گیج فشار چیست؟
فشار استاتیک و دینامیک در گیج فشار
فشار استاتیک در تمام جهات یکنواخت است، بنابراین فشار اندازه گیری مستقل از جهت حرکت سیال راکد، فشار استاتیک نامیده می شود. با این حال، جریان اگر عمود به سطح باشد، فشاری اضافی اعمال می کند، در حالتی که در صورت موازی بودن با سطح، تاثیر کمتری خواهد داشت. این مولفه فشار در سیال های متحرک (دینامیک) فشار دینامیکی نامیده می شود. ابزار هنگام مواجه با جریان هر دو فشار استاتیکی و دینامیکی را اندازه گیری می کند و این میزان فشار کل یا فشار ایستایی نامیده می شود. در حالتی که فشار سنج های استاتیک جهت تعیین بار های خالص بر دیواره های لوله اهمیت اساسی دارند، برای اندازه گیری جریان و سرعت هوا، از فشار دینامیکی استفاده می شود.
موارد کاربردی
- ارتفاع سنج (Altimeter)
- فشارسنج (Barometer)
- سنسور MPA
- لوله پیتوت
- فشار سنج خون
واحدهای مرسوم در گیج فشار
در سیستم SI واحد فشار پاسکال (Pa) برابر با یک نیوتون بر متر مربع (N·m−2 یا kg·m−1·s−2) می باشد. در آمریکا و کانادا واحد فشار به صورت پوند بر اینچ مربع و یا Psi می باشد و جهت اندازه گیری فشار برای مثال فشار تایر به کار برده می شود. دیگر واحد ها را می توانید در جدول زیر بیابید.
اسامی واحد ها | پاسکال | بار | اتمسفر فنی | اتمسفر فنی | Torr | پوند بر اینچ مربع |
---|---|---|---|---|---|---|
(Pa) | (bar) | (at) | (atm) | (Torr) | (lbf/in2) | |
1Pa | ≡ 1N/m2 | 10−5 | 1.0197×10−5 | 9.8692×10−6 | 7.5006×10−3 | 0.000 145 037 737 730 |
1bar | 105 | ≡ 100 kPa ≡ 106 dyn/cm2 | 1.0197 | 0.98692 | 750.06 | 14.503 773 773 022 |
1at | 98066.5 | 0.980665 | ≡ 1kgf/cm2 | 0.967 841 105 354 1 | 735.559 240 1 | 14.223 343 307 120 3 |
1atm | 101325 | 1.01325 | 1.0332 | 1 | 760 | 14.695 948 775 514 2 |
1Torr | 133.322 368 421 | 0.001 333 224 | 0.001 359 51 | 1760 ≈ 0.001 315 789 | 1 Torr ≈ 1 mmHg | 0.019 336 775 |
1 lbf/in2 | 6894.757 293 168 | 0.068 947 573 | 0.070 306 958 | 0.068 045 964 | 51.714 932 572 | ≡ 1lbf/in2 |
انواع گیج فشار
ابزار های بسیاری برای اندازه گیری فشار با مزایا و معایب مختلف اختراع شده اند. محدوده فشار، حساسیت، پاسخ دینامیکی و هزینه هر کدام از گیج ها متفاوت می باشد. قدیمی ترین نوع گیج ستون مایع می باشد (یک لوله عمودی پر از جیوه) مانومتر ساخته شده توسط Evangelista Torricelli در سال 1643 از این نوع گیج می باشد.
گیج هیدروستاتیک
گیج های هیدرواستاتیک (مانند مانومتر لوله جیوه) فشار را به نیروی هیدرواستاتیک در واحد سطح بر پایه یک ستون مایع مقایسه می کند. اندازه های گیج هیدرواستاتیک مستقل از نوع گاز مورد اندازه گیری بوده و می توان آن را برای کالیبراسیون خطی طراحی کرد. این گیج ها پاسخ دینامیکی ضعیفی دارند.
گیج پیستونی
گیج های پیستونی برابر با فشار سیال به همراه فنر هستند. دقت این گیج ها نسبتاً پایین بوده و برای کار های حساس توصیه نمی شوند.
