée. La pression exercée par une colonne de fluide de hauteur h et de densité ρ est donnée par l'équation de pression hydrostatique, P = hgρ. Par conséquent, la différence de pression entre la pression appliquée Pa et la pression de référence P0 dans un manomètre à tube en U peut être trouvée en résolvant . En d'autres termes, la pression à chaque extrémité du liquide (représentée en bleu sur la figure) doit être équilibrée (puisque le liquide est statique) et ainsi de suite.
Dans la plupart des mesures de colonnes de liquide, le résultat de la mesure est la hauteur h, généralement exprimée en mm, cm ou pouces. Le h est également connu sous le nom de hauteur de pression. Lorsqu'elle est exprimée en hauteur de pression, la pression est spécifiée en unités de longueur et le fluide de mesure doit être spécifié. Lorsque la précision est critique, la température du fluide de mesure doit également être spécifiée, car la densité du liquide est fonction de la température. Ainsi, par exemple, la hauteur de pression peut être écrite « 742,2 mmHg » ou « 4,2 inH2O à 59 °F » pour les mesures prises avec du mercure ou de l'eau comme fluide manométrique, respectivement. Le mot « jauge » ou « vide » peut être ajouté à une telle mesure pour distinguer une pression supérieure ou inférieure à la pression atmosphérique. Les mm de mercure et les pouces d'eau sont des hauteurs de pression courantes qui peuvent être converties en unités de pression SI en utilisant la conversion d'unités et les formules ci-dessus.
Si le fluide mesuré est significativement dense, des corrections hydrostatiques peuvent devoir être apportées à la hauteur entre la surface mobile du fluide de travail du manomètre et l'emplacement où la mesure de pression est souhaitée, sauf lors de la mesure de la pression différentielle d'un fluide (par exemple à travers un plaque à orifice ou venturi), auquel cas la densité ρ doit être corrigée en soustrayant la densité du fluide mesuré.
Bien que n’importe quel fluide puisse être utilisé, le mercure est préféré pour sa haute densité (13,534 g/cm3) et sa faible pression de vapeur. Pour les faibles différences de pression, de l'huile légère ou de l'eau sont couramment utilisées (cette dernière donnant naissance à des unités de mesure telles que les pouces d'eau et les millimètres H2O. Les manomètres à colonne de liquide ont un étalonnage très linéaire. Ils ont une mauvaise réponse dynamique car le fluide dans la colonne peut réagir lentement à un changement de pression.
Lors de la mesure du vide, le liquide de travail peut s'évaporer et contaminer le vide si sa pression de vapeur est trop élevée. Lors de la mesure de la pression d'un liquide, une boucle remplie de gaz ou d'un fluide léger peut isoler les liquides pour les empêcher de se mélanger, mais cela peut s'avérer inutile, par exemple lorsque le mercure est utilisé comme fluide manométrique pour mesurer la pression différentielle d'un fluide tel que l'eau. De simples jauges hydrostatiques peuvent mesurer des pressions allant de quelques Torr (quelques 100 Pa) à quelques atmosphères. (Environ 1 000 000 Pa)
Un manomètre à colonne de liquide à une seule branche possède un réservoir plus grand au lieu d'un côté du tube en U et une échelle à côté de la colonne la plus étroite. La colonne peut être inclinée pour amplifier davantage le mouvement du liquide. En fonction de l'utilisation et de la structure, les types de manomètres suivants sont utilisés [Était : "fluidengineering.co.nr/Manometer.htm". Au 1/2010, cela m'a amené à un mauvais lien. Types de manomètres à fluide]
# Manomètre simple
# Micromanomètre
# Manomètre différentiel
# Manomètre différentiel inversé
Jauge McLeod
Une jauge McLeod isole un échantillon de gaz et le comprime dans un manomètre à mercure modifié jusqu'à ce que la pression atteigne quelques millimètres de mercure. La technique est lente et inadaptée à une surveillance continue, mais elle permet une bonne précision. Contrairement aux autres manomètres, la lecture de la jauge McLeod dépend de la composition du gaz puisque l'interprétation repose sur la compression de l'échantillon comme un gaz parfait. En raison du processus de compression, la jauge McLeod ignore complètement les pressions partielles des vapeurs non idéales qui se condensent, telles que les huiles de pompe, le mercure et même l'eau si elles sont suffisamment comprimées.
