انواع روش‌ های اندازه گیری فشار در صنعت چیست؟

فشار به نیرویی گفته می‌شود که بر سطح وارد شده و واحد اندازه گیری آن نیز نیوتون بر متر مربع است. اثر این نیرو به نحوه وارد شدن فشار نیز بستگی دارد. روش‌های مختلفی برای اندازه گیری فشار در صنعت وجود دارد که ما در این مقاله قصد داریم 9 تا از انواع روش های اندازه گیری فشار در صنعت را بررسی ‌کنیم.

اندازه گیری فشار با مانومتر

یکی از روش‌های اندازه گیری فشار در صنعت، استفاده از مانومتر است. مانومتر، لوله‌ای شبیه به حرف U انگلیسی است که درون آن مایعی قرار دارد و برای اندازه گیری فشار گازها از آن استفاده می‌شود. اینکه چه نوع و چه مقدار مایع درون لوله U شکل مانومتر قرار بگیرد، به مقدار فشاری که قصد اندازه گیری آن را دارید، بستگی دارد. اگر هدف شما اندازه گیری فشارهای پایین باشد، می‌توانید از مایعات سبکی چون آب استفاده کنید اما اگر قصد اندازه گیری فشار بالاتری دارید بهتر است از مایعات سنگینی چون جیوه بهره مند شوید. در سیستم‌های اندازه گیری فشار به طور معمول فشار به اشکال متفاوتی مد نظر گرفته می‌شود، از جمله:

• فشار مطلق(absolute): در این روش فشار گاز مورد نظر نسبت به خلا مطلق اندازه گیری می‌شود.
• فشار نسبی(gage) : در روش فشار نسبی، فشار اتمسفر صفر در نظر گرفته شده و همه فشارها نسبت به فشار محیط اندازه گیری می‌شوند.
• فشار دیفرانسیلی تفاضلی(differential): در این روش فشار از طریق اختلاف فشار بین محیط‌های P1وP2 اندازه گیری می‌شود. به این ترتیب که یک مخزن که حاوی گازی که می‌خواهیم فشار آن را اندازه بگیریم است، از طریق یک لوله رابط به لوله Uشکل مانومتر متصل است. فشار گاز درون مخزن باعث می‌شود مایعی که درون لوله مانومتر قرار دارد از یک سمت پایین رفته و از سمت مخالف بالا برود؛ این روند تا جایی ادامه می‌یابد که فشار گاز درون مخزن با فشار مایع به تعادل برسند. فشار گاز درون مخزن از طریق اندازه گیری اختلاف ارتفاع مایع در دو سمت لوله مانومتر بر حسب سانتی متر یا متر، اندازه گیری می‌شود.

اندازه گیری فشار با بارومتر( جو سنج)

بارومتر یا جو سنج وسیله‌ای است که با استفاده از آن فشار جو را اندازه می‌گیرند. یک قوطی فلزی نازک که هوای داخل به کلی خارج شده است، جو سنج را تشکیل می‌دهد. همچنین در جو سنج اهرمی وجود دارد که هم به قوطی و هم به زنجیری متصل است، به این دلیل هنگامی که فشار هوا زیاد می‌شود، بالا و پایین قوطی کمی به طرف داخل قوطی کشیده می‌شوند و اهرم مذکور با کشیده شدن خود، باعث کشیده شدن زنجیر و در نهایت حرکت عقربه فشار سنج می‌شود. هنگام کم شدن فشار نیز با کمک فنر محکمی قوطی به حالت اولیه خود برمی‌گردد.