ستون سیال(مانومتر)
کلمه ی “گیج” یا “خلا” ممکن است به کلمه اندازه گیری اضافه شود تا فشار بالا و پایین اتمسفر تشخیص داده شود. هر دو میلی متر جیوه و اینچ آب هد های فشاری رایج هستند. که می توانند با استفاده از تبدیل واحد فشار و فرمول های بالا به واحد های فشار SI تبدیل شوند. اگر مایع اندازه گیری شده به طور قابل توجهی متراکم و چگال باشد، ممکن است اصطلاح هیدرواستاتیک برای ارتفاع بین سطح متحرک مانومتر که در آن کار می کند و محل مورد نظر نصب گیج فشار به کار برده شود به جز هنگام اندازه گیری فشار دیفرانسیلی سیال (برای مثال یک ورقه اوریفیس با ونتوری)، در این صورت باید تخلیه چگالی مابع اندازه گیری شود. اگرچه هر گونه سیال می تواند مورد استفاده قرار گیرد اما جیوه با تراکم بالا (13.534 gr/cm) و فشار بخار کم ترجیح داده می شود.
برای اختلافات فشاری کم، روغن های سبک و یا آب معمولی استفاده می شود. (حالت دوم باعث افزایش واحد های اندازه گیری مانند گیج آب و میلی متر H2O می شود.) فشار سنج های ستون مایع دارای کالیبراسیون خطی بالایی می باشند. هنگام اندازه گیری خلا، سیال کاری می تواند تبخیر شود و اگر فشار بخار آن زیاد باشد می تواند خلا را آلوده کند. هنگام اندازه گیری فشار سیال، یک حلقه پر شده با گاز یا یک سیال سبک می تواند سیالات را برای جلوگیری از اختلاط آن ها جدا کند، که این کار غیر ضروری می باشد. مثلا زمانی که جیوه به عنوان سیال مانومتر جهت اندازه گیری فشار دیفرانسیلی مانند آب به کار می رود. گیج های هیدرواستاتیک ساده می تواند محدوده فشار هایی از یک torr (حدود 100 پاسکال) تا حدود چند اتمسفر (تقریبا 1000000 پاسکال) را اندازه می گیرد.
مانومتر سیال تک لبه یک مخزن بزرگتر به جای تیوب U شکل یک طرفه و ستون باریک مقیاس کناری دارد. ستون ممکن است خم شود تا حرکت مایع را تقویت می کند. بر اساس استفاده و ساختار، انواع مختلفی از فشار سنج استفاده می شود.
- مانومتر آسان
- میکرو مانومتر
- مانومتر دیفرانیسلی
- مانومتر دیفرانسیل معکوس
گیج فشار MCleod
گیج های فشار Aneroid
گیج های Aneroid بر اساس یک المان حساس به فشار متالیک که تحت تاثیر اختلافات فشاری بر آن به صورت الاستیکی فشرده می شود، می باشد. Aneroid به معنی “بدون سیال” می باشد و این گیج متمایز از گیج های هیدرواستاتیک است. اگرچه، گیج های Aneroid می تواند برای اندازه گیری فشار سیال همانند گاز استفاده شود.
به دلایل ذکر شده، آن ها اغلب به عنوان گیج های مکانیکی شناخته می شود. گیج های Aneroid به نوع گاز مورد اندازه گیری بستگی ندارد. این گیج ها بر خلاف گیج های حرارتی و یونیزه شده می باشد که نسبت به گیج های فشار هیدوراستاتیک احتمال کمتر آلوده شدن دارند.
عنصر حساس به فشار می تواند تیوب بوردون، دیافراگم، کپسول و یا مجموعه ای از بلوز باش که در محدوده مورد نظر قرار می گیرد. انحراف عنصر حساس به فشار ممکن است به دو روش 1- پیوند متصل به شوزن یا 2- یک مبدل ثانویه خوانده می شود. رایج ترین مبدل ثانویه در گیج های مدرن خلا تعبیر ظرفیت خازنی با توجه به انحراف مکانیکی است. گیج هایی که بر اساس تغییرات ظرفیت خازن می باشند، اغلب به عنوان فشار سنج های خازنی نامیده می شوند.
