تجهیزات اندازه گیری فشار

انواع تجهیزات اندازه گیری فشار

متداول ترین تجهیزات اندازه گیری فشار که در صنایع مختلف استفاده می شوند عبارتند از :

• گیج فشار
• گیج اختلاف فشار
• سوییچ فشار
• سوییچ اختلاف فشار
• ترانسمیتر فشار
• ترانسمیتر اختلاف فشار

گیج فشار

گیج فشار برای نمایش محلی فشار در محیط های صنعتی استفاده می شود.

گیج فشار متشکل است از بدنه، شیشه، صفحه مدرج، عقربه یا نشانگر، المنت فشار، قطعات متحرک، قسمت اتصال و غیره.

انواع مختلفی از گیج فشار بنابر نوع المنت فشار و بازه اندازه گیری وجود دارد.

انواع گیج فشار

متداول ترین گیج های فشار عبارتند از:

• بوردن
• دیافراگمی
• کپسولی
• آکاردئونی ( بیلوز)

گیج فشار بوردن برای بازه های فشار متوسط و بالا استفاده میشود، در حالیکه انواع دیگر گیج برای فشارهای پایین استفاده می شوند.

گیج فشار بوردن

گیج فشار بوردن اولین گیج فشار کاربردی در صنایع مختلف است.

اولین حق امتیاز گیج فشار در سال 1848 به نام مهندس فرانسوی، بوردن، ثبت گردید که اسم خود را روی گیج فشار اختراع شده گذاشت.

در سال 1952، ادوارد اشکرافت حق امتیاز بوردن را خریداری کرد.

المنت اندازه گیری گیج فشار بوردن یک تیوب فلزی تخت شده قابل انعطاف است.

انتهای تیوب مسدود شده است و تیوب به صورت دایره، مارپیچ استوانه ای یا مارپیچ حلزونی شکل داده شده است.

سه نوع تیوب بوردن وجود دارد:

• C شکل ( دایره وار)
• مارپیچ استوانه ای ( هلیکال)
• مارپیچ حلزونی ( اسپیرال)

گیج بوردن C شکل

تیوب بوردن C شکل متداول ترین نوع است اما در فشار های بالا از طراحی مارپیچ استوانه ای استفاده می شود.

شعاع تیوب تخت شده از شعاع همان تیوب با مقطع دایره ای کمتر است.

وقتی که سیال وارد تیوب بوردن می شود، فشار آن تمایل دارد که تیوب تخت شده را به حالت قبلی خود یعنی مقطع دایره ای، بازگرداند.

بنابراین فشار واره به تیوب بوردن تخت شده C شکل، باعث افزایش شعاع تیوب C شکل می شود.

این تغییر شعاع باعث جابجایی انتهای تیوب بوردن می شود.

اگر یک نشانگر به انتهای تیوب متصل باشد و روی یک صفحه مدرج قرارداده شود، اندازه گیری جابجایی نشانگر راهنمایی برای اندازه گیری فشار خواهد بود.

اگر فشار به اندازه کافی بزرگ باشد که تیوب بوردن را فراتر از آستانه شکست متریال آن خم کند ممکن است باعث تغییر شکل یا شکست تیوب شود.

بنابراین متریال تیوب بوردن نقش بزرگی در بازه اندازه گیری گیج فشار دارد.

به منظور داشتن طول عمر بیشتر برای گیج فشار، حداکثر بازه اندازه گیری در نقطه ای از جابجای تیوب بوردن در نظر گرفته می شود که استرس ها و تنش های مکانیکی بیشتر از 80 درصد آستانه شکست تیوب نباشد.

بدین معنی که گیج فشار می تواند شوک های فشار که ممکن است از حداکثر بازه اندازه گیری بیشتر، اما از حد شکست تیوب کمتر باشند را برای مدت زمان کوتاه تحمل کند.

این حد تحمل، محافظت بالای بازه اندازه گیری نامیده می شود و معمولا 1.3 برابر بازه اندازه گیری است.

برخی از سازندگان محافظت بالای بازه اندازه گیری تا 1.5 برابر بازه اندازه گیری را بدست آورده اند.

انتخاب بازه اندازه گیری گیج فشار جلوتر با جزییات توضیح داده خواهد شد.

اجزای گیج فشار بوردن C شکل

سوکت بخشی است که تیوب بوردن را به نقطه اتصال فرآیند وصل می کند و سیال یا گاز را به داخل تیوب بردن هدایت می کند.

در انتخاب متریال سوکت چون با سیال در تماس است، باید دقت شود.

جابجایی سر تیوب بوردن خطی نیست و باید به حرکت خطی نشانگر تبدیل گردد.

همچنین جابجایی سر تیوب بوردن کوچک است و نیاز به تقویت مکانیکی دارد.

بنابراین اجزای متحرکی بین سر تیوب بوردن و نشانگر مانند اتصال ( Link )، اهرم ( Sector Gear )، چرخ دنده ( Pinion) و فنر ( Spring ).

هیزترسیس در بوردن C شکل

هیزترسیس تفاوت بین حرکت تیوب بوردن در جهت زیاد شدن فشار با حرکت در جهت کم شدن فشار است که به خصوصیات متریال تیوب بوردن بستگی دارد.

نمی توان هیزترسیس را حذف کرد اما می توان آنرا با عملیات حرارتی یا استفاده از تیوب بوردن بی- متال، کم کرد.

گیج فشار بوردن مارپیچ استوانه ای

بوردن مارپیچ استوانه ای از پیچ و تاب هایی شبیه یک سیم پیچ الکتریکی که مارپیچ استوانه ای را شکل می دهند، تشکیل شده است.

