Manometer & Piezometer

What is Manometer & Piezometer?

मैनोमीटर और पीजोमीटर क्या हैं?

मैनोमीटर और पीजोमीटर कांच की नलि से बने तरल दबाव मापक उपकरण हैं जो तरल प्रवाहित होने वाले पाइप लाइन में लगे होते हैं।

ये व्यवस्थाएं तरल के दबाव के मान को सीधे दाब शीर्ष ( pressure head ) के मान में बताते हैं।

Piezometer

पीजोमीटर

एक पीजोमीटर ट्यूब, ( L ) आकार के कांच की नाली का बना होता है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। इसके ऊर्ध्वाधर भुजा का शिरा, वायुमंडल में खुला होता है और दूसरा छोर द्रव प्रवाहित होने वाले पाइप से जुड़ा होता है। ध्यान रखा जाता है कि, पीजोमीटर का शिरा पाइप की सतह के अंदर प्रलम्बित ( projected ) न हो अर्थात इसका शिरा पाइप के अंदर की सतह के साथ चिकना और सपाट ( flush ) होना अति आवश्यक होता है।

पीजोमीटर नली में द्रव के ऊपर चढ़ने की ऊंचाई से पाइप लाइन में द्रव प्रवाह का दाब शीर्ष ( pressure head ) ( h ) के मान का पता चलता है।

Use of piezometer

पीजोमीटर का उपयोग

1. पीजोमीटर का उपयोग मध्यम मान के द्रव का दबाव ( pressures ) को मापने के लिए किया जाता है।
2. पीजोमीटर का उपयोग गेज दबाव ( gauge pressure ) को मापने के लिए उपयुक्त होता है क्योंकि नली में द्रव की सतह वायुमंडल के संपर्क में होती है।
3. चूंकि, पीजोमीटर का एक शिरा वायुमंडल में खुला होता है अतः यह ऋणात्मक दबाव ( negative pressure ) को मापने के लिए उपयुक्त नहीं होता है क्योंकि यदि पाइप लाइन में द्रव का दबाव ऋणात्मक होगा तो नली के माध्यम से वायुमंडलीय हवा पाइप लाइन में प्रवेश कर जायेगी।

गौर करें –

1. किसी स्थान पर के वायुमंडलीय दबाव से कम मान के दबाव को ऋणात्मक दबाव ( negative pressure ) कहा जाता है।
2. किसी स्थान पर के वायुमंडलीय दबाव से अधिक मान के दबाव को घनात्मक दबाव ( positive pressure ) कहा जाता है।

Manometer

मैनोमीटर

पीजोमीटर ट्यूब के संशोधित रूप को मैनोमीटर कहा जाता है जो उच्च दबाव ( high pressure ) और ऋणात्मक दबाव ( negative pressure ) दोनों को ही मापने के लिए उपयुक्त होता है।

मैनोमीटर निम्न प्रकार का होता है –

1. साधारण U ट्यूब मैनोमीटर। ( Simple manometer )
2. डिफरेंशियल मैनोमीटर। ( Differential manometer )
3. उलटा डिफरेंशियल मैनोमीटर। ( Inverted differential manometer )
4. संवेदनशील मैनोमीटर। ( Micro manometer or sensitive manometer )

इनका विवरण इस प्रकार से हैं –

Simple manometer

साधारण मैनोमीटर

साधारण मैनोमीटर पीजोमीटर ट्यूब का एक संशोधित रूप होता है।

एक साधारण मैनोमीटर, U आकार में मुड़े हुए एक कांच की नली का बना होता है। U ट्यूब का एक सिरे तरल प्रवाहित होने वाले पाइप लाइन के गेज प्वाइंट से जुड़ा होता है। इसका दूसरा सिरा वायुमंडल में खुला हुआ होता है जैसा की चित्र (A) और (B) में दिखाया गया है।

साधारणतः मैनोमीटर के U ट्यूब में एक भरी द्रव ( heavy liquid ) का उपयोग किया जाता है। इसे गेज तरल ( gauge liquid ) कहते हैं। मुख्य रूप से पारा ( mercury ) को गेज तरल के रूप में चुना जाता है। पारा, पानी से ( 13.6 ) गुना अधिक भारी होता है। इसलिए, यह उच्च दबाव ( high pressure ) को मापने के लिए उपयुक्त होता है।

Working of simple manometer

मैनोमीटर की कार्य विधि

एक पाइप लाइन में उच्च दबाव पर बह रहे एक द्रव पर विचार करें। मान लें कि उस पाइप में एक साधारण मैनोमीटर ( simple manometer ) जुड़ा हुआ है। पाइप लाइन में बहते हुए द्रव का उच्च दबाव, U ट्यूब के बाएं अंग में पारा को नींचे की ओर धकेलता है जिससे दाहिने अंग में पारा का स्तर ऊपर चढ़ जाता है।

