Pressure Gauge – گیج فشار

سنسور فشار (Pressure Sensor)

فشار نیروی لازم برای جلوگیری از پخش شدن مایع است و معمولاً به صورت نیرو بر سطح تعریف می-‌شود. سنسور فشار معمولاً به صورت مبدل کار می‌کند و سیگنالی تابع اثر فشار تولید می‌کند. سنسورهای فشار می‌توانند به طور غیر مستقیم برای اندازه‌گیری سایر متغیرهایی همچون دبی سیال یا گاز، سرعت، سطح مایع و ارتفاع استفاده شوند.

مبدل‌های فشار، ترانسمیتر فشار، ترانسدیوسر فشار، فرستنده فشار، نشاندهنده فشار، پیزومتر، مانومتر و …، اشکال مختلفی از سنسور فشار هستند.

سنسورها به طور عمده از مواد پیزوالکتریک مانند کوارتز ساخته شده‌اند. بعضی از سنسورهای فشار مانند آنچه در دوربین‌های کنترل ترافیک دیده می‌شود، به صورت باینری (دودویی) و خاموش/ روشن کار می‌کنند. برای مثال وقتی فشاری به سنسور فشار اعمال می‌شود، سنسور یک مدار الکتریکی را قطع یا وصل می‌کند. این سنسورها به سوئیچ فشار معروف هستند

گیج‌های فشار یک دستگاه اندازه گیری معمولی هستند که برای نظارت بر فشار در خطوط لوله و تضمین حرکت ایمن گازها، مایعات و بخار استفاده می‌شود. نمایش عملکرد پمپ‌ها ، سیستم‌های انتقال و انواع مختلف نازل‌ها با استفاده از فشارسنج‌ها ارزیابی می‌شوند.

کار اصلی فشار سنج‌ها ارائه اطلاعات در مورد وضعیت یک سیستم برای جلوگیری از آسیب به تجهیزات و نشتی است. یک گیج فشار درجه یک که به درستی نصب شده باشد، صرف نظر از هزینه آن، باعث صرفه جویی در زمان و هزینه ها می‌شود.

فشارسنج چیست؟

گیج فشار روشی برای اندازه‌گیری یا تخمین سیال، گاز، آب یا شدت بخار در ماشین‌های تحت فشار است که از نشتی یا تغییرات فشاری که بر عملکرد سیستم تأثیر می‌گذارد اطمینان می‌دهد. هر گونه انحراف از استانداردهای قابل قبول می‌تواند واقعاً بر عملکرد سیستم تأثیر بگذارد.

گیج های فشار بیش از 100 سال است که مورد استفاده قرار می‌گیرند و به طور مداوم در حال تکامل هستند تا با نیازهای جدید مطابقت داشته باشند. 

انواع فشار سنج

انواع مختلف فشارسنج‌ها به محل استفاده از گیج بستگی دارد، به اندازه‌ها، سبک‌ها و مواد مختلف که متناسب با کاربردهای خاص طراحی شده‌اند.

اندازه گیری صحیح فشار منوط به مرجعی است که فشار آن اندازه گیری می‌شود. گیج‌های فشار به دو دسته هیدرواستاتیک و مکانیکی تقسیم می‌شوند.

الف. فشار هیدرواستاتیکی – Hydro-static Pressure

فشار هیدرواستاتیکی در اثر سنگینی سیال بالای نقطه اندازه گیری زمانی که سیال در حالت سکون است ایجاد می‌شود. ارتفاع مایع بر فشار هیدرواستاتیک تأثیر می‌گذارد. خواص هیدرواستاتیکی یک مایع ثابت نیست و تحت تأثیر چگالی و گرانش مایع است.

ب. فشار مکانیکی – Mechanical Pressure

فشار مکانیکی توسط لوله بوردون Bourdon tube که فشار سیال را به نیرو تبدیل می‌کند اندازه گیری یا تخمین زده می‌شود.

