Prawdopodobnie masz jeden z tych plastikowych wskaźników w schowku. Są wszechobecne. Projekt jest prawie zawsze taki sam: cylindryczny korpus, małe okrągłe okienko z boku i przesuwana skala. Być może zastanawiałeś się, dlaczego mechanizm nie wyskakuje z otwartego końca, gdy dociśniesz go do zaworu. A może po prostu zastanawiasz się, jak to właściwie działa.
Odpowiedź leży w podstawach fizyki i prostej sprężynie.
Fizyka ciśnienia
Aby zrozumieć, jak działa manometr, najpierw musisz zrozumieć, czym właściwie jest ciśnienie. Wyobraź sobie blok drewna o wymiarach jeden na jeden cal i długości trzech stóp. Jeśli ten klocek waży jeden funt i nadepniesz na niego, wywierasz nacisk na stopę w wysokości jednego funta na cal kwadratowy (psi). Siła jest rozłożona na obszarze jednego cala kwadratowego.
Jeśli weźmiesz 30-stopową wersję tego samego bloku, jego waga wzrośnie proporcjonalnie. Stanie na 30-metrowej kolumnie wytworzy ciśnienie 10 psi. Kolumna o długości 300 stóp wytworzy ciśnienie 100 psi.
Zasada ta dotyczy również cieczy. Woda głęboka na jedną stopę wytwarza ciśnienie około 0,43 psi. Gdybyś znalazł się milę pod wodą, ciężar słupa wody nad tobą wyniósłby około 2270 psi. Słup wody o wysokości jednej mili i powierzchni przekroju jednego cala kwadratowego ważyłby 2270 funtów.
Powietrze zachowuje się w podobny sposób. Atmosfera jest głęboka na około 50 mil. Na poziomie morza słup powietrza o wysokości 50 mil i powierzchni przekroju jednego cala kwadratowego waży 14,7 funta. Powoduje to wytworzenie ciśnienia atmosferycznego 14,7 psi. Nasze ciało znajduje się pod takim samym ciśnieniem, więc tego nie czujemy.
Ciśnienie spada wraz ze wzrostem wysokości. Oto jak zmienia się ciśnienie atmosferyczne wraz z wysokością:
- Poziom morza: 14,7 psi
- 10 000 stóp: 10,2 psi
- 20 000 stóp: 6,4 psi
- 30 000 stóp: 4,3 psi
- 40 000 stóp: 2,7 psi
- 50 000 stóp: 1,6 psi
Jak gazy tworzą siłę
Wewnątrz opony lub balonu ciśnienie powstaje w wyniku zderzeń. Atomy gazu są w ciągłym ruchu. Odbijają się od wewnętrznych ścianek pojemnika. Prędkość tych atomów zależy od temperatury.
W temperaturze zera absolutnego (0 Kelwinów) ruch atomów zatrzymuje się. Wraz ze wzrostem temperatury atomy poruszają się szybciej. Szybsze atomy uderzają w ściany mocniej i częściej. To powoduje presję zewnętrzną.
Ciśnienie w układzie można zwiększyć na dwa sposoby:
1. Podnieś temperaturę.
2. Dodaj więcej atomów.
Pompując oponę wybierasz drugą opcję. Zmuszasz więcej cząsteczek powietrza do stałej objętości. Opona samochodowa ma zazwyczaj ciśnienie 30 psi. Opona rowerowa może wymagać ciśnienia od 60 do 100 psi. Pompa nie używa magii; po prostu pakuje więcej gazu w tę samą przestrzeń. Wzrost liczby kolizji zwiększa ciśnienie.
Mechanika manometru prętowego
Jak więc prosta plastikowa rurka mierzy tę siłę?
Większość mierników prętowych wykorzystuje prosty tłok sprężynowy. Wewnątrz cylindra znajduje się ruchomy pręt połączony ze sprężyną. Na końcu manometru znajduje się zawór, który otwiera się po dociśnięciu go do trzpienia zaworu opony.
Po dociśnięciu manometru do zaworu powietrze z opony wpada do dętki. To powietrze naciska na tłok. Ciśnienie powietrza wywiera siłę na powierzchnię tłoka.
Sprężyna stawia opór temu ruchowi. Pręt porusza się, aż siła ciśnienia powietrza zrówna się z oporem sprężyny. W tym punkcie równowagi tłok przestaje się poruszać.
Położenie pręta odpowiada określonemu ciśnieniu. Skala przesuwna z boku rurki jest zgodna z końcem pręta. Odczytujesz numer, w którym tłok się zatrzymuje.
Skala nie wyskakuje, ponieważ sprężyna wytwarza siłę przeciwną. Sprężyna jest skalibrowana tak, aby odpowiadała zakresowi ciśnienia typowych opon. Jeśli ciśnienie jest zbyt wysokie, sprężyna jest bardziej ściskana, ale jest zaprojektowana tak, aby wytrzymać bezawaryjnie maksymalne oczekiwane ciśnienie. Jeżeli ciśnienie jest za niskie, sprężyna odpycha tłok do tyłu.