Plage utile : d'environ 10−4 torr [http://www.tau.ac.il/~phchlab/experiments/vacuum/Techniques_of_high_vacuum/Vacuum5.html Techniques de vide poussé] (environ 10−2 Pa) à des vides aussi élevés comme 10−6 torr (0,1 mPa),
0,1 mPa est la mesure directe de pression la plus basse possible avec la technologie actuelle. D'autres jauges à vide peuvent mesurer des pressions inférieures, mais seulement indirectement en mesurant d'autres propriétés contrôlées par la pression. Ces mesures indirectes doivent être étalonnées en unités SI via une mesure directe, le plus souvent une jauge McLeod.
Anéroïde
Les jauges anéroïdes sont basées sur un élément métallique de détection de pression qui fléchit élastiquement sous l'effet d'une différence de pression à travers l'élément. « Anéroïde » signifie « sans fluide », et le terme distinguait à l'origine ces jauges des jauges hydrostatiques décrites ci-dessus. Cependant, les jauges anéroïdes peuvent être utilisées pour mesurer la pression d’un liquide ainsi que d’un gaz, et elles ne sont pas le seul type de jauge pouvant fonctionner sans fluide. Pour cette raison, on les appelle souvent jauges mécaniques dans le langage moderne. Les jauges anéroïdes ne dépendent pas du type de gaz mesuré, contrairement aux jauges thermiques et à ionisation, et sont moins susceptibles de contaminer le système que les jauges hydrostatiques. L'élément de détection de pression peut être un tube de Bourdon, un diaphragme, une capsule ou un ensemble de soufflets, qui changera de forme en réponse à la pression de la région en question. La déviation de l'élément de détection de pression peut être lue par une liaison connectée à une aiguille, ou elle peut être lue par un transducteur secondaire. Les transducteurs secondaires les plus courants dans les jauges à vide modernes mesurent un changement de capacité dû à la déflexion mécanique. Les jauges qui reposent sur un changement de capacité sont souvent appelées manomètres de capacité.
Bourdon
Le manomètre Bourdon utilise le principe selon lequel un tube aplati a tendance à se redresser ou à reprendre sa forme circulaire en section lorsqu'il est mis sous pression. Bien que ce changement de section transversale puisse être à peine perceptible, et impliquant ainsi des contraintes modérées dans la plage élastique de matériaux faciles à travailler, la déformation du matériau du tube est amplifiée en donnant au tube une forme en C ou même en hélice, comme que l'ensemble du tube a tendance à se redresser ou à se dérouler, élastiquement, au fur et à mesure qu'il est mis sous pression. Eugène Bourdon a breveté sa jauge en France en 1849, et elle a été largement adoptée en raison de sa sensibilité, de sa linéarité et de sa précision supérieures ; Edward Ashcroft acheta les droits de brevet américains de Bourdon en 1852 et devint un important fabricant de jauges. Toujours en 1849, Bernard Schaeffer de Magdebourg, en Allemagne, a breveté un manomètre à membrane (voir ci-dessous) qui, avec le manomètre Bourdon, a révolutionné la mesure de pression dans l'industrie. Mais en 1875, après l'expiration des brevets de Bourdon, sa société Schaeffer et Budenberg fabriqua également des jauges à tube de Bourdon.
En pratique, un tube aplati à paroi mince et à extrémité fermée est relié à son extrémité creuse à un tuyau fixe contenant la pression du fluide à mesurer. À mesure que la pression augmente, l'extrémité fermée se déplace en arc de cercle et ce mouvement est converti en rotation d'un (segment d'un) engrenage par un lien de connexion généralement réglable. Un pignon de petit diamètre se trouve sur l'arbre du pointeur, de sorte que le mouvement est encore amplifié par le rapport de démultiplication. Le positionnement de la carte indicatrice derrière le pointeur, la position initiale de l'arbre du pointeur, la longueur de la liaison et la position initiale, fournissent tous des moyens pour calibrer le pointeur afin d'indiquer la plage de pression souhaitée pour les variations du comportement du tube de Bourdon lui-même. La pression différentielle peut être mesurée par des manomètres contenant deux tubes de Bourdon différents, avec des liaisons de connexion.