बायीं अंग में पारा के सतह को आधार-रेखा ( datum line ) मान लेते हैं। चित्र में ZZ को आधार-रेखा के रूप में दर्शाया गया है।

Measuring positive pressure

घनात्मक दबाव का मापन

घनात्मक दबाव को मापने के लिए चित्र ( A ) में दिखाए गए व्यवस्था पर विचार करें। मान लें कि –

• मैनोमीटर के बाएं अंग में आधार-रेखा ( datum line ) से ऊपर हलके द्रव के स्तर कि ऊंचाई ( h_1 ) है।
• मैनोमीटर के दाहिने अंग में आधार-रेखा ( datum line ) से ऊपर भारी द्रव या पारा के स्तर कि ऊंचाई ( h_2 ) है।
• पाइप में बहते हुए द्रव का दबाव, पानी के दबाव शीर्ष ( pressure head ) ( h ) के मान के बराबर है।
• पाइप में बहते हुए द्रव का विशिष्ठ गुरुत्व ( specific gravity ) ( s_1 ) है।
• मैनोमीटर के पारा का विशिष्ठ गुरुत्व ( s ) है।

चूँकि U ट्यूब में द्रव पदार्थ संतुलन ( equilibrium ) में हैं, अतः आधार-रेखा ( datum line ) के ऊपर बाएं और दाहिने अंग में दबाव बराबर होंगे।

बाएं अंग में आधार-रेखा के ऊपर का दबाव है –

\left ( h + s_1 h_1 \right ) पानी के स्तम्भ के बराबर। ……. (1)

इसी तरह, दाहिने अंग में आधार-रेखा के ऊपर का दबाव है –

\left ( s h_2 \right ) पानी के स्तम्भ के बराबर। …….. (2)

संतुलन के लिए समीकरण (1) और समीकरण (2), दोनों बराबर होंगे।

अतः \quad ( h + s_1 h_1 ) = ( s h_2 )

अर्थात, पाइप में बहते हुए द्रव का दबाव शीर्ष ( pressure head ) होगा –

h = \left ( s h_2 - s_1 h_1 \right ) पानी के स्तम्भ के बराबर।

Measuring negative pressure

ऋणात्मक दबाव का मापन

अब, चित्र (B) पर विचार करें जहां पाइप में बहने वाले द्रव में ऋणात्मक दबाव होता है।

ऋणात्मक दबाव कि स्थिति में पाइप में बहता हुआ द्रव, U ट्यूब के बाएं अंग में द्रव को सोख लेता है जिससे दाएं अंग में द्रव का स्तर सामान्य स्तर से नींचे गिर जाता है।

यहाँ, दाहिने अंग में मैनोमीटर में भारी द्रव या पारा के शीर्ष स्तर को आधार-रेखा ZZ मानते हैं।

• Manometer के बाएं अंग में, आधार-रेखा से ऊपर हलके द्रव के स्तर कि ऊंचाई ( h_1 ) है।
• मनोमेटेर के दाहिने अंग में, आधार-रेखा ( datum line ) से ऊपर के भारी द्रव या पारा के स्तर कि ऊंचाई ( h_2 ) है।
• पाइप में बहते हुए द्रव का दबाव, पानी के दबाव शीर्ष ( pressure head ) के मान में ( h ) है।
• पाइप में बहते हुए द्रव का विशिष्ट गुरुत्व ( specific gravity ) ( s_1 ) है।
• मनोमेटेर के भारी द्रव या पारा का विशिष्ट गुरुत्व ( s ) है।

आधार-रेखा के ऊपर, बाएं अंग में दबाव है –

\left ( h + s_1 h_1 + s h_2 \right ) पानी के स्तम्भ के बराबर। ……. (1)

आधार-रेखा के ऊपर, दाहिने अंग में दबाव शुन्य ( 0 ) है।

द्रवों के संतुलन के लिए दोनों समीकरणों को बराबर करने पर –

( h + s_1 h_1 + s h_2 ) = 0

अतः \quad h = - ( s_1 h_1 + s h_2 ) पानी के स्तम्भ के बराबर।

Use of simple manometer

साधारण मैनोमीटर की उपयोगिता

1. एक साधारण मैनोमीटर का उपयोग किसी हल्के द्रव ( light liquid ) के उच्च दबाव ( high pressure ) को मापने के लिए किया जाता है। अर्थात, एक साघारण मैनोमीटर, कम विशिष्ट गुरुत्व ( specific gravity ) वाले द्रव के उच्च दबाव को मापने के लिए उपयुक्त होता है।
2. इसका उपयोग ऋणात्मक दबाव ( negative pressure ) को मापने के लिए भी किया जा सकता है।