گیج فشار

گیج فشار – چگونه کار می کنند؟

فشار سنج فشار یک گاز یا مایع را در یک سیستم اندازه گیری می کند. فشار سیال را در کاربردهای مختلف مانند خودروسازی، هوافضا، پزشکی و صنایع تولیدی کنترل می کند. اندازه گیری فشار در یک سیستم برای اطمینان از سازگاری محصول و معیار ایمنی برای آگاهی از نشتی یا فشار ساختمان در یک سیستم بسیار مهم است. قبل از تعیین یک فشار سنج، مهم است که اصول اولیه فشار را درک کنید. این مقاله نحوه عملکرد گیج های فشار و نحوه انتخاب یکی برای یک برنامه کاربردی را پوشش می دهد.

شکل 1: فشار سنج

اصول اندازه گیری فشار

فشار مقدار نیرویی است که عمود بر یک سطح در واحد سطح اعمال می شود. در یک مایع یا گاز راکد، این نیرویی است که به دیواره ظرف در یک نقطه معین وارد می شود.

فشار استاتیک (شکل 2 با برچسب A) در همه جهات یکنواخت است. با این حال، یک سیال متحرک فشار اضافی را در جهت جریان اعمال می کند در حالی که تاثیر ناچیزی بر سطوح موازی با جهت جریان دارد، همانطور که در شکل 2 مشاهده می شود. این فشار اضافی فشار دینامیکی نامیده می شود (شکل 2 با برچسب C). فشار کل یک جریان (که فشار راکد نیز نامیده می شود) مجموع فشار استاتیکی و دینامیکی در آن جریان است (شکل 2 با برچسب D).

یک دستگاه فشار کل جریان را در صورتی که در جهت جریان باشد اندازه گیری می کند. ابزارهای مورد بحث در بخش های زیر برای اندازه گیری فشار استاتیک در یک سیستم طراحی شده اند. فشار اغلب به سه شکل اندازه گیری می شود: فشار مطلق، گیج و فشار تفاضلی.

شکل 2: فشار استاتیک در مقابل فشار کل. فشار استاتیک (A&B)، فشار دینامیکی (C) و فشار کل/رکود (D & E)

گیج فشار چیست؟

گیج فشار دستگاهی است که فشار (شدت) سیال را اندازه گیری می کند. معمولاً شامل یک صفحه یا صفحه نمایش دیجیتالی است که فشار را نشان می دهد، همراه با یک سنسور که فشار را اندازه گیری می کند و آن را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند که می تواند توسط نمایشگر خوانده شود. نظارت بر مقدار فشار یک سیستم هیدرولیک، فشار ساختمان را در داخل سیستم بررسی می کند. یک سیستم هیدرولیک برای کار در یک محدوده فشار تنظیم شده طراحی شده است، بنابراین اطمینان از اینکه گیج فشار برای محدوده عملیاتی درجه بندی شده است بسیار مهم است. گیج‌های فشار معمولاً از یک عنصر حساس به فشار (مانند یک لوله بوردون یا دیافراگم) تشکیل شده‌اند که به مکانیزم اندازه‌گیری و نمایشگر مانند صفحه‌گرد یا بازخوانی دیجیتال متصل است. عنصر حساس به فشار تحت فشار گاز یا مایع تغییر شکل می دهد.

شکل 3: نماد گیج فشار

گیج های فشار آنالوگ چگونه کار می کنند؟

تکنیک‌های زیادی برای اندازه‌گیری فشار در یک سیستم ایجاد شده‌اند و در میان این تکنیک‌ها، گیج‌های آنروید که به نام گیج‌های مکانیکی نیز شناخته می‌شوند، رایج‌ترین فناوری هستند.

گیج های آنروئیدی فشار را با استفاده از یک عنصر فلزی پاسخگو به فشار اندازه گیری می کنند. این عنصر اشکال مختلفی دارد، اما اصل عملکرد اصلی آن یکسان است: خم شدن به صورت الاستیک تحت اعمال اختلاف فشار. سپس تغییر شکل این عنصر را می توان اندازه گیری کرد و به چرخش یک اشاره گر روی نمایشگر مقیاس آنالوگ تبدیل کرد. سه نوع اصلی فشار سنج آنروید عبارتند از لوله بوردون، دیافراگم و عنصر کپسول. گیج های دیجیتال در مقایسه با گیج های آنالوگ از دقت بالاتری برخوردار هستند.

گیج فشار لوله بوردون

لوله بوردون یک لوله بسته با دیواره نازک مسطح است که به شکل C یا مارپیچ شکل گرفته است، همانطور که در شکل 4 مشاهده می شود. با اعمال فشار سیال به داخل لوله، سطح مقطع بیضی شکل دایره ای تر می شود و لوله را صاف می کند با ناپدید شدن فشار مایع، لوله شکل خود را به دست می‌آورد. تغییر شکل این لوله باعث ایجاد الگوی حرکتی در انتهای آزاد لوله می شود که با پیوندها و چرخ دنده ها به چرخش اشاره گر تبدیل می شود.