Les tubes de Bourdon mesurent la pression relative, par rapport à la pression atmosphérique ambiante, par opposition à la pression absolue ; le vide est perçu comme un mouvement inverse. Certains baromètres anéroïdes utilisent des tubes de Bourdon fermés aux deux extrémités (mais la plupart utilisent des diaphragmes ou des capsules, voir ci-dessous). Lorsque la pression mesurée pulse rapidement, par exemple lorsque le manomètre est à proximité d'une pompe alternative, un orifice de restriction dans le tuyau de raccordement est fréquemment utilisé pour éviter une usure inutile des engrenages et fournir une lecture moyenne ; lorsque l'ensemble de la jauge est soumis à des vibrations mécaniques, l'ensemble du boîtier, y compris l'indicateur et la carte indicatrice, peut être rempli d'huile ou de glycérine. Il n'est pas recommandé de taper sur la face de la jauge car cela aurait tendance à falsifier les lectures réelles initialement présentées par la jauge. Le tube Bourdon est séparé de la face du manomètre et n'a donc aucun effet sur la lecture réelle de la pression. Les jauges modernes typiques de haute qualité offrent une précision de ± 2 % de l'échelle, et une jauge spéciale de haute précision peut être aussi précise que 0,1 % de la pleine échelle.
Dans les illustrations suivantes, la face transparente du couvercle de la combinaison de manomètre et de vacuomètre illustrée a été retirée et le mécanisme a été retiré du boîtier. Cette jauge particulière est une combinaison de manomètre et de vide utilisée pour le diagnostic automobile :
* le côté gauche du visage, utilisé pour mesurer le vide collecteur, est calibré en centimètres de mercure sur son échelle intérieure et en pouces de mercure sur son échelle extérieure.
* la partie droite du visage est utilisée pour mesurer la pression de la pompe à carburant ou le turbo boost et est calibrée en fractions de 1 kgf/cm2 sur son échelle intérieure et en livres par pouce carré sur son échelle extérieure.
Détails mécaniques
Pièces stationnaires :
*A : Bloc récepteur. Celui-ci relie le tuyau d'entrée à l'extrémité fixe du tube de Bourdon (1) et fixe la plaque de châssis (B). Les deux trous reçoivent des vis qui fixent le boîtier.
*B : Plaque de châssis. La carte faciale y est attachée. Il contient des trous de roulement pour les essieux.
*C : Plaque de châssis secondaire. Il supporte les extrémités extérieures des essieux.
*D : Poteaux pour joindre et espacer les deux plaques de châssis.
Pièces mobiles:
# Extrémité stationnaire du tube Bourdon. Celui-ci communique avec le tuyau d'entrée via le bloc récepteur.
# Extrémité mobile du tube Bourdon. Cette fin est scellée.
# Pivot et axe d'articulation.
# Relier l'axe de pivotement au levier (5) avec des axes pour permettre la rotation de l'articulation.
# Levier. Il s'agit d'une extension du secteur d'engrenage (7).
# Axe d'axe d'engrenage sectoriel.
# Équipement de secteur.
# Axe de l'aiguille de l'indicateur. Celui-ci est doté d'un engrenage droit qui engage l'engrenage sectoriel (7) et s'étend à travers la face pour entraîner l'aiguille indicatrice. En raison de la courte distance entre le bossage de liaison du bras de levier et l'axe de pivotement et de la différence entre le rayon effectif du secteur d'engrenage et celui de l'engrenage droit, tout mouvement du tube de Bourdon est considérablement amplifié. Un petit mouvement du tube entraîne un grand mouvement de l’aiguille indicatrice.
