گیج فشار

 گیج فشار

پرشر گیج چیست

    مقاله ی گیج فشار 

        اهداف  مقاله گیج فشار : در مقاله ی گیج فشار ( پرشر گیج ) سعی گردیده دید و آشنای کلی با المان های مکانیکی اندازه گیری گیج فشار ( لوله بردن،لوله بردن فنری و حلزونی ، بیلوز ،دیافراگم و کپسول ، مانومتر ) و المان های الکتریکی گیج  فشار ( کشش سنج ،سیم مرتعش ، پیزوالکتریک ، خازنی ،ترانسفورمتر تفاضلی ، نوری ) و همچنین خلاصه ای از تجهیزات جانبی المانهای گیح فشار یا همان پرشر گیج  به شما همکاران و دانشجویان عزیز ارائه شده است .         

1 -  المانهای اندازه گیری گیج فشار 

* روشهای اندازه گیری فشار عبارتند از :

• گیج فشار با   روشهای مکانیکی
• گیج فشار با روشهای الکتریکی

* روشهای مکانیکی رایج در اندازه گیری فشار عبارتند از :

• لوله بردون 

• لوله های بردون فنری و حلزونی
• بیلوز
• دیافراگم و کپسول

بسیاری از سنسورهای فشار ، فشار را به یکی جا به جایی مکانیکی که متناسب با فشار اعمال شده است تبدیل می کنند .

*روشهای الکتریکی رایج در اندازه گیری فشار عبارتند از :

• کشش سنج-------------------StrainGauge
• سیم مرتعش----------------VibratingWire 
• پیزوالکتریک-----------------Piezoelectric
• خازنی ------------------------Capacitance
• ترانسفورمر تفاضلی متغیر خطی-------LVDT
• نوری-------------------------------Optical

با توجه به طولانی بودن مقاله ، روش های الکتریکی اندازه گیری فشار در فصل دوم توضیح گردیده است .لطفا کلیک نمایید.

1 – 1)   المانهای مکانیکی اندازه گیری فشار ( Mechanical Elementsof Pressure Measurement)

* در این بخش روشهای مکانیکی اندازه گیری فشار توضیح داده می شود .

1-1-1)

گیج فشار لوله بردون 

گیج فشار بردنی ( C-Bourdon Tube )

گیج لوله بردون –C بر اساس این اصل ساده که یک لوله خمیده زمانی که در معرض تغییر فشار داخلی یا خارجی قرار بگیرد تغییر شکل می دهد ، کار می کند . وقتی فشار به صورت داخلی اعمال شود ، لوله از حالت خمیدگی در مسیر از پیش تعیین شده ای به سمت کشیدگی تغییر شکل داده و وقتی که فشار برداشته شود به شکل اولیه بر می گردد . نوک لوله با تغییر فشار داخلی حرکت می کند و به آسانی می توان آن را به وسیله یک اشاره گر ، به محدوده نمایش تبدیل کرد .

گاهی اوقات برای حصول نتیجه درست ، لازم است گیج فشار لوله بردون بصورت عمودی نصب شود . زمانی که این المان اندازه گیری در معرض شوک یا لرزش قرار گیرد احتمال شکستن آن ، مخصوصا در پایه لوله وجود دارد . مهمترین مزیت لوله بردون ، محدوده کاری وسیع آن است ( با توجه به جنس لوله ) . این نوع روش اندازه گیری ، برای اندازه گیری مثبت و منفی قابل استفاده است هرچند که دقت آن در شرایط خلاء کاهش می یابد .

مهمترین شاخص برای انتخاب گیج فشار لوله بردون در اندازه گیری فشار ، مربوط به نوع کاری است که قرار است انجام شود . در کاربردهایی که دارای سیکلهای سریع فشار مانند سیستمهای کنترلی On/Offهستند ، سیستم اندازه گیری نیاز به یک اسنابر داخلی دارد . البته احتمال خراب شدن المان اندازه گیری در چنین کاربرد هایی وجود دارد . یکی از راه های کاهش تنش و سایش المان اندازه گیری استفاده از ابزارهای Liquid Filledاست . تجهیزات و ابزارهای جانبی مورد نیاز برای اندازه گیری فشار در انتهای فصل بررسی خواهند شد .