با افزایش پیچشهای تیوب، بازه اندازه گیری فشار افزایش می یابد.

فرم مارپیچ گونه و استوانه ای این نوع از بوردن، نوسانات فشار فرآیندی را خنثی می کند که می تواند یک مزیت محسوب شود.

جابجایی بوردن مارپیچ استوانه ای بسیار بیشتر از بوردن C شکل است، بنابراین نیازی به تقویت کننده مکانیکی ندارد.

گیج های فشار بوردن مارپیچ استوانه ای بسیار حساس تر از نوع C شکل است بنابراین بیشتر برای کاربردهای آزمایشگاهی استفاده می شود تا صنعتی.

هیزترسیس بوردن مارپیچ استوانه ای بسیار کم است و میتوان از آن صرف نظر کرد.

گیج فشار بوردن مارپیچ استوانه ای به دلیل آستانه شکست مکانیکی بهتر، دارای محافظت بالای بازه اندازه گیری بالاتری است.

گیج فشار بوردن مارپیچ حلزونی

در تیوب بردن مارپیچ حلزونی، پیچشها یک حلزون بزرگ را شکل می دهند که سر تیوب در مرکز آن و به نشانگر وصل شده است.

جابجایی تیوب بوردن مارپیچ جلزونی در بازه فشار متوسط از تیوب بوردن C شکل بسیار بیشتر، اما از تیوب بوردن مارپیچ استوانه ای کمتر است.

تعداد مارپیچهای حلزونی به بازه اندازه گیری فشار مرتبط است.

مارپیچهای بیشتر بیانگر بازه اندازه گیری فشار بزرگتر است.

به دلیل جابجای زیاد سر تیوب، نیازی به اتصال و تقویت کننده مکانیکی نیست، بنابراین اصطکاک و عدم دقت اجزای متحرک حذف می گردد که نتیجه آن دقت اندازه گیری بهتر است.

بازه اندازه گیری تیوب بوردن مارپیچ جلزونی از تیوب بوردن C شکل بزرگتر است.

بنابراین در کاربردهای فشار بالا یی استفاده می شوند که با بوردن C شکل نمی توان اندازه گیری کرد.

علیرغم تمام مزیت های تیوبهای بوردن مارپیچ استوانه ای و حلزونی ، همچنان بوردن C شکل، متداول ترین المنت اندازه گیری فشار در کاربرهای مختلف صنعتی است.

تیوب بوردن C شکل اولین انتخاب است، به گونه ای که در دیتاشیت گیج فشار، عبارت ” المنت فشار تیوب بوردن” به معنی تیوب بوردن C شکل است.

گیج فشار دیافراگمی

گیج فشار دیافراگمی توسط برنارد شافر، دانشمند آلمانی، در سال 1850 اختراع شد.

المنت اندازه گیری فشار دیافراگمی یک صفحه فلزی صاف یا موجدار است که می تواند با فشار سیال خم شود.

خم شدن دیافراگمهای صاف خطی نیست، بنابراین با موجدار کردن صفحه دیافراگم، خطی بودن و میزان خم شدگی افزایش می یابد.

خمشدگی یا جابجایی دیافراگم با توان چهارم قطر صفحه دیافراگم رابطه دارد.

بدین معنی که با افزایش قطر صفحه دیافراگم، خمشدگی دیافراگم بیشتر خواهد بود و در نتیجه دقت اندازه گیری بیشتری حاصل می گردد.

ضخامت دیافراگم نیز مهم است.

عمق موجهای صفحه دیافراگم در خطی بودن تاثیر دارد و با افزایش این پارامتر، خطی بودن بهبود می یابد.

انواع دیافراگم

سه نوع المنت فشار دیافراگمی بسته به ساختار آن وجود دارد:

• موجدار سینوسی
• موجدار دندان اره ای
• موجدار ذوزنقه ای با محافظ اضافه فشار

گیج فشار کپسولی

المنت فشار کپسولی در اصل یک نوع المنت فشار دیافراگمی است و از دو دیافراگم که از لبه خارجی به هم جوش داده شده اند، تشکیل شده است.

هر دو دیافراگم کپسول می توانند در اثر فشار سیال حرکت کنند که باعث دو برابر شدن جابجایی می شود.

این مزیت امکان اندازه گیری فشار های کم را فراهم می سازد.

بنابراین گیج فشار کپسولی می تواند برای کاربردهای اندازه گیری گاز با فشار بسیار کم استفاده شود.

به منظور افزایش جابجایی می توان چند کپسول را بصورت سری متصل کرد تا یک المنت چند کپسولی برای بازه های فشار میکرو تشکیل گردد.

گیج های فشار کپسولی برای سرویسهای مایع مناسب نیستند زیرا ممکن است سیال داخل کپسول باقی بماند و چون نمی تواند تخلیه شود، باعث ایجاد خطا در اندازه گیری می شود.

گیج فشار آکاردئونی (بیلوز)

المنت فشار آکاردئونی (بیلوز) از سیندر های فلزی نازک قابل ارتجاع با موجهای خمیده در لبه خارجی، تشکیل شده است که به یکدیگر متصل شده اند و یک استوانه آکاردئونی شکل را بوجود آورده اند.

وقتی سیال وارد استوانه آکاردئونی می شود، طول آن افزایش می یابد که باعث جابجایی بزرگی می شود.

یک فنر از استوانه آکاردئونی در مقابل نیروهای اضافه فشار یا مکش محافظت می کند.

جابجایی المنت فشار آکاردئونی، خطی نیست بنابراین کمتر در کاربردهای صنعتی استفاده می شود.