یک لوله بوردون فشار گیج (نسبت به فشار اتمسفر) را اندازه گیری می کند. لوله بوردون به دلیل حساسیت، خطی بودن و دقت عالی، متداول ترین نوع گیج فشار است. گیج های لوله بوردون در طرح ها و تخصص های مختلف برای ارائه کاربردهای مختلف ارائه می شوند. محدوده فشار گیج های لوله بوردون از 0 – 0.6 بار (0 – 8.7 psi) تا 0 – 1600 bar (0 – 23206 psi) با کلاس دقت (که در ادامه در این مقاله مورد بحث قرار خواهد گرفت) معمولاً بین 0.1 و 4.0 متغیر است. آنها معمولا از فولاد ضد زنگ، برنج یا مونل (آلیاژ نیکل) ساخته می شوند. گیج فشار لوله بوردون رایج ترین است و در بسیاری از کاربردها برای اندازه گیری فشار متوسط ​​تا بالا استفاده می شود. صنایع شیمیایی، HVAC، خودروسازی و هوافضا از گیج‌های لوله بوردون برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌کنند.

شکل 4: لوله بوردون (سمت چپ)، شماتیک کار لوله بوردون که فشار اعمال شده (A) و نیروی ایجاد شده (B) (وسط)، و صفحه (راست) را نشان می دهد.

گیج فشار نوع دیافراگمی

یک گیج فشار دیافراگم از انحراف یک غشای انعطاف پذیر استفاده می کند. که دو محیط را از هم جدا می کند، همانطور که در شکل 5 مشاهده می شود. یک طرف دیافراگم می تواند در معرض اتمسفر قرار گیرد (فشار گیج در این مورد اندازه گیری می شود)، یا می توان آن را در برابر آن آب بندی کرد. خلاء (در این صورت فشار مطلق قابل اندازه گیری است). دیافراگم اغلب فلزی یا سرامیکی است که می تواند بین دو فلنج گیره یا جوش داده شود. با افزایش فشار، دیافراگم را خم می کند که می تواند از طریق چرخ دنده ها و اتصالات آن را به اندازه گیری صفحه تبدیل کند. گیج فشار دیافراگمی فشارهای بین 0 – 2.5 mbar (0 – 0.036 psi) و 0 – 25 bar (362.5 psi) را با کلاس دقت معمولاً بین 0.6 و 2.5 اندازه گیری می کند.

کاربرد این گیج های دیافراگمی

گیج های فشار دیافراگمی به طور موفقیت آمیزی توسط صنایع متعدد برای کاربردهای اندازه گیری فشار مطلق و دیفرانسیل استفاده شده است. آنها در برنامه هایی استفاده می شوند که در آن خلوص سطح بالا مورد نظر است. همچنین برای صنایعی که با سیالات خورنده سروکار دارند مناسب است. صنایعی مانند مواد غذایی و آشامیدنی، دارویی، پتروشیمی و معدن از فشارسنج های دیافراگمی استفاده می کنند.

این گیج به طور گسترده در صنایع شیمیایی / پتروشیمی، نیروگاه ها، معدن، در داخل و خارج از ساحل و صنایع فناوری زیست محیطی استفاده می شود.

شکل 5: سمت چپ: اصل عملکرد گیج فشار دیافراگم: پیوند (A)، دیافراگم (B)، نشانگر (C) و ورودی فشار (D) سمت راست: گیج فشار دیافراگمی

گیج فشار المنت کپسولی

این نوع گیج هوا و گازهای خشک را در فشارهای پایین اندازه گیری می کنند. گیج از دو غشای دایره ای تشکیل شده است که در امتداد لبه بیرونی خود به هم وصل شده اند، همانطور که در شکل 6 مشاهده می شود. یکی از دیافراگم ها دارای یک دهانه در وسط است که به رسانه ها اجازه ورود می دهد. انبساط یا انقباض محفظه به دلیل اختلاف فشار بین محیط بیرونی و داخلی امکان اندازه گیری فشار را فراهم می کند. فشار سنج دم به طور مشابه کار می کند.

گیج های فشار عنصر کپسولی تقریباً به طور انحصاری برای اندازه گیری فشار دقیق در محیط های گازی استفاده می شوند. آنها بیشتر در میان سیستم های پنوماتیک فشار پایین، شیرهای تنفس، نظارت بر فشار بیش از حد، نظارت بر فیلتر و پمپ های خلاء رایج هستند. محدوده اندازه گیری اکثر این گیج ها معمولاً از 0.1 – 0.6mbar (0.001 – 0.009 psi) با کلاس دقت معمولاً بین 0.1 و 2.5 است. گیج های فشار عنصر کپسولی برای اندازه گیری فشارهای مثبت/منفی پایین در محیط های گازی استفاده می شود. در حالی که گیج های فشار عنصر کپسول معمولاً به تعمیر و نگهداری بسیار کمی نیاز دارند. ممکن است مشکلاتی در این راه وجود داشته باشد. 

شکل 6: گیج فشار عنصر کپسول (چپ) با محفظه فشار (A)، عنصر کپسول (B)، ساقه با رابط فشار (C)، ورودی فشار (D)، صفحه (E)، پنجره (F)، حرکت (G) و اشاره گر (H) و فشارسنج عنصر کپسول (راست)