مزایا گیج فشار لوله بردون

•  پاسخ سریع ( معمولا 1/0 ثانیه برای تمام محدوده )
• حساسیت خوب
• محدوده کاری وسیع
• ارزان بودن
• اندازه گیری مستقیم فشار

معایب گیج فشار لوله بردون

•  فقط برای نمایش محلی و به صورت گیج فشار ( PG) قابل استفاده است .
• غیر خطی بودن در حدود 5/0 درصد تمام محدوده ، که به صورت مکانیکی یا الکتریکی می تواند جبران شود .
• هیستر زیس در حدود 2/0 تا 5/0 درصد در فرایندهایی که فشار به صورت تناوبی اعمال می شود . این هیسترزیس با تدابیر حرارتی قابل کاهش است .
•   حساسیت نسبت به تغییرات دما ، که با به کارگیری جبران ساز های بی متال با استفاده از موادی که به تغییرات دما حساس نیستند می توان آن را کاهش داد ،
• عمر محدود ، موقعی در معرض شوک یا لرزش قرار می گیرد 

محدودیت های کاربردی گیج فشار لوله بردون

سیستم اندازه گیری که با استفاده از لوله بردون کار می کند اگر برای هوا کالیبره شده باشد باید برای هوا استفاده شود و اگر برای مایع کالیبره شده باشد باید برای مایع استفاده شود. در کاربرد هایی که سیال مورد استفاده مایع است ، باید دقت لازم در رابطه با هوای موجود در خطوط مایع لحاظ شود . این روش اندازه گیری فشار ، در کاربرد هایی که شرایط ایجاد شوک ( افزایش ناگهانی فشار ) وجود دارد و همچنین در فرایند های سریع ، دارای محدودیت است .

*نکته:

          در استاندارد IPS، بخش IPS – M – IN – 110،  آیتم 4 ذکر شده است که المان فشار گیج های فشار عموما از نوع لوله بردون باید باشد و جنس آن فولاد ضد زنگ 316 باشد ، در شرایط خورنده از آلیاژهای برنز استفاده شود و برای سرویس های آب دریا فولاد ضد زنگ 316 Lبا مونل استفاده شود .

توجه : جهت خرید و مشاهده ی محصولات گیج فشار تماس حاصل فرمایید. 

2-1-1)  

گیج فشار لوله بردون فنری 

گیج فشار لوله حلزونی

( Helix & Spiral Bourdon Tubes)

میزان جابجایی سر آزاد لوله بردون –C  برای برخی کاربرد ها کافی نیست ، گیج فشار لوله  بردون فنری و حلزونی مدل کامل تری از گیج فشار لوله بردون C  هستند و مشابه نامشان ساخته می شوند . گیج فشار لوله حلزونی ، مجموعه ای از لوله بردون –C   است که به صورت سری به هم وصل شده اند . زمانی که فشار اعمال می شود حلقه های لوله متناسب با میزان فشار ، شروع به باز شدن می کنند . در این حالت سر آزاد لوله جابجایی بزرگ تری خواهد داشت که نیاز به تقویت مکانیکی ندارد . به این ترتیب دقت و حساسیت سیستم اندازه گیری افزایش می یابد .

همچنین در گیج فشار لوله بردون فنری نیز سرآزاد لوله فنری در مقایسه با لوله حلزونی جابجایی بیشتری دارد با محکم کردن یک طرف لوله ، فشار اعمال شده به آن باعث کشیده شدن لوله از طرف دیگر می شود .میزان کشیدگی و باز شدن پیچ ها وابسته به میزان فشار است طرفی از لوله که کشیده می شود بصورت مکانیکی به یک اشاره گر متصل می شود تا میزان فشار را نشان دهد .