اندازه گیری فشار با خاصیت ارتجاعی

یکی دیگر از روش‌های اندازه گیری فشار در صنعت، استفاده از خاصیت ارتجاعی مواد است. مواد گوناگونی وجود دارند که در اثر فشار شکل خود را تغییر می‌دهند، این مواد پایه و اساس فشار سنج‌های ارتجاعی هستند. لوله بوردن، کپسول‌ها، اندازه گیرهای دیافراگمی و دمپرها چهار مثال اصلی برای فشار سنج‌های ارتجاعی هستند که مهم ترین مزایای آنها دوام، سادگی و استحکام آنها است. نکته بسیار مهمی که درباره این نوع فشار سنج‌ها مورد توجه است، جنس آلیاژ موجود در ساختار آنها است. فشار سنج‌های ارتجاعی به شکل کاملا گسترده‌ایی در صنایع کشتی‌ها و هواپیماها، صنایع نفت و گاز و سایر صنایع گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اندازه گیری پتانسیومتری فشار

در روش اندازه گیری پتانسیومتری فشار از وسیله‌ایی به نام بیلوز برای تبدیل فشار پروسه به جا به جایی استفاده می‌شود. بیلوز وسیله ای است شبیه به آکاردئون که در هواکش حمام‌های خانگی، هواکش صنعتی توان بالا و بوق دوچرخه کاربرد دارد. شاید اکنون با خود بگویید آکاردئون دیگر چه وسیله‌ای است؟ در پاسخ باید بگوییم آکاردئون نوعی ساز شستی است که بدنه آن به صورت چین دار ساخته شده و نوازنده آن برای نواختن باید توانایی زیادی داشته باشد. هنگام نواختن قسمت بدنه چین دار این ساز از طریق فشاری که نوازنده به آن وارد می‌کند باز و بسته می‌شود. بیلوز در این روش اندازه گیری با افزایش فشار، دچار تغییر در طول خود می‌شود و این تغییر طول، اهرم تنظیم مقاومت متغیر را جا به جا می‌کند و در نتیجه فشار اندازه گیری می‌شود.

اندازه گیری فشار با استرین گیج

استرین گیج‌ها، معروف ترین اندازه گیرهای الکتریکی فشار هستند و بیشترین کاربرد آنها برای اندازه گیری فشارهای بالا است. هر گاه به یک جسم از طریق کشش یا فشار نیرو وارد شود، آن جسم در جهت نیرو، طول خود را تغییر می‌دهد. حال به نسبت این تغییر طول به طول اولیه آن جسم، تنش گفته می‌شود. فاکتور گیج در استرین گیج‌های صنعتی حدود 2 است؛ حال این جمله چه معنی می‌دهند؟ منظور این جمله این است که اگر طول جسمی که به آن نیرو وارد شده به اندازه 1 درصد تغییر کند، مقاومت آن جسم به اندازه 2 درصد تغییر خواهد کرد. به طور معمول از مدار پل وتسون برای تبدیل کردن این تغییرات مقاومت الکتریکی به سیگنال‌های الکتریکی ( حال ولتاژ یا جریان) استفاده می‌شود.

مقاله “هر آن چه که باید درباره اندازه گیری فلو بدانید” را نیز بخوانید!

اندازه گیرهای ظرفیتی فشار

در اندازه گیرهای خازنی، غالبا فشاری که قصد اندازه گیری آن را داریم، به صورت جا به جایی و تغییر فاصله جوشن‌ها خود را نشان می‌دهد و از آنجایی که تغییر فاصله جوشن‌ها باعث می‌شود ظرفیت خازن تغییر کند، این نوع فشار سنج‌ها فشار سنج‌های ظرفیتی نام گرفته‌اند. به طور معمول در فشار سنج‌های ظرفیتی، پس از تغییر ظرفیت خازن، یک پل AC یا یک مداراسیلاتور این تغییر ظرفیت را به فرکانس یا ولتاژی متناسب با فشار تبدیل می‌کنند. اگر به طور دقیق تر بخواهیم نحوه تغییر ظرفیت خازن را توضیح دهیم باید بگوییم، در این نوع اندازه گیری تغییر فشار باعث جا به جا شدن دیافراگم می‌شود، سپس جا به جا شدن دیافراگم موجب فاصله افتادن بین دو جوشن شده و در نهایت ظرفیت خازن تغییر می‌کند.