گیج بوردون
در عمل یک لوله نازک دیواری مسطح در انتهای بسته به یک لوله حاوی فشار سیال برای اندازه گیری متصل می شود. همانطور که فشار افزایش می بابد. انتهای بسته در قوس حرکت می کند و این حرکت باعث چرخش (قطعه ای از) دنده که در تماس با یک لینک اتصال که معمولا قابل تنظیم است، می گردد. فشار دیفرانسیل با ایتفاده از گیج های حاوی دو لوله بوردون و مراه با اتصالات می تواند اندازه گیری شود. بوردون تیوب ها فشار را اندزاه گیری می کنند، نسبت به فشار اتمسفر محیطی ، در مقایسه با فشار مطلق خلا به عنوان یک حرکت معکوس شناخته می شود. یعضی از بارومتر های آنروئیدی از لوله های بوردون دو طرف بسته استفاده می کنند (اما بیشتر آن ها از دیافراگم ها و یا کپسول ها استفاده می کنند).
در تصاویر زیر محافظ شفاف با فشار ترکیبی مواجه می شود همچنین فشار خلا و مکانیزم حذف شده است. این گیج مخصوص ترکیبی از گیج فشار و خلا می باشد که برای تشخیص در خودرو استفاده می شود.
- سمت چپ صفحه، که جهت اندازه گیری خلا منیفولد استفاده می شود، به سانتی متر جیوه بر روی مقیاس داخلی و اینچ جیوه بر مقیاس بیرونی کالیبره شده است.
- سمت راست صفحه، برای اندازه گیری فشار سیال پمپ و یا افزایش توربو به کار برده می شود. کالیبره این مورد به صورت 1 kgf/cm2 بر مقیاس داخلی و پوند بر اینچ مربع بر مقیاس بیرونی است.
اطلاعات مکانیکی و اجزای گیج فشار:
قطعات ثابت:
A – بلوک گیرنده: این قطعه به لوله ورودی انتهای ثابت لوله بوردون (1) متصل است و صفحه شاسی (B) را نگه می دارد و دو سوراخ پیچ ها را می گیرد و محفظه را ایمن نگه می دارد.
B: صفحه شاسی : کارت صفحه به این قسمت متصل است. این قطعه شامل سوراخ هایی تحمل کننده برای محور هاست.
C صفحه شاسی ثانویه : این قطعه انتهای بیرونی محور ها را پشتیبانی می کند.
D: پست هایی برای اتصال دو بشقاب شاسی
قطعات متحرک:
- انتهای ثابت لوله بوردون. این قطعه با لوله ورودی از طریق بلوک گیرنده ارتباط برقرار می کند.
- انتهای متحرک لوله بوردون. این پایانه مهر و موم شده است.
- محور و پین محوری
- لینک اتصال پین محوری به اهرم همراه با پین ها که اجازه چرخش به مفصل ها را می دهد.
- اهرم. این قطعه گسترش دهنده چرخ دنده است.
- پین محور چرخ دنده
- چرخ دنده
- محور سوزنی نشانگر. این قطعه دنده تیزی دارد که چرخ دنده را می گیرد و از طریق صفحه تا سوزن نشانگر گسترش می یابد. با توجه به فاصله کوتاه بین بازوی اهرمی و پین محوری و اختلاف بین شعاع موثر دنده تیز و چرخ دنده، هر حرکتی در لوله بوردون به شدت تقویت می شود و حرکت کوچک لوله باعث حرکت بزرگ سوزن شاخص می گردد.
- فنر مویی به طور پیش فرض برای از بین بردن ضربه و هیسترسیس دنده قرار داده می شود.
گیج دیافراگمی
نوع دوم از گیج های آنیروئید از انحنای یک غشای انعطاف پذیر استفاده می کند که مناطق مختلف فشار را جدا می کند. مقدار انحراف در فشار های شناخته شده تکرار می شود. در نتیجه فشار با استفاده از کالیبراسیون می تواند اندازه گیری شود. دفرمه شدن دیافراگم نازک با اختلاف فشار در بخش دوم باز شده و یا می تواند در مقابل و یا در فشار رفرنس ثایت دیگری برای اندازه گیری فشار مطلق ایجاد شود. این دفرمه شدن با استفاده از تکنیک های مکانیکی نوری و یا خازنی می تواند اندازه گیری شود. در این نوع گیج ها از دیافراگم های سرامیکی و متالیک استفاده می شود.