1. فشار سنج مطلق – Absolute Pressure Gauge:

گیج های فشار مطلق برای اندازه گیری فشار مستقل از نوسانات طبیعی فشار اتمسفر استفاده می‌شوند. یک خلاء مرجع به طرف عنصر اندازه گیری است که در معرض فشار نیست. یک دیافراگم محفظه رسانه را از محفظه خلاء جدا می کند و با افزایش فشار وارد محفظه خلاء می‌شود.
فشار مطلق Absolute Pressure در برابر خلا کامل، با استفاده از یک مقیاس مطلق، برابر است، بنابراین برای اندازه‌گیری فشار به همراه فشار اتمسفر برابر است.

2. فشار سنج لوله بوردون Bourdon Tube Pressure Gauge:

گیج فشار لوله بوردون Bourdon tube دارای یک لوله الاستیک است که از یک طرف به یک سوکت لحیم یا جوش داده شده است. تنظیم فشار باعث انحراف در لوله می‌شود. متناسب با فشار اعمال شده با فشار اشاره گر به چرخ دنده چرخشی فرستاده می‌شود. استاندارد کار گیج فشار بوردون این است که یک لوله منحنی با اعمال فشار صاف می‌شود. فشار سنج‌های لوله بوردون برای اندازه گیری فشار گاز، بخار یا مایعات استفاده می‌شود.

لوله بوردون

لوله بوردونیکی از متداول و پر مصرف ترین ابزار های اندازه گیری فشار است که از طریق اندازه گیری یک تغییر شکل مکانیکی، فشار را اندازه گیری می‌کند. لوله بوردون که یک وسیله اندازه گیری فشار است قابلیت اندازه گیری فشارهای ۰٫۶ تا ۷۰۰۰ بار را دارد. از نظر ساختاری لوله بوردون ساختار غیرالکتریکی دارد و در دسته سنسورهای مکانیکی (فشار سنج های ارتجاعی) قرار می گیرد.

تاریخچه لوله بوردون به یوجین بوردون (Eugene Bourdon) در اوایل سال ۱۸۴۹ بر میگردد که در آن زمان ایشان فشارسنج لوله بوردون را اختراع کرد.

ویژگی های لوله بوردون :

ویژگی اصلی لوله بوردون این است که دارای محدوده اندازه گیری بیشتری نسبت به فشارسنج های دیافراگمی و کپسولی است و معمولا برای اندازه گیری فشار های بالا استفاده می‌شود.

مزایای لوله بوردون:

• ساده
• قابل حمل
• کاربری آسان
• بدون نیاز به سطح بندی
• قیمت نسبتا ارزان
• اندازه گیری طیف وسیعی از رنج های فشار

معایب لوله بوردون:

• اندازه گیری فشارهای استاتیک یا شبه استاتیک
• دقت محدود در بسیاری از کاربرد‌ها

نحوه کارکرد لوله بوردون

لوله بوردون یک لوله پیچشی از جنس فلز قابل ارتجاع به شکل دسته عصا با زاویه حدود 250 درجه است. در لوله بوردون قسمت انتهایی لوله مسدود و ابتدای آن به مخزن سیال مورد اندازه گیری وصل است. به هنگام اعمال فشار لوله بوردون به راست شدن تمایل می‌یابد که این تغییر حالت با تناسب گیری از وضعیت قبلی فشار تحت آزمایش را مشخص می‌کند.

تغییر حالات لوله بوردون از طریق یک مکانیسم چرخ دنده‌ای، عقربه‌ی روی صفحه درجه بندی شده را حرکت می‌دهد. این درجات که با حرکت عقربه مشخص می‌شوند را فشار نسبی سیال می‌نامند.