# Ressort à cheveux pour précharger le train d'engrenages afin d'éliminer le jeu et l'hystérésis des engrenages.
Diaphragme
Un deuxième type de jauge anéroïde utilise la déviation d’une membrane flexible qui sépare les régions de pressions différentes. L'ampleur de la déviation est reproductible pour des pressions connues, de sorte que la pression peut être déterminée à l'aide d'un étalonnage. La déformation d'un diaphragme mince dépend de la différence de pression entre ses deux faces. La face de référence peut être ouverte à l'atmosphère pour mesurer la pression manométrique, ouverte à un deuxième port pour mesurer la pression différentielle, ou peut être scellée contre un vide ou une autre pression de référence fixe pour mesurer la pression absolue. La déformation peut être mesurée à l'aide de techniques mécaniques, optiques ou capacitives. Des diaphragmes en céramique et métalliques sont utilisés.
Plage utile : supérieure à 10−2 Torr [http://www.schoonoverinc.com/PDFs/Sky%20Brochure.pdf Brochure produit de Schoonover, Inc] (environ 1 Pa)
Pour les mesures absolues, des capsules à pression soudées avec des diaphragmes de chaque côté sont souvent utilisées.
forme:
*Plat
*ondulé
*tube aplati
*capsule
Soufflet
Dans les jauges destinées à détecter de petites pressions ou différences de pression, ou à exiger qu'une pression absolue soit mesurée, le train d'engrenages et l'aiguille peuvent être entraînés par une chambre à soufflet fermée et scellée, appelée anéroïde, ce qui signifie « sans liquide ». (Les premiers baromètres utilisaient une colonne de liquide tel que de l'eau ou du mercure métallique liquide suspendu par un vide.) Cette configuration à soufflet est utilisée dans les baromètres anéroïdes (baromètres avec une aiguille indicatrice et une carte à cadran), les altimètres, les barographes enregistrant l'altitude et l'altitude. instruments de télémétrie utilisés dans les radiosondes de ballons météorologiques. Ces appareils utilisent la chambre scellée comme pression de référence et sont entraînés par la pression externe. D'autres instruments sensibles de l'avion, tels que les indicateurs de vitesse anémométrique et les indicateurs de taux de montée (variomètres), sont connectés à la fois à la partie interne de la chambre anéroïde et à une chambre d'enceinte externe.
Accouplement magnétique
Ces jauges utilisent l'attraction de deux aimants pour traduire la pression différentielle en mouvement d'un indicateur à cadran. À mesure que la pression différentielle augmente, un aimant fixé à un piston ou à un diaphragme en caoutchouc se déplace. Un aimant rotatif attaché à un pointeur se déplace alors à l’unisson. Pour créer différentes plages de pression, la raideur du ressort peut être augmentée ou diminuée.
Jauge de rotor en rotation
La jauge à rotor tournant fonctionne en mesurant la mesure dans laquelle une bille en rotation est ralentie par la viscosité du gaz mesuré. La bille est en acier et est en lévitation magnétique à l'intérieur d'un tube d'acier fermé à une extrémité et exposé au gaz à mesurer à l'autre. La balle est mise en vitesse (environ 2500 rad/s), et la vitesse est mesurée après arrêt de l'entraînement, par des transducteurs électromagnétiques. La plage de l'instrument est de 10−5 à 102 Pa (103 Pa avec moins de précision). Il est suffisamment précis et stable pour être utilisé comme étalon secondaire. L'instrument nécessite certaines compétences et connaissances pour être utilisé correctement. Diverses corrections doivent être appliquées et la balle doit être tournée à une pression bien inférieure à la pression de mesure prévue pendant cinq heures avant utilisation. Il est particulièrement utile dans les laboratoires d'étalonnage et de recherche où une grande précision est requise et où des techniciens qualifiés sont disponibles.
Capteurs de pression électroniques
; Jauge de contrainte piézorésistive
Utilise l'effet piézorésistif des jauges de contrainte liées ou formées pour détecter les contraintes dues à la pression appliquée.