Dokładność zależy od kalibracji sprężyny i tarcia pręta. Tanie manometry mają większe tarcie, co prowadzi do niedokładności. Lepsze mierniki wykorzystują materiały o niskim współczynniku tarcia i węższe tolerancje.
Następnym razem, gdy będziesz sprawdzał ciśnienie w oponach, pamiętaj, że równoważysz siłę atmosferyczną i mechaniczne napięcie sprężyny. To proste i eleganckie rozwiązanie.
Dlaczego dokładność jest ważna
Większość
Jak prawidłowo używać manometru w oponach
Większość urządzeń cyfrowych i analogowych działa na podobnej zasadzie. Wewnątrz plastikowej lub metalowej obudowy znajduje się prosty mechanizm przeznaczony do pomiaru ciśnienia. Nie zgadujesz – mierzysz.
Proces składa się z trzech etapów. To nie jest żadna fizyka, ale ludzie cały czas popełniają błędy.
Pierwszy krok. Zajmij stabilną pozycję. Jeśli się chwiejesz, pieczęć nie będzie bezpieczna. Pochylać ku przodowi. Upewnij się, że możesz zastosować stałą siłę bez szarpania narzędzia.
Drugi krok to kontakt. Nie dotykasz tylko trzpienia zaworu – tworzysz szczelne połączenie. Mocno dociśnij końcówkę manometru do rdzenia zaworu. Usłyszysz dźwięk. Ten syczący dźwięk oznacza, że powietrze ucieka z opony i dostaje się do komory manometru. Wewnątrz narzędzia pręt dociska trzpień zaworu wewnątrz zaworu. Działanie to obniża rdzeń, umożliwiając wyrównanie sprężonego powietrza z opony z wewnętrznym czujnikiem manometru. Jeżeli nie słychać szybkiego ulatniania się powietrza, oznacza to, że uszczelka nie jest szczelna. Spróbuj ponownie.
Trzeci krok to sprawdzenie odczytów. Jeśli jest to instrument wskazujący, poczekaj, aż igła przestanie się trząść. Jeśli jest to urządzenie cyfrowe, poczekaj, aż liczby się ustabilizują. Nie wykonuj odczytów, gdy manometr jest nadal podłączony i nadal uchodzi powietrze. Ta wartość będzie niedokładna.
Syczący dźwięk nie jest oznaką przebitej opony. To znak, że manometr spełnia swoje zadanie.
Wielu kierowców pomija ten krok, uznając go za nudny. Zamiast tego stosują „test kopnięcia”. Ale nie tak działa fizyka. Słaby chwyt na manometrze powoduje błąd. Ukośny kąt przerywa uszczelkę. Obydwa czynniki prowadzą do niedopuszczalnego spadku ciśnienia.
Niewystarczające ciśnienie zmniejsza zużycie paliwa. Prowadzi to do nierównomiernego zużycia opon. Zwiększa ryzyko eksplozji opony przy dużych prędkościach. Manometr nie kłamie. Wystarczy przytrzymać go nieruchomo wystarczająco długo, aby „przemówił”.
Mechaniczne serce manometru
Wewnątrz obudowy mechanizm jest zaskakująco prosty. Wyobraź sobie cylinder pompki rowerowej. Tłok porusza się wewnątrz rury. Ściany tuby są wypolerowane na lustrzany połysk. Sam tłok wykonany jest z miękkiej gumy. Jest ściśle przylegający do metalu. Wewnętrzna powierzchnia pokryta jest cienką warstwą oleju. Smar ten zmniejsza tarcie. Zapewnia również szczelne uszczelnienie.
Jeśli przyjrzysz się uważnie całemu zespołowi, tłok znajduje się na jednym końcu skoku. Limiter określa limit po drugiej stronie. Pomiędzy nimi znajduje się sprężyna.
Ściśnięta sprężyna popycha tłok w lewą stronę tubusu.
Ta wiosna jest stała. Zawsze jest pod napięciem. Wymusza ruch tłoka w lewo. To tworzy podstawową pozycję. Manometr opiera się na tym mechanicznym powrocie. Bez sprężyny tłok może się utknąć. Dokładność spadnie do zera. System potrzebuje tej siły zwrotnej. Potrzebuje napięcia, żeby je rozładować. Za każdym razem, gdy ciśnienie spada, sprężyna zaczyna działać. Przywraca tłok do pierwotnego położenia. To jest ruch, który widać na tarczy. A dokładniej, co mierzy tarcza.
Mechanizm manometru
Kulisty występ po lewej stronie to nie tylko element dekoracyjny. Ma pustą konstrukcję i jest specjalnie zaprojektowany, aby pasował do zaworu opony. Jeśli przyjrzysz się uważnie otworowi, zobaczysz dwa kluczowe elementy: gumową uszczelkę i mały stały kołek.
Uszczelka spełnia swoją funkcję poprzez dociśnięcie krawędzi smoczka. Tworzy to szczelną barierę, która zapobiega wyciekom ciśnienia podczas pomiaru. Jednocześnie trzpień działa jak spust: naciska zawór wewnątrz smoczka, otwierając drogę do ucieczki powietrza.