3. فشار سنج دم یا بلوز – Bellows Pressure Gauge:

دم از لوله های فلزی فنری با دیواره نازک ساخته شده است که شکلی شبیه آکاردئون دارد. که در انتهای آزاد سنج مهر و موم شده است. همانطور که فشار وارد می شود، روی دم در انتهای آزاد دنبال می‌شود و باعث انبساط و ایجاد حرکت می‌شود. اندازه گیری فشار Bellows بسیار ظریف است و برای کاربردهای با کرنش کم استفاده می‌شود. دو نوع بلوز سنج وجود دارد. در یک شکل، فشار به دم می‌شود و باعث ایجاد تغییر شکل در فنر متعادل کننده می‌شود. فرم دیگری از قانون فشار دیفرانسیل استفاده می‌کند که دمش بین دو محفظه فشار متضاد مهر و موم شده است.

4. گیج فشار دیافراگم – Diaphragm Pressure Gauge:

گیج فشار دیافراگمی همه کاره است و با اعمال فشار جابه جا می‌شود. این نوع فشارسنج با قاعده‌ای مشابه با فشار سنج بوردون کار می‌کند، اما فشار را با استفاده از دیافراگم به جای سیلندر قابل انطباق اندازه گیری می‌کند. دیافراگم که بین دو ستون فقرات قرار می‌گیرد، برای تعیین تضاد بین فشار اعمال شده و فشار مرجع استفاده می‌شود. استفاده اصلی از گیج فشار دیافراگمی برای اندازه گیری فشار سطح پایین است.

دیافراگم این دستگاه ها به یک عقربه یا یک ابزار حرکتی خاص وصل است که جابجایی آنها منجر به حرکت کردن یک عقربه شده و در نتیجه فشار به صورت داده‌های مکانیکی و آنالوگ گزارش می‌شود. البته در نمونه‌های پیشرفته و دیجیتالی این داده‌های آنالوگ با استفاده از یک ترانسدیوسر به صورت ولتاژ یا شدت جریان خروجی تفسیر می‌شود که در نهایت به صورت داده های دیجیتال برای اپراتور فرستاده می شود.

5. گیج فشار کپسول – Capsule Pressure Gauge:

یک گیج فشار کپسولی دارای دو دیافراگم نازک دار متحدالمرکز است که در اطراف مرزهای خود محکم به هم مهر و موم شده‌اند. یکی از دیافراگم ها سوراخی در مرکز دارد که اجازه ورود محیط را می‌دهد. در نقطه‌ای که فشار وارد می‌شود، دیافراگم‌ها منبسط یا منقبض می‌شوند. این تنظیم شکل یک حرکت چرخشی ایجاد می‌کند که روی صفحه سنج ظاهر می‌شود. فشار سنج کپسولی برای اندازه گیری مواد استفاده می‌شود و منحصراً برای اندازه گیری فشار گازها استفاده می‌شود.

6. فشار سنج دیجیتال – Digital Pressure Gauge:

گیج فشار دیجیتال، فشار را بر روی یک صفحه LCD نمایش می‌دهد و از مبدلی استفاده می‌کند که مقدار فشار را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. انواع مختلفی از طرح‌ها و سبک‌های فشارسنج دیجیتال وجود دارد، انواعی که می‌توانند برای آزمایش میدانی انجام شوند و انواعی که بر روی خط لوله نصب می‌شوند.

پیش نیاز گیج های فشار دیجیتال یک منبع تغذیه است که معمولا یک باتری است. گیج‌های فشار آنالوگ دقیقاً بدون نیاز به منبع تغذیه کار می‌کنند.

7. فشار سنج دیفرانسیل (DP) – Differential (DP) Pressure Gauge:

گیج‌های فشار دیفرانسیل کنتراست بین فشار را در دو محفظه اندازه‌گیری می‌کنند که توسط عنصری از هم جدا می‌شوند که بر اساس پیشرفت فشار به سمت و سوی حرکت می‌کند. حرکت عنصر باعث حرکت در نشانگر روی صفحه سنج می‌شود یا نمایشگر دیجیتالی را نشان می‌دهد. یکی از درگاه‌های گیج در سمت بالا و دیگری در سمت پایین قرار می‌گیرد که افت فشار روی گیج را نشان می‌دهد. در چند مورد، یک پیستون مغناطیسی خطی بین دو محفظه فشار قرار می‌گیرد که آهنربای چرخشی متصل به نشانگر گیج یا نمایشگر دیجیتال را می‌کشد.

