Borudaki su basıncını ve hızını ölçme

Daha önceki makalemizde Ledlerle su seviyesini kontrol etmiştik. Şimdi de kapalı bir borudaki suyun basıncını ve aynı zamanda da hızını kontrol edelim. Hem de basınç sensörü kullanmadan. Ama önce sistemin nasıl çalıştığını daha iyi anlamak için bir önceki makaleye göz atmanız iyi olur.

Kapalı borulardaki suyun basıncını ölçmek çok zordur. Çünkü; boru içindeki toplam basınç, statik basınç ve dinamik basınçların toplamıdır. Suyun boru içinde sıkıştırılmasıyla oluşan basınca statik basınç, boru içinden suyun hızla akmasıyla oluşan basınca da dinamik basınç adı verilir.

Toplam basınç (Pt) = Statik basınç (Ps) + Dinamik basınç (Pd)

Borunun içinde toplam basınç bu iki basıncın toplamıyken borunun ucundan (bahçe hortumunu düşünün. Ucunda takılı olan meme -nozzle- den bahsediyoruz) çıkan suyun basıncı, dinamik basınçtır (meme hala takılı olduğu için). Borunun içinden ölçüm yapmaya kalktığımızda  toplam basıncı ölçeriz, ancak memeden çıkan suyun dinamik basıncını ölçemeyiz. Üstelik borunun içindeki suyun akış hızı ve aynı zamanda basıncı her yerde eşit değildir. Borunun kenarlarına doğru suyun akış hızı azalırken tam ortasında en yüksektir.
Bu sebeplerden dolayı kapalı borulardaki suyun basıncı ve hızı, venturi tüpü esasına dayalı sistemlerle ölçülür. Venturi tüpü, tam ortası biraz daraltılmış bir tüptür. Geniş tarafında suyun hızı yavaş ancak statik basınç yüksek, dar tarafında ise suyun hızı yüksek ancak statik basıncı düşüktür. Toplam basınç değişmeyeceğine göre dinamik basınç, statik basınç artarken azalır, azalırken de artar. Bu iki noktadan basınçları ölçersek, aradaki fark bize dinamik basıncı verecektir.

Böyle bir düzenekte dinamik basıncı ölçebilmek için iki girişli fark basıncı ölçen sensörler kullanılır.  Aşağıda, fark basıncı sensörü görüyorsunuz.

Ama yazının başında da söylediğimiz gibi, basınç sensörü kullanmayacağız. Aynı işi yapan, fark basıncı ölçen bir ölçme düzeneği kuracağız.
Şimdi, içi basınçlı sıvı dolu olan bir borudan dinamik basıncı ölçmek için aşağıdaki düzeneği kuralım. Borunun herhangi bir yerine, daha ince borudan bir ek yapalım (B bölümü). Borudan ve ek yaptığımız ince borudan hortumla birer uç çıkaralım (A ve B bölümleri). Bahçe hortumuyla, duvara u şeklinde (u-tipi manometrenin aynısı) bir düzenek hazırlayalım. U-borunun içine iletken su (tuzlu su olabilir) dolduralım. A ve B bölümlerinden çıkardığımız uçları, içine sıvı kaçırmadan hortumla bağlayalım. İlk kurulumda içine su kaçırmadan bağlantı yapmak zor olabilir. Bunu rahat yapabilmek için her iki çıkışa, sistemi devreye alırken kullanılacak birer vana bağlanabilir. Sistemi, hiç bir yerinde kaçak olmayacak şekilde sağlamlaştıralım. Bir önceki makalede yaptığımız elektronik düzeneğin aynısını u-boruya uygulayalım.

Boru içindeki basınçlı sıvının hızı sıfırsa borunun her yerinde statik basınç vardır ve dinamik basınç sıfırdır. Statik basınç borunun her yerinde aynı olduğu için u-borunun içindeki suyun yüksekliği her iki kolda eşittir (bernoulli kanunu). Borunun içinden akışkan geçmeye başlayınca her iki koldaki statik basınçlar değişir. İnce borudaki (B bölümü) statik basınç azalırken, kalın borudaki (A bölümü) artar. u-borudaki sıvı da basınç değişikliğine göre yükselmeye başlar. Önceki makalede anlattığımız gibi, yükselen sıvı seviyesindeki ledler yanmaya başlar. Su akışı kesilince iki koldaki sıvı yine eşitlenir.

İşte bu kadar. Çok basit, ancak her şeyiyle teoriye uygun ve dinamik basıncı ölçen bir sistem kurduk.
Peki, her bir led ne kadarlık basınca karşılık geliyor? Sistemin ayarları; u-borunun kalınlığına, uzunluğuna ve 8 adet giriş ucunun mesafelerine göre değişeceği için kalibrasyonu sizin yapmanız gerekiyor. Birşey dikkatinizi çekmiştir umarım. Dinamik basıncı ölçen devreniz aynı zamanda da akışkanın hızını da ölçüyor. Dinamik basınç ve hız arasında doğru orantı vardır ve lineer olarak, biri artarsa diğeri de artar. Yani, ledleri basınç için ayarlayabildiğiniz gibi hız içinde ayarlayabilirsiniz.

Yok, ben elektronik devre kurmak istemiyorum diyorsanız, o zamanda u-borunun sağ tarafına ölçekli bir cetvel çizin ve oradan basıncı ve hızı okuyun.

Kolay gelsin...