; Capacitif
Utilise un diaphragme et une cavité de pression pour créer un condensateur variable afin de détecter la contrainte due à la pression appliquée.
; Magnétique
Mesure le déplacement d'un diaphragme au moyen de changements d'inductance (réluctance), de LVDT, d'effet Hall ou par le principe des courants de Foucault.
; Piézoélectrique
Utilise l'effet piézoélectrique de certains matériaux tels que le quartz pour mesurer la contrainte exercée sur le mécanisme de détection en raison de la pression.
; Optique
Utilise le changement physique d'une fibre optique pour détecter la contrainte due à la pression appliquée.
; Potentiométrique
Utilise le mouvement d'un essuie-glace le long d'un mécanisme résistif pour détecter la contrainte provoquée par la pression appliquée.
; Résonnant
Utilise les changements de fréquence de résonance dans un mécanisme de détection pour mesurer la contrainte ou les changements de densité du gaz provoqués par la pression appliquée.
Conductivité thermique
Généralement, à mesure que la densité d’un gaz réel augmente – ce qui peut indiquer une augmentation de la pression – sa capacité à conduire la chaleur augmente. Dans ce type de jauge, un filament métallique est chauffé en le traversant par un courant. Un thermocouple ou un thermomètre à résistance (RTD) peut ensuite être utilisé pour mesurer la température du filament. Cette température dépend de la vitesse à laquelle le filament perd de la chaleur au profit du gaz environnant, et donc de la conductivité thermique. Une variante courante est la jauge Pirani, qui utilise un seul filament de platine comme élément chauffant et RTD. Ces jauges sont précises de 10−3 Torr à 10 Torr, mais leur étalonnage est sensible à la composition chimique des gaz mesurés.
Pirani (un fil)
Une jauge Pirani est constituée d'un fil métallique ouvert à la pression mesurée. Le fil est chauffé par un courant qui le traverse et refroidi par le gaz qui l’entoure. Si la pression du gaz diminue, l’effet de refroidissement diminuera, donc la température d’équilibre du fil augmentera. La résistance du fil est fonction de sa température : en mesurant la tension aux bornes du fil et le courant qui le traverse, la résistance (et donc la pression du gaz) peut être déterminée. Ce type de jauge a été inventé par Marcello Pirani.
Deux fils
Dans les jauges à deux fils, une bobine de fil est utilisée comme élément chauffant et l'autre est utilisée pour mesurer la température due à la convection. Les jauges à thermocouple et les jauges à thermistance fonctionnent de cette manière en utilisant respectivement un thermocouple ou une thermistance pour mesurer la température du fil chauffé.
Jauge d'ionisation
Les jauges à ionisation sont les jauges les plus sensibles pour les très basses pressions (également appelées vide dur ou poussé). Ils détectent indirectement la pression en mesurant les ions électriques produits lorsque le gaz est bombardé d’électrons. Moins d’ions seront produits par des gaz de plus faible densité. L'étalonnage d'une jauge ionique est instable et dépend de la nature des gaz mesurés, qui n'est pas toujours connue. Ils peuvent être calibrés par rapport à une jauge McLeod qui est beaucoup plus stable et indépendante de la chimie du gaz.
L'émission thermoionique génère des électrons qui entrent en collision avec des atomes de gaz et génèrent des ions positifs. Les ions sont attirés vers une électrode convenablement polarisée appelée collecteur. Le courant dans le collecteur est proportionnel au taux d’ionisation, qui est fonction de la pression dans le système. Par conséquent, la mesure du courant du collecteur donne la pression du gaz. Il existe plusieurs sous-types de jauges à ionisation.