8. گیج فشار پیزومتر – Piezometer Pressure Gauge :

پیزومتر نوعی مانومتر است که برای اندازه گیری محدوده فشار متوسط ​​مایعات استفاده می‌شود. این یک لوله شیشه ای ساده است که دو سر آن باز است. یک سر آن به لوله ای متصل می‌شود که در آن فشار مایع اندازه گیری می‌شود، در حالی که انتهای سر مخالف به اتمسفر باز است. لوله به به سمت بالا متصل است که مایع موجود در لوله بتواند به داخل لوله بالا رود. خوانش فشار با ارتفاع سیال در لوله نشان داده می‌شود.

9. فشارسنج های شماره گیری یا آنالوگ – Dial or Analog Pressure Gauges :

مقیاس روی گیج فشار را می‌توان به سه بخش جدا کرد که بخش اول و سوم کمترین دقت و بخش میانی یا دوم قابل اعتمادترین هستند. در حین انتخاب یک بررسی کشش ساده، به فشار معمولی نیاز دارید تا به قسمت مرکزی صفحه بیفتد.

10. مانومتر فشار سنج – Manometer Pressure Gauge :

فشارسنج‌های فشار سنج با تنظیم یک بخش از مایع در برابر بخش دوم مایع، فشار روی سیال را اندازه گیری می‌کنند. این نوع گیج فشار کم‌مشکل‌ترین نوع است و شامل یک لوله شفاف به‌عنوان «U» است که تا حدودی با مایع مانومتری مانند جیوه بارگیری می‌شود.

فشارسنج ها چگونه ساخته می شوند؟

از آنجایی که انواع زیادی از فشارسنج ها وجود دارد، توصیف ساخت هر نوع غیرممکن است. برای اختصار، این بحث بر روی ساخت گیج فشار بوردون متمرکز خواهد شد. که پیشتر توضیح کارکرد آن را داده‌ایم.

ب) کیس

کیس‌های فشار سنج از پلاستیک، فولاد ، فلز یا معمولاً فولاد ضد زنگ ساخته شده‌اند. پیچیدگی و نوع کیس نشانگر میزان هزینه‌ای است که نشان می‌دهد. فنولیک، رزینی که با استفاده از فنل‌ها و آلدئیدها تولید می‌شود، در شرایط تهاجمی و مضر مانند شرایط تولید مواد شیمیایی و پتروشیمی مورد استفاده قرار می گیرد.

کیس‌ها را می‌توان با گلیسیرین یا سیلیکون پر کرد تا از تراکم جلوگیری کند و از محیط‌های خورنده که می‌تواند به مکانیسم داخلی آسیب برساند، ایمنی ایجاد کند.

ب) سوکت

سوکت قسمت اولیه گیج فشار برای کنتاکت های مایع فشرده است. گیج‌های معقول دارای یک سوراخ در محل اتصال منبع تغذیه هستند، در حالی که سنج‌های گران‌قیمت اضافی دارای یک سوراخ رزوه‌دار برای سوراخ محدودکننده هستند. تعبیه یک سوراخ محدودکننده از ورود ذرات به گیج و مسدود شدن گیج جلوگیری می‌کند.

ج) سبک جوشکاری

انتهای لوله بوردون در جایی که پیوند متصل است جوش داده می‌شود. فشارسنج‌های مقرون به صرفه تر از ابزار مکانیکی برای اتصال استفاده می‌کنند.

د) اشاره گر

انواع نشانگرها با توجه به انواع تنظیمات ظریفی که نشانگر اجازه می‌دهد و پیچیدگی نشانگر متفاوت است.

