فشارسنج یا مانومتر

فشارسنج صنعتی یا مانومتر چیست؟

مانومتر صنعتی یا فشارسنج صنعتی تجهیزی است که برای سنجش و اندازه گیری فشار به کار می رود. مانومترها در صنعت کاربرد ویژه ای دارند. عموما مانومترهای صنعتی بر روی مکانی که فشار باید خوانده شود نصب می شوند و فشار توسط اپراتور خوانده می شود.

مانومترها به طور گسترده در صنایعی مانند صنعت نفت، گاز، پتروشیمی، پالایشگاه، فولاد، نیروگاه ها و غیره کاربرد دارند و در اکثر فرآیندهای صنعتی فشار باید به صورت مداوم کنترل شود در غیر این صورت موجب آسیب های جبران ناپذیری همچون خراب شدن بخش و یا کل سیستم، آسیب به اپراتور، خراب شدن محصولات تولیدی، آتش سوزی و انفجار و غیره می شود.

ابتدا به معرفی فشار، انواع آن و واحد های اندازه گیری فشار می پردازیم، سپس به معرفی انواع مانومتر صنعتی و کاربردها و نحوه انتخاب مانومتر خواهیم پرداخت.

فشارسنج صنعتی

فشارسنج صنعتی یا مانومتر صنعتی تجهیزی است که فشار سیالات را اندازه گیری، نمایش و نگهداری می کند. فشارسنج های صنعتی بر اساس نوع کاربرد، محل نصب، چگونگی استفاده از آنها و سیال مورد اندازه گیری در انواع مختلفی موجود می باشند. در صورت استفاده از فشارسنج های صنعتی به صورت نصب ثابت و در فیلد از گیج های فشار یا پرشر گیج استفاده می شود. و برای اندازه گیری فشار به صورت دستی از مانومتر پرتابل یا فشارسنج تفاضلی دیجیتال استفاده می شود. که در بخش گیج فشار و مانومتر پرتابل در مورد هر یک از فشارسنج های صنعتی و روش های اندازه گیری در آنها به تفضیل توضیح داده شده است.

انواع فشارسنج صنعتی

• فشارسنج صنعتی (گیج فشار) عقربه ای یا آنالوگ
• فشارسنج صنعتی دیجیتال یا الکتریکی

انواع گیج فشار آنالوگ یا عقربه ای

• گیج فشار لوله بردون

• گیج فشار دیفرانسیل

• گیج اختلاف فشار

• گیچ فشار لوله بردون
• گیج فشار دیفرانسیل
• گیج اختلاف فشار

انواع فشارسنج صنعتی دیجیتال یا الکتریکی

گیج فشار دیجیتال

فشارسنج تفاضلی دیجیتال یا مانومتر پرتابل

به منظور انتخاب بهترین دستگاه اندازه گیری فشار باید اطلاعات کاملی در مورد عملکرد دستگاه های اندازه گیری فشار و مزیت و معایب سنسورهای مختلف و اطلاعات پایه تکنولوژی تجهیزات دانست.

انواع فشارسنج تفاضلی دیجیتال یا مانومتر پرتابل

• گیج فشار دیجیتال
• فشارسنج تفاضلی دیجیتال یا مانومتر پرتابل

روش انتخاب مانومتر یا فشارسنج صنعتی

• رنج فشارکاری
• قطر صفحه نمایش
• دقت اندازه گیری
• دمای عملیاتی
• نوع صفحه نمایش
• محدوده فشار خلا
• نوع اتصال
• کاربرد
• مقیاس اندازه گیری

رنج کاری بر اساس محدوده فشار طراحی شده مانومتر انتخاب می شود و رنج کاری به صورت بالاترین فشاری که مانومتر به صورت ایمن می تواند کار کند تعریف می شود و به طور کلی بهتر است محدوده اندازه گیری مانومتر دو برابر فشار کاری انتخاب شود.

کاربرد مانومتر یا گیج فشار صنعتی

مانومتر با کاربرد در اندازه گیری فشار شناخته شده است اما دارای کاربرد های دیگری به جز اندازه گیری فشار نیز می باشد. از جمله کاربرد های مانومتر یا فشارسنج می توان به موارد زیر اشاره کرد

• اندازه گیری فشار
• اندازه گیری ارتفاع از سطح دریا
• اندازه گیری عمق
• اندازه گیری جریان
• اندازه گیری نشتی

انواع روش اندازه گیری فشار

• فشارسنج صنعتی لوله بردون یا گیج فشار لوله بردون
• فشارسنج صنعتی بیلوز یا گیج فشار بیلوز
• اندازه گیری فشار با استرین گیج
• اندازه گیری فشار با سنسور خازنی
• فشارسنج صنعتی مغناطیسی (LVDT)
• اندازه گیری فشار با سنسورهای پیزوالکتریک

