기계공학 취준일기 전공편 3일차 유체정역학2(압력측정)

4. 압력측정

 

4.1 수은 기압계 (mercury barometer, Torricelli's barometer)

 

출처 구글

이전 글에서 아래와 같은 식을 도출해 냈었다. 

식1

이를 수은기압계에 적용해 보면 식2가 된다.

식2

이 기압계의 원리는 유리관을 수은으로 가득 채우고, 개방된 쪽을 아래로 뒤집어 수은이 담긴 용기에 담그면, 

 

수은 기둥은 그 중량과 수은의 증기압에 의한 합과 대기압에 의한 힘이 평형을 이루는 위치에서 정지된다. 

 

이때의 높이 h 즉 수은의 높이를 재어 기압을 측정한다. 표준대기압은 760mmHg 즉 76cm로 나타낸다.

 

4.2 액주계 (manometer)

 

압력을 측정하는 표준기법중 하나로, 수직 또는 경사진 튜브속의 액체 기둥을 이용한 압력장치를 액주계라고 한다.

 

피에조메터관, u튜브 액주계, 경사관 액주계가 있다.

 

4.2.1 피에조미터관

출처 구글

액주계의 간단한 유형인 피에조미터관은 그림과 같이 생겼다. 

 

내부의 액체는 정지유체 이므로,

식1

을 사용하여, 아래로 내려가면 압력이 증가하고 위로 올라가면 압력이 감소하는 것을 알 수 있다. 피에조미터관은

 

용기속의 압력이 대기압보다 크고, 비교적 낮은 압력에만 사용한다.

 

4.2.2 U-튜브 액주계 

피에조미터관의 낮은 압력에서 사용가능한 단점을 극복하기 위한 기구로 위와 같은 U-튜브 액주계를 사용한다. 

 

 

출처 구글

 

U-튜브 액주계는 비중량이 다른 유체가 들어가는데 이 유체를 계기유체라고 한다. 내부 압력 P를 유체기둥들의 

 

높이로 표시하기 위해서는 한쪽 끝에서 시작하여 다른쪽 끝까지 식1을 적용하면 된다. 좌측의 액주계를 예로들면,

 

연속된 같은 유체에서 높이가 같으면 압력도 같으므로 A와 1에서의 압력은 같다. (1)에서 (2)까지의 압력은

 

만큼 증가한다. 그리고 (2)와 (3)의 압력은 같다. 개방된 유체표면으로 이동하면 (3)의 압력이

만큼 감소한다. 이를 수식관계로 나타내면 아래와 같이 나오게 된다. 대기압이 없는 이유는 

계기압력을 측정하는 것이기 때문에 대기압은 0이 되기 때문이다. (절대압력 = 대기압 +-계기압이다.)

 

4.2.3. 경사관 액주계

작은 압력을 측정하기 위해서 그림과 같이 기울어진 경사관 액주계를 사용한다. 측정 방법은 U-튜브 액주계와 동일하고

 

액주의 높이는 삼각함수로 표현된다. 즉 아래와 같은 식을 도출할 수 있다. (1) 높이에서 압력이 같아지기 때문에 

 

아래와 같은 식이 성립하게 된다.

따라서 작은 압력차라 할지라도 경사각을 작게 만들면 경사관의 기울기에 의해 큰 길이의 차를 얻을 수 있다.