اندازه گیری فشار با فشار سنج پیرانی

استفاده از فشار سنج پیرانی یکی دیگر از روش‌های اندازه گیری فشار در صنعت است. امروزه در صنعت مشکل اندازه گیری فشار‌های خیلی بالا به وسیله استرین گیج ها و مدارهای مربوطه حل شده و دیگر از این نظر مشکلی وجود ندارد. اما مشکلی که حالا با آن سر و کار داریم اندازه گیری فشارهای خیلی پایین با فرکانس نسبتا زیاد است. یکی از ترانسدیوسرهای فشار پایین، فشار سنج پیرانی است. این نوع فشار سنج برای اندازه گیری فشارهای بسیار پایین در گازها مورد استفاده قرار می‌گیرد. یک اصل فیزیکی وجود دارد که می‌گوید هر چه جریان گاز و فشار در دور و اطراف یک جسم گرم بیشتر باشد، آن جسم گرم سریع تر خنک می‌شود. در فشار سنج پیرانی از این اصل فیزیکی استفاده می‌شود.

کمپانی سازنده فشار سنج‌های پیرانی به طور معمول و برای جلوگیری کردن از کالیبراسیون های مکرر، یک نمودار تصحیح کالیبراسیون ارائه می‌دهد. حال ممکن است بپرسید کالیبراسیون یعنی چه؟ کالیبراسیون یعنی اندازه گیری و تعیین صحت وسیله اندازه گیری در مطابقت با مرجع تائید شده. محدوده کار فشار سنج‌های پیرانی، به کمتر از 1 میلی متر جیوه محدود می‌شود. همچنین برای ساختن فشار سنج‌هایی که از اثر خنک کنندگی بهره می‌برند، از ترموکوپل‌ها و ترمیستورها استفاده می‌شود.

اندازه گیری فشار با روش نوری

در روش اندازه گیری فشار با روش نوری، از یک فتو دیود و یک دیود نورانی بهره می‌برند. در این فشار سنج وقتی فشار وارد شده به فشار سنج صفر است، پره کدر پایین قرار داشته و نور به طور کامل به فتو دیود برخورد می‌کند. حال اگر به این فشار سنج فشار وارد شود، پره یا صفحه کدر به سمت بالا حرکت کرده و مانع رسیدن نور به فتو دیود می‌شود و اگر فشار وارده از حد معینی بیشتر شود صفحه کدر به طور کامل جلوی برخورد نور با فتو دیود یا دیود مبنا را می‌گیرد و نشان می‌دهد فشار به حداکثر میزان رسیده است.

اندازه گیری فشار با پیزو الکتریک

اثر پیزو الکتریک توانایی برخی مواد برای تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی و بر عکس آن است. موادی که این اثر را از خود بروز می‌دهند، مواد پیزو الکتریک نام گرفته‌اند. این اثر در دهه 1880 توسط برادران کوری کشف شده است. هر گاه عناصر پیزو الکتریک مانند کوارتز تحت فشار باشند، میلی ولت متر، ولتاژی متناسب با فشار وارد شده نشان می‌دهد. از اثر پیزو الکتریک می‌توانیم برای اندازه گیری فشار استفاده کنیم. سنسورهای پیزو الکتریک به دلیل حساسیت و دقت بسیار بالایی که دارند، بسیار پر کاربردند. اگر به کریستال کوارتز فشار وارد کنیم، در صفحات هادی شارژ ایجاد می‌شود و اگر به همین صفحات هادی ولتاژ متغییری وارد شود کریستال کوارتز وادار به نوسان شده و سیگنال مکانیکی تولید می‌کند.

میزان شارژ و نیروی مکانیکی تولید شده با یکدیگر تناسب دارند. تفاوتی که سنسورهای پیزو الکتریک با استرین گیج دارند این است که سیگنالی که سنسورهای پیزو الکتریک تولید می‌کنند بسیار سریعتر از استرین گیج است. سنسورهای پیزو الکتریک برای اندازه گیری فشارهای دینامیک و استرین گیج‌ها برای اندازه گیری فشارهای استاتیک مناسب هستند.

سخن آخر

در این مقاله به انواع روش‌های موجود برای اندازه گیری فشار در صنعت پرداختیم. هر کدام از روش‌ها را به طور کامل توضیح داده و روش کار این نوع فشار سنج‌ها را نیز شرح دادیم. امیدواریم مطالب این مقاله برای شما مفید بوده باشد و هیچ جای ابهامی برای شما وجود نداشته باشد.