         به کارگیری المان های اندازه گیری فشار ، با توجه به محدوده فشار کاری و نوع فرایند تغییر می کند . گیج فشار لوله حلزونی برای فشار های نا kpa28,000 مناسب است و گیج فشار لوله فنری برای محدوده های تا kpa500,000مناسب است . سطح فشار بین گیج فشار لوله های فنری و گیج فشار حلزونی با توجه به سازنده نیز متغییر است . المان های اندازه گیری برای فشارهای پایین فقط دارای 2 تا 3 هستند . در حالی که برای اندازه گیری فشارهای بالاتر ممکن است تا 20حلقه مورد می باشد .

  یک تفاوت و مزیت این روش ها ، میرایی آنها در معرض سیالهای تحت فشار است . مزایا و معایب این روشها شبیه لوله بردون –Cاست با تفاوتهای زیر :

مزایا گیج فشار لوله بوردون فنری و حلزونی 

• دقت و حساسیت بیشتر
• محافظت بیشتر در برابر فشارهای خارج از محدوده کاری ، برای مثال المان فنری که در محدوده صفر تا Mpa6.9کار می کند با فشار 6Mpaسالم باقی می ماند

معایب  گیج فشار لوله بوردون فنری و حلزونی 

• خیلی گران قیمت

محدودیت های کاربردی  گیج فشار لوله بوردون فنری و حلزونی 

زمانی که اندازه حلقه ها بزرگ می شود ، تغییرات فشار باعث ایجاد مشکلاتی می شود.

3-1-1)

گیج فشار بیلوز

( bellows )

گیج فشار بیلوز یک المان انبساط پذیر آکاردئونی است که از تعدادی چین که به آن قابلیت انبساط می دهد تشکیل شده است . شکل ذیل ساختار اندازه گیری فشار به وسیله گیج فشار بیلوز را نشان می دهد . یک طرف بیلوز ثابت می شود و در طرف دیگر در پاسخ به فشار اعمال شده حرکت می کند . یک فنر برای ممانعت کردن در برابر نیروی اعمالی استفاده می شود و یک رابط انتهای بیلوز را به یک اشاره گر برای نمایش اتصال می دهد.

از آنجا که خاصیت الاستیک بیلوز برای اندازه گیری دقیق ناشی از فشار کافی نیست ،برای افزایش دقت اندازه گیری به بیلوز فنر اضافه می شود . حساسیت بیلوز با افزایش قطر آن افزایش می یابد . با اتصال بیلوز به عنصر جابه جایی در سنسور های جابه جایی از قبیل LVDT  ، فشار اندازه گیری شده به شکل الکتریکی معادل تبدیل می شود .

انواع مختلفی از گیج فشار  بیلوز ها برای اندازه گیری فشار مطلق یا فشار گیج قابل استفاده هستند . برای اندازه گیری فشارهای تفاضلی از بیلوزهای دو تایی استفاده می شود .

مزایا گیج فشار بیلوز

• ساخت آسان
• خطی بودن در محدوده کاری
• نگهداری آسان
•  ارزان بودن

معایب گیج فشار بیلوز

• حساس به تغییرات دما
• عملکرد سخت بیلوز ، اصطکاک و انحراف
• هیسترزیس مربوط به خاصیت ارتجاعی بیلوز
• محافظت ضعیف در برابر فشار های خارج از محدوده کاری

4-1-1)

گیج فشار دیافراگمی

بسیاری از سنسورهای فشار بر اساس تغییر شکل یک دیافراگم و در نتیجه تغییر فشار کار می کنند . گیج فشار دیافراگم یک دیسک انعطاف پذیر است ، که می تواند مسطح یا به صورت موجهای متحد المرکز باشد .

از دیافراگم می توان به عنوان وسیله ای برای جداسازی سیالهای فرایند حتی در شرایطی که فشار فرایند بالا است استفاده کرد . علاوه بر این دیافراگم برای اندازه گیری فشار توسط ترانسدیوسر های الکتریکی نیز مفید است .

در رابطه با دیافراگم ها پیشرفتهای خوبی صورت گرفته است . در طراحی های مدرن ، دیافراگم ها همراه با تجهیزات هوشمند به کار گرفته می شوند به همین دلیل مشکلات ناشی از هیسترزیس ، اصطکاک و کالیبراسیون ناچیز است .