ه) نمایش

خوانش‌های گیج فشار می‌تواند در یک صفحه نمایش آنالوگ به سبک شماره‌گیری یا به‌عنوان یک بازخوانی دیجیتال نشان داده شود. همانند فاکتورها، انواع نمایشگرها نیز بسته به نوع و طراحی گیج فشار متفاوت است. مقیاس صفحه فشار سنج بر اساس طراحی و نوع گیج فشار کالیبره شده است. در مورد لوله بوردون، صفحه به لوله بوردون کالیبره می‌شود.

و) پنجره

جلو یا روی یک فشارسنج پنجره‌ای است که از آن در برابر محیط محافظت می‌کند و از مکانیسم داخلی محافظت می‌کند. این می‌تواند از شیشه، شیشه سکوریت یا پلاستیک ساخته شود. پنجره های ساخته شده از پلاستیک ظریف انعطاف پذیر برای محافظ می‌باشد. پنجره به عنوان یک غشای شفاف عمل می‌کند که به کاربر اجازه می دهد تا صفحه گیج را ببیند و اطلاعات را بخواند.

چگونه و کجا از فشارسنج ها استفاده می‌شود؟

1. اتومبیل

در حین بررسی فشار سنج ها برای یک وسیله نقلیه، اصلی ترین چیزی که مورد توجه قرار می‌گیرد گیج فشار باد لاستیک‌ها است. با این حال، گیج فشار هوا بسیار مهم است، چند فشار سنج دیگر وجود دارد که چارچوب‌های مختلف خودرو را کنترل می‌کند، به عنوان مثال، خنک کننده، روغن و خنک کننده موتور.

2. تولید نفت

در تجارت نفت، خطوط جریان، جداکننده‌ها و مخازن انبار تحت نوعی فشار هستند. هر قسمت از عملیات نفت، از سر چاه تا مخزن، توسط یک فشارسنج کنترل و هدایت می‌شود. همه گیج‌های صنعت نفت دارای تدابیر ایمنی برای امنیت کارگران هستند زیرا وقتی فشار بیش از حد بالا می‌رود می‌توانند منفجر شوند.

3. صنایع غذایی

گیج‌های فشار درجه غذا می‌توانند تمیز کردن دقیق معمولی را که بخش اساسی فرآیند آماده‌سازی غذا است، تحمل کنند. به دلایل ایمنی و بهداشتی، گیج‌های فشار فرآوری مواد غذایی باید سطحی فوق‌العاده صاف داشته باشند تا آلاینده‌ها، میکروارگانیسم‌ها و تجمع در لایه بیرونی فشارسنج نتوانند گیر کنند.

4. صنایع شیمیایی

گیج های فشار برای صنایع شیمیایی معمولا برای رسیدگی به مسائل محیط‌های مختلف و شرایط بسیار تهاجمی طراحی می‌شوند. گیج های فشار صنایع شیمیایی نیاز به تعمیر و تعویض مداوم دارند. برای امنیت دستگاه، فشار سنج های صنایع شیمیایی با تانتالوم یا پلی تترافلوئورواتیلن (PTFE) پوشانده شده اند که به ویژه در برابر خوردگی ایمن هستند.

5. هوانوردی

ابزارهای بسیار متنوعی وجود دارد که خلبان را از وضعیت و نوسانات فشار هواپیما مطلع می‌کند. گجت های سنجش فشار را می‌توان در گروه پرواز و گروه موتور یافت. آنها حیاتی ترین و اساسی ترین جنبه‌های فعالیت هواپیما هستند، زیرا وسیله‌ای برای حفظ کار ایمن هواپیما هستند.

6. هیدرولیک

گیج فشار هیدرولیک یک بخش اساسی از عملکرد یک دستگاه هیدرولیک است. فشار سنج ناکافی می‌تواند عملکرد سیستم را تحت تاثیر قرار دهد و به پیشرفت فرآیند تولید آسیب برساند. هرگونه تغییر فشار قابل تشخیص می‌تواند نشان دهنده نشتی در سیستم یا آسیب به یک قطعه هیدرولیک باشد. گیج های فشار هیدرولیک باید برای کار در شرایط سخت و خطرناک بسیار دقیق و مجهز باشند.