فشارسنج صنعتی لوله بردون یا گیج فشار لوله بردون

فشارسنج لوله بردون در سال 1852 میلادی اختراع شد و فشارسنج های صنعتی لوله بردون به فشارسنج عقربه ای شناخته شده اند و به گیج های فشار یا گیج فشار آنالوگ معروف می باشند. گیج های فشار لوله بردون پرکاربرد ترین گیج های فشار در صنایع می باشند و دارای دقت بالا و حساسیت خوبی می باشند و معمولا برای اندازه گیری فشار در رنج های بالا کاربرد دارند و مهم ترین مزیت استفاده از گیج های لوله بردون محسوب می شود. گیج فشار لوله بردون محدوده اندازه کیری بیشتری نسبت به گیج فشار دیافراگمی یا گیج فشار کپسولی دارند.

گیج فشار لوله بردون از یک لوله خمیده به نام بردون تشکیل شده است، زمانیکه این لوله در معرض فشار داخلی یا خارجی قرار می گیرد، تغییر شکل می دهد. وقتی که فشار بصورت داخلی اعمال می شود، لوله از حالت خمیدگی به کشیدگی تغییر شکل پیدا می کند و وقتی فشار برداشته می شود به حالت اول بر می گردد. نوک لوله با تغییر فشار داخلی حرکت می کند و به راحتی می توان آن را بوسیله یک نشانگر یا عقربه به نمایشگر تبدیل کرد.

گیج های فشار بردون، کاربرد های زیادی دارند و از رنج 0 تا 0.6 بار الی 0 تا 1600 بار و در کلاس های دقت 1 الی 4 ساخته می شوند.

انواع گیج فشارلوله بردون

• گیج فشار لوله بردون C (C-Tube)
• گیج فشار لوله بردون حلقوی (Helical Tube)
• گیج فشار لوله بردون حلزونی (Spiral Tube)

گیج فشار لوله بردون C یا (C-Tube)

لوله C شکل معمولا در بیشتر گیج های فشار صنعتی کاربرد دارند. در گیج فشار لوله بردون C با وارد سشدن فشار به یک سر لوله C شکل، سر دیگه لوله به سمت بیرون حرکت میکند که این حرکت به یک فنر منتقل می شود. به نوک متحرک لوله C شکل یک میله رابط و سر دیگر لوله بردون C شکل چرخ دنده متصل می باشد؛ به گونه ای که این چرخ دنده با چرخ دنده های کوچکی که به عقربه متصل است درگیر می باشد.

نحوه عملکرد گیج فشار لوله بوردون C شکل در زیر نشان داده شده است.

در نتیحه با اعمال فشار به لوله بوردون، ابتدا میله سپس چرخ دنده قطاعی و سپس چرخ دنده کوچک و عقربه روی صفحه به حرکت در می آید.

گیج فشار لوله بردون حلقوی (Helical Tube)

گیج فشار لوله بردون حلقوی دارای استحکاک کمتر و حساسیت بالاتری نسبت به گیج فشار لوله بردون C شکل می باشد و شامل یک نوار تو خالی طویل می باشد که با اعمال فشار تغییر شکل می دهد.

گیج فشار لوله بردون حلقوی برای اندازه گیری فشار های بالای 600 بار مورد استفاده قرار می گیرند.

گیج فشار لوله بردون حلزونی (Spiral Tube)

گیج فشار لوله بردون حلزونی از لوله بردونی که به دور خود به شکل فنری، حلزونی چرخیده است تشکیل شده است. گیج فشار لوله بردون حلزونی دارای استحکاک کمتر و حساسیت بالاتری نسبت به گیج فشار لوله بردون C شکل می باشد. و برای اندازه گیری فشار در رنچ های بالا مورد استفاده قرار می گیرد.

گیج های فشار بردون، کاربرد های زیادی دارند و از رنج 0 تا 0.6 بار الی 0 تا 1600 بار و در کلاس های دقت 1 الی 4 ساخته می شوند.

مزایای گیج فشار بردون

• پاسخ سریع (معمولا 0.1 ثانیه برای تمام رنج ها)
• حساسیت بالا
• محدوده یا رنج کاری وسیع
• قیمت مناسب
• اندازه گیری مستقیم فشار

فشارسنج صنعتی بیلوز یا گیج فشار بیلوز

گیج فشار بیلوز سیلندر های فلزی با دیواره نازک می باشند که دارای پیچش های عمیق می باشند که یک انتهای آن محکم بسته شده است و انتهای دیگر آن باز می باشد.قسمت بسته می تواند آزادانه حرکت کند اما سر باز سیلندر امکان حرکت آزادانه ندارد و ثابت است. گیج فشار بیلوز معمولا برای اندازه گیری رنج های میلی بار فشار کاربرد دارند.