محدوده کارآمد: بالاتر از 2-10 Torr (تقریبا 1 پاسکال)
جهت اندازه گیری مطلق، کپسول های فشاری جوشی همراه دیافراگم ها در طرف دیگر اغلب استفاده می شود.
تقسیم بندی از نظر شکل:
- تخت
- راه راه
- لوله مسطح
- کپسول
بلوز Bellows
کوپلینگ مغناطیسی
این گیج ها با استفاده از جذب دو آهنربا اختلاف فشار را به نشانگر متحرک dial معرفی می کند. زمانی که فشار دیفرانسیلی افزایش می یابد. یک آهنربا به یک پیستون یا دیافراگم پلاستیکی متحرک متصل می شوند. آهنربای چرخشی که به نشانگر متصل است، سپس به صورت یکنواخت حرکت می کند. برای ایجاد دامنه های مختلف فشار، اندازه فنر می تواند افزایش یا کاهش یابد.
گیج روتور چرخشی
گیج روتور چرخشی با اندازه گیری مقدار چرخش توپ که آهسته شده است با استفاده از ویسکووزیته گاز اندازه گیری شده کاهش می یابد. توپ از استیل ساخته شده است و در داخل تیوب استیل که یک طرف آن بسته است، به صورت مغناطیسی شناور قرار گرفته است و در معرض گاز قرار می گیرد که در طرف دیگر اندازه گیری شود. توپ به وسیله سرعت (حدود 2500 رادیوم بر ثانیه) بالا آورده می شود، و سرعت آن بعد از خاموش کردن درایو با استفاده از مبدل الکترومغناطیس اندازه گیری می شود. محدوده فشار ابزار از 5-10 تا 102 پاسکال (103 پاسکال با دقت کم) می باشد. این حالت به اندازه کافی ثابت و دقیق است که به عنوان استاندارد ثانویه استفاده شود. این ابزار نیاز به برخی مهارت و دانش ها دارد که به درستی استفاده شود. اصلاحات مختلفی باید اعمال گردد و توپ باید قبل از استفاده به مدت 5 ساعت در فشار کمتر از فشار اندازه گیری شده مد نظر چرخیده شود. این حالت بیشتر در آزمایشگاه های کالیبراسیون و تحقیقات که در آن دقت بالا مورد نیاز است و تکنسین های واجد شرایط در دسترس هستند، مفید است.
سنسورهای فشار الکترونیک
- گیج فشار پیزوسیستیو (piezoresistive): این سنسور ها از اثر پیزورسیستیو گیج های فشار تضمینی جهت شناسایی فشار اعمال شده، استفاده می کند.
- ظرفیت پذیری: از حفره های فشاری و دیافراگمی برای ایجاد یک خازن متغیر برای شناسایی فشار از طریق فشار اعمال شده استفاده می کند.
- مغناطیسی: جابه جایی دیافراگم با استفاده از تغییرات ظرفیت القایی مغناطیسی (مقاومت)، LVDT، اثر هال و یا با اصل جریان گردابی اندازه گیری می شود.
- پیزو الکتریک : از اثر پیزوالکتریک در برخی مواد مانند کوارتز و برای اندازه گیری فشار بر روی مکانیزم حساس به فشار استفاده می شود.
- نوری : از تغییر فیزیکی فیبر نوری برای تشخیص فشار با استفاده از فشار اعمال شده استفاده می شود.
- پتانسیو متریک : از حرکت پاک کننده در طول یک مکانیزم حسای برای اندازه گیری استرس (فشار) یا تغییرات در چگالی گاز ناشی از فشار کاربردی استفاده می کند.
انواع گیج فشار در برند و سایز های مختبف در بزرگترین فروشگاه اینترنتی صنعتی با پایین ترین قیمت عرضه می گردد. جهت کسب اطلاعات بیشتر و مشاوره فنی رایگان با ما تماس بگیرید و از مشاوره فنی رایگان همکاران ما بهره مند گردید. هم چنین می توانید سفارشات خود را به صورت اینترنتی ثبت نمایید.