کاربردهای فشارسنج:

گیج های فشار دیفرانسیل برای نظارت بر فیلتراسیون، سطح سیال و جریان مایع در سرمایه گذاری های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. آنها در پالایشگاه ها، خطوط تولید پتروشیمی و مواد شیمیایی، نیروگاه ها و اتاق های تمیز در میان مکان های مختلف بسیار مهم هستند.

گجت‌های اندازه‌گیری فشار گیج شناخته‌شده‌ترین تجهیزات اندازه‌گیری فشار در دنیای صنعتی به‌ویژه در صنایع پالایشگاهی، مصنوعی، پتروشیمی، دارو، مواد غذایی، تبرید ، خنک‌کننده و گندزدایی هستند.

گیج‌های فشار مطلق برای نظارت بر فشار غوطه وری آدیاباتیک توسط هواشناسان و انجام فعالیت‌های پالایشی در صنعت پالایش نفت استفاده می‌شود. همچنین می‌توان از آنها برای اندازه گیری فشار بخار سیالات و راکتورهای خلاء استفاده کرد، در واقع نگاهی به ریزش در مخازن و مدارها انداخته و کاهش کشش بخش‌های خلاء تصفیه شده را اندازه گیری کرد.

مزایای فشار سنج:

• گیج‌های فشار در بسیاری از کاربردها و صنایع مانند طراحی مکانیکی، نیروی آب/پنوماتیک و فعالیت‌های خدمات/آزمایش عمومی با ارزش هستند.
• گیج های فشار مدرن طول عمر گیج و در نتیجه دقت خواندن را تضمین می‌کنند.
• فشارسنج های دیجیتال سریع و دقیق هستند.
• هیچ تفسیر اپراتور مورد نیاز نیست
• هیچ خطای اختلاف منظر در فشار سنج ها وجود ندارد.
• قابلیت نور پس زمینه در فشار سنج ها وجود دارد.
• خواندن ثابت در ارتعاش بالا.
• بازنگری آنها دشوار نیست.
• گیج های فشار لوله بوردون خوانش دقیقی را ارائه می‌دهند.
• لوله بوردون مقرون به صرفه است.
• ساخت لوله بوردون ساده است.
• می توان آنها را با تغییر دادن خروجی های الکتریکی ساخت.
• در هر صورت، برای اندازه گیری فشار بالا، آنها بی خطر هستند.
• دقت فوق العاده است، به خصوص در فشارهای بالا.

معایب فشار سنج:

مشاهده کل مقیاس یا روندها بسیار دشوار است.

آنها نمی توانند تمام مقادیری را که نوسان می‌کنند بخوانند.

آنها به مقدار زیادی انرژی به استثنای انواع دستی نیاز دارند.

آنها به آرامی به تغییرات فشار پاسخ می‌دهند.

در برابر لرزش و ضربه آسیب پذیر هستند.

از آنجایی که جابجایی انتهای آزاد لوله بوردون کم است، نیاز به افزایش است.

گیج فشار بوردون برای اندازه گیری های دقیق معقول نیست.

نتیجه

گیج فشار یک ابزار اندازه گیری شدت مایع است. گیج‌های فشار برای راه اندازی و تنظیم ماشین های قدرت سیال مورد نیاز هستند و در عیب یابی آنها اساسی هستند. بدون فشار سنج، سیستم‌های قدرت مایع هم نامنظم و هم غیرقابل اعتماد خواهند بود. سیستم های قدرت سیال بدون گیج فشار نامنظم خواهند بود.

 منبع :  iqsdirectory

منبع تصویر:  greenishco, pyrosales, arrowfinch, precisionmass, afriso, coleparmer, differentialpressure,

: – greenishco , pyrosales , arrowfinch , precisionmass , afriso , coleparmer , differentialpressure ,