 انتخاب جنس دیافراگم گیج فشار دیافراگمی

انتخاب جنس ماده دیافراگم مهم است و به نوع کاربرد آن بستگی زیادی دارد ، مس بریلیوم کیفیت ارتجاعی خوبی دارد ، در حالی که Ni-Span Cضریب دمایی ارتجاعی خیلی پایینی دارد و تغییرات دما اثر کمی بر ویژگی های ارتجاعی آن دارد . فولاد ضد زنگ و Inconelدر شرایط دمایی بالا استفاده می شوند و برای محیط های خورنده نیز مناسب هستند . برای داشتن حداقل هیسترزیس و انحراف ، کوارتز بهترین انتخاب است .

*سنسورهای گیج فشار دیافراگمی بر اساس دو نوع اصلی زیر ساخته و استفاده می شوند :

• تعادل یافته حرکتی ( Motion Balanced).
•          تعادل یافته نیرویی ( Force Balanced).

طراحی های تعادل یافته حرکتی برای کنترل محلی و نمایشگرهای مستقیم استفاده می شوند . البته این طراحی ها بسیار متاثر از هیسترزیس و اصطکاک هستند . طراحی های تعادل یافته نیرویی برای ترانسمیتر ها و انتقال اطلاعات با دقت بالا استفاده می شوند و قابلیت نمایش مستقیم را ندارند .

• جداسازی از سیال فرایند
• مناسب برای فشارهای پایین
• ارزان بودن
• محدوده کاری وسیع
• قابل اطمینان و تایید شده
• قابل استفاده برای اندازه گیری فشارهای گیج ، مطلق و تفاضلی

5-1-1)

گیج فشار مانومتر

( Manometer)

ساده ترین شکل از یک گیج فشار  مانومتر ، یک لوله U شکل پر شده توسط مایع است . فشار مرجع و فشاری که باید اندازه گیری شود به دو طرف باز لوله اعمل می شوند . اگر اختلاف فشاری وجود داشته باشد ، ارتفاع مایع در دو طرف لوله متفاوت خواهد بود . اختلاف ارتفاع ، فشار فرایند بر حسب میلی متر آب یا میلی متر جیوه است که معادل پاسگال آنها از روابط زیر به دست می آید :

Pa = mmH20 × 9.807: برای آب

Pa = mmHg × 133.3 : برای جیوه

سطح ستون مایعات مختلف در یک لوله ، بسته به نوع آن ، شکل مقعر یا محدب به خود می گیرد .

مانومتر ها در شکلهای مختلفی وجود دارند . معمول ترین آنها نوعU شکل ، چشمه ای ( well) ، چشمه ای بالا آمده ( Raised Well) و مایل ( Inclined ) هستند .

 این نوع اندازه گیری فشار اساسا برای تعیین یک نقطه مشخص یا برای کالیبراسیون است و محدود ه کاری آن برای فشارهای پایین می باشد . برای فشارهای بالاتر باید از جیوه استفاده شود . از آنجا که جیوه سمی است باید خطرناک بودن آن در نظر گرفته شود . مانومتر ها بیشتر در آزمایگاه ها یا برای نمایش محلی استفاده می شوند . با توجه به مرجع فشار مورد استفاده می توان از مانومتر ها برای نمایش فشار های مطلق ، گیج و تفاضلی استفاده کرد .

مزایا گیج فشار مانونتر

• عملکرد و ساخت ساده
• ارزان بودن

معایب گیج فشار مانونتر

• محدوده پایین اندازه گیری فشار ( برای آب )
• نیاز به جیوه در فشارهای بالا تر
• خواندن مقدار فشار به صورت محلی

محدودیت های کاربردی گیج فشار مانونتر

برای اندازه گیری فشارهای بزرگتر ، لوله بلندتر مورد نیاز است ، به همین دلیل مانومتر ها دارای محدودیت در محدوده اندازه گیری هشتند . علاوه بر این به کار بردن آنها در سیستم کنترل پیوسته مشکل است .

جهت خرید انواع گیج فشار ( پرشر گیج ) کلیک نمایید

با توجه به طولانی بودن مقاله ، روش های الکتریکی اندازه گیری فشار در فصل دوم توضیح گردیده است .لطفا کلیک نمایید.