Plage utile : 10−10 - 10−3 torr (environ 10−8 - 10−1 Pa)
La plupart des jauges ioniques sont de deux types : à cathode chaude et à cathode froide. Dans la version à cathode chaude, un filament chauffé électriquement produit un faisceau d'électrons. Les électrons traversent la jauge et ionisent les molécules de gaz qui les entourent. Les ions résultants sont collectés sur une électrode négative. Le courant dépend du nombre d'ions, qui dépend de la pression dans le manomètre. Les jauges à cathode chaude sont précises de 10−3 Torr à 10−10 Torr. Le principe de la version à cathode froide est le même, sauf que les électrons sont produits lors de la décharge d’une haute tension. Les jauges à cathode froide sont précises de 10−2 Torr à 10−9 Torr. L'étalonnage des jauges d'ionisation est très sensible à la géométrie de la construction, à la composition chimique des gaz mesurés, à la corrosion et aux dépôts de surface. Leur étalonnage peut être invalidé par activation à pression atmosphérique ou sous vide poussé. La composition des gaz sous vide poussé est généralement imprévisible, c'est pourquoi un spectromètre de masse doit être utilisé conjointement avec la jauge d'ionisation pour une mesure précise.
Cathode chaude
Une jauge à ionisation à cathode chaude est composée principalement de trois électrodes agissant ensemble comme une triode, la cathode étant le filament. Les trois électrodes sont un collecteur ou plaque, un filament et une grille. Le courant du collecteur est mesuré en picoampères par un électromètre. La tension du filament à la terre est généralement à un potentiel de 30 volts, tandis que la tension de la grille est de 180 à 210 volts CC, à moins qu'il n'y ait une fonction optionnelle de bombardement électronique, en chauffant la grille, qui peut avoir un potentiel élevé d'environ 565 volts.
La jauge à ions la plus courante est la jauge Bayard-Alpert à cathode chaude, avec un petit collecteur d'ions à l'intérieur de la grille. Une enveloppe de verre avec une ouverture vers le vide peut entourer les électrodes, mais généralement la jauge Nude est insérée directement dans la chambre à vide, les broches étant introduites à travers une plaque en céramique située dans la paroi de la chambre. Les jauges à cathode chaude peuvent être endommagées ou perdre leur étalonnage si elles sont exposées à la pression atmosphérique ou même à un faible vide lorsqu'elles sont chaudes. Les mesures d'une jauge à ionisation à cathode chaude sont toujours logarithmiques.
Les électrons émis par le filament se déplacent plusieurs fois dans des mouvements de va-et-vient autour de la grille avant de finalement entrer dans la grille. Lors de ces mouvements, certains électrons entrent en collision avec une molécule gazeuse pour former une paire d'un ion et d'un électron (ionisation électronique). Le nombre de ces ions est proportionnel à la densité des molécules gazeuses multipliée par le courant électronique émis par le filament, et ces ions se déversent dans le collecteur pour former un courant ionique. Puisque la densité des molécules gazeuses est proportionnelle à la pression, la pression est estimée en mesurant le courant ionique.
La sensibilité à basse pression des jauges à cathode chaude est limitée par l'effet photoélectrique. Les électrons frappant la grille produisent des rayons X qui produisent un bruit photoélectrique dans le collecteur d'ions. Cela limite la plage des anciennes jauges à cathode chaude à 10−8 Torr et celle de Bayard-Alpert à environ 10−10 Torr. Des fils supplémentaires au potentiel cathodique dans la ligne de mire entre le collecteur d'ions et la grille empêchent cet effet. Dans le type d'extraction, les ions ne sont pas attirés par un fil, mais par un cône ouvert. Comme les ions ne peuvent pas décider quelle partie du cône frapper, ils traversent le trou et forment un faisceau d’ions. Ce faisceau d’ions peut être transmis à :
* Coupe Faraday
* Détecteur de plaques à microcanaux avec coupelle de Faraday
* Analyseur de masse quadripolaire avec coupe de Faraday
* Analyseur de masse quadripolaire avec détecteur de plaques à microcanaux Coupe Faraday
* lentille ionique et tension d'accélération et dirigée vers une cible pour former un pistolet de pulvérisation. Dans ce cas, une vanne laisse entrer le gaz dans la grille-cage.
Cathode froide
Il existe deux sous-types de jauges à ionisation à cathode froide : la jauge de Penning (inventée par Frans Michel Penning) et le magnétron inversé, également appelé jauge Redhead. La différence majeure entre les deux réside dans la position de l'anode par rapport au chat.