اندازه گیری فشار با استرین گیج

استرین گیج ها نوار های بسیار نازکی هستند که در مقابل کشیدگی یا فشار مقاومتشان تغییر می کند. وقتی سنسور استرین گیج در حالت فشردگی قرار می گیرد. طول استرین گیج کاهش می یابد در نتیجه قطر سیم های استرین گیج افزایش می یابد و بالعکس. در استرین گیج تغییرات تنش با تغییرات اهم می باشد.

استرین گیج ها از مرسوم ترین و پرکاربرد ترین سنسور های اندازه گیری فشار می باشند و برای اندازه گیری فشار های بالا در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند.

اندازه گیری فشار با سنسور خازنی

فشارسنج صنعتی با سنسور خازنی از یك سنسور فشار و یك ترنسدیوسر خازنی تشكیل شده است و سنسور فشار می تواند یك دیافراگم باشد، دیافراگم تغییرات فشار سیالات را دریافت می کند و آن را به صورت جابجایی به یكی از صفحات خازن ترنسدیوسر منتقل می نماید و در نتیجه ظرفیت خازن تغییر می یابد. با اندازه گیری تغییرات ظرفیت الكتریكی خازن، تغییرات فشار محاسبه می گردد.

ظرفیت الكتریكی خازن با مساحت و ضریب دی الكتریك ماده دی الكتریك رابطه مستقیم دارد و با فاصله صفحات رابطه عكس دارد.

فشارسنج صنعتی با سنسور خازنی کاربرد گسترده ای دارند و در شرایط خلا می توانند تا فشار 10000 Psi را اندازه گیری کنند.

فشارسنج صنعتی با سنسور خازنی بسیار دقیق و حساس می باشند و به تغییرات دمایی بسیار وابسته هستند و سیستمی برای تصحیح خطای تغییرات دمایی در كنار این ترنسدیوسر ها وجود دارد.

فشارسنج صنعتی مغناطیسی (LVDT)

فشارسنج های مغناطیس یا linear Variable Differential Transformer یکی از روش های اندازه گیری فشار می باشد. در این روش دو سیم پیچ در نظر گرفته می شود. یک سیم پیچ به یک منبع پتانسیل متصل می باشد و در صورت تغییر جریان عبوری از سیم پیچ و یا جابجایی سیم پیچ، با تغییر میدان الکترومغناطیسی، شار عبوری از سیم پیچ دوم تغیییر می کند و سبب ایجاد جریان القایی در سیم پیچ دوم می شود. این تغییر میدان را می‌توان با تغییر مكان یك هسته آهنی كه بین این دو سیم پیچ قرار دارد، نیز بوجود آورد. یعنی با جابجایی هسته، میدان الكترومغناطیسی تغییر كرده و در نتیجه شار عبوری از سیم پیچ دوم نیز تغییر می‌یابد.

در صورت اتصال هسته به یک سنسوور فشار مانند دیافراگم، جابجایی ایجاد شده توسط سنسور، باعث حرکت هسته داخل سیم پیچ ها می شود. با اندازه گیری میزان جریان القایی در سیم پیچ ثانویه، میزان جابجایی هسته و در نتیجه تغییرات فشار محاسبه می‌شود. میزان تغییر در جریان القایی با میزان جابجایی هسته به صورت خطی متناسب نیست. برای رفع این مشكل از دو سیم پیچ ثانویه استفاده می شود.

روش LDVT دارای حساسیت بالا و دقت بالایی می باشد، اما با محدودیت هایی همچون فرسایش مکانیکی، حساسیت به ارتعاشات و تداخل مغناطیسی روبه رو هستیم.

اندازه گیری فشار با سنسور های پیزوالکتریک

در سال 1892 پیزوالکتریسیته توسط پیروژاک کوری کشف شد. با اعمال فشار به برخی کریستال ها مانند کوارتز یا برخی سرامیک ها، الکتریسیته تولید می شود. فشار یا تنش مکانیکی وارد شده به برخی کریستال ها باعث جابه جایی دو قطبی های ایجاد شده و پدید آمدن میدان الکتریکی می شود. آرایش یون های مثبت و منفی، تعیین کننده ایجاد یا عدم ایجاد اثر پیزوالکتریسیته است. به این گونه که اگر یک ماده پیزوالکتریک تحت تاثیر فشار قرار گیرد در سطح آن بار الکتریکی تولید می شود یا وقتی در میدان الکتریکی قرار می گیرد دچار تغییر شکل مکانیکی می شود. میزان بار الکتریکی یا تغییر شکل مکانیکی به ترکیب ماده بستگی دارد.

سنسورهای پیزو الکتریک در صنعت خودروسازی، پزشکی کاربرد بسیار گسترده ای دارند.

ویژگی سنسور های پیزوالکتریک

• سختی
• ابعاد کوچک
• سرعت بالا
• عدم نیاز به منبع تغذیه
• قابلیت اندازه گیری سرعت و تغییرات شتاب