Powietrze to opływa sworzeń, przechodzi przez pusty środek kuli i wchodzi do komory tłoka.
Jak ciśnienie porusza igłę
Po podłączeniu manometru do smoczka proces rozpoczyna się natychmiast. Sprężone powietrze z opony wpada do środka i wypycha tłok w prawo. Odległość, na jaką przemieszcza się tłok, bezpośrednio odpowiada ciśnieniu w oponach.
To prosta równowaga sił. Powietrze popycha tłok w prawo, a sprężyna stawia opór, popychając go w lewo.
Manometr jest zaprojektowany dla maksymalnego ciśnienia. Załóżmy w tym przykładzie, że limit wynosi 60 psi. Sprężyna jest precyzyjnie skalibrowana dla tego zakresu:
– Przy ciśnieniu 60 psi ciśnienie powietrza całkowicie pokonuje opór sprężyny, przesuwając tłok maksymalnie na prawo od rury.
– Przy 30 psi siła jest o połowę mniejsza. Tłok zatrzymuje się na środku.
– Przy niższym ciśnieniu tłok przemieszcza się na krótszą drogę.
Po wyjęciu manometru ze smoczka przepływ powietrza zatrzymuje się. Sprężyna natychmiast przejmuje kontrolę, przywracając tłok do pierwotnego lewego położenia.
Czytanie
Aby zinterpretować ruch tłoka, wewnątrz rurki znajduje się skalibrowany pręt :
Wyjaśnienie mechanizmu Max-Hold
Sprężyna wewnętrzna nie jest pokazana na schemacie wizualnym, ale jest obecna. Wewnątrz znajduje się skalibrowany pręt. Trzpień nie jest przymocowany do tłoka, po prostu siedzi na górze. Połączenie pomiędzy drążkiem a ogranicznikiem jest szczelne i prawie nie powoduje tarcia.
Spójrz na sekwencję działań. Tłok przesuwa się w prawo, popychając skalibrowany pręt do przodu. To prosta fizyka. Kiedy ciśnienie spada, tłok powraca w lewo. A co z drążkiem? Pozostaje na miejscu, unieruchomiony w maksymalnym punkcie. Dzięki temu można odczytać ciśnienie szczytowe po odłączeniu manometru.
Dlaczego lampka TPMS zapala się, gdy opony wyglądają normalnie?
Sprawdzasz opony. Wyglądają na napompowanych. Ale deska rozdzielcza nadal ostrzega. Dlaczego?
Najczęstszą przyczyną jest zimna pogoda. W zimne dni następuje kompresja powietrza. Czujnik zostaje uruchomiony. Lampka zgaśnie później, gdy przejedziesz wystarczająco dużo, aby rozgrzać ciśnienie wewnętrzne. Ale nie ufaj tylko desce rozdzielczej. Sprawdź ciśnienie w oponach za pomocą ręcznego manometru. Zanim zignorujesz ostrzeżenie, upewnij się, że możesz się bezpiecznie poruszać.
Gdzie produkowane są manometry do opon JACO?
Kontrola jakości ma znaczenie. Wszystkie produkty JACO produkowane są w USA. Każde urządzenie przed trafieniem na półki sklepowe jest testowane pod kątem dokładności. Jeśli szukasz miejsca, gdzie produkowane są manometry do opon JACO, odpowiedź znajduje się w kraju.
Jaki odczyt powinien wyświetlać manometr w oponach?
Systemy monitorowania ciśnienia w oponach (TPMS) mają zaprogramowany zakres tolerancji. W przypadku bezpośredniego monitorowania ten optymalny zakres wynosi zazwyczaj od 28 do 35 funtów na cal kwadratowy (psi). Każda wartość spoza tego zakresu spowoduje aktywację systemu.
Jeśli manometr wskazuje mniej niż 28 psi, opony są niedopompowane. Jeśli więcej niż 35 psi? Być może są nadmiernie napompowane. Pozostań w tym zakresie, aby uzyskać optymalną wydajność i bezpieczeństwo.
Czy te narzędzia są sprzedawane u największych sprzedawców detalicznych?
Walmart sprzedaje manometry do opon. Możesz przeglądać produkty i dokonywać zakupów bezpośrednio na ich stronie internetowej. To jedno z najłatwiejszych miejsc do znalezienia podstawowego modelu mechanicznego lub cyfrowego.
Więcej o ciśnieniu i fizyce
Jeżeli interesują Cię mechanizmy pompujące to zagłębij się w temat.
- Jak działają opony
- Jak działają balony?
- Jak działa nurkowanie (SCUBA)
- Jak działają atomy
Jak 30 funtów powietrza w oponach wytrzyma 2-tonowy samochód? - Dlaczego nie używają zwykłego powietrza w samochodach wyścigowych?
- Co oznacza wzrost lub spadek odczytów barometru?
- Czy możesz wyjaśnić działanie ciśnieniowych kabin samolotów?
Dalsza lektura
- Ciśnienie i gazy
- Ciśnienie
- TyreSafety.com
- Jak sprawdzić ciśnienie w oponach
- Film GM Goodwrench
