فشارسنج های مکانیکی

Mechanical Pressure Meters – Sensors

مانومتر (Manometer-Barometer):

فشارسنج (Barometer) مانومتر (manometer) را برای اندازه گیری فشار هوا یا مایع به کار می‌برند. فشارسنج مانومتر به گونه ای ساخته شده که برای اندازه گیری فشار دارای ستون مایعی است که معمولاً آب یا جیوه می باشد. ارتفاع این ستون مقدار فشار را نشان می دهد. بارومتر فشار سنجی از نوع مانومتر می باشد. مانومتر نشان داده در شکل دارای لوله شیشه ای U شکل است که از هر دو طرف باز می باشد و با مقداری جیوه پر شده است. هنگامی که هر دو ساق لوله ی مانومتر به اتمسفر وصل شود فشار اتمسفریک در هر دو لوله اثر می کند و ارتفاع جیوه در هر دو ستون مانومتر برابر خواهد شد.

ارتفاع ستون جیوه در این نقطه به عنوان مبنا تعیین شده و برای خواندن انحراف ستون جیوه از شرایط صفر، مانومتر در هر دو جهت بر حسب میلی متر کالیبره می شود. هنگامی که یکی از ساق های لوله U شکل فشارسنج که به مخزنی که می خواهیم فشار آن را اندازه بگیریم وصل می شود؛ فشار وارد بر یک ساق لوله با فشار اتمسفریک وارد بر ساق دیگر مانومتر مقابله می نماید؛ و در صورتی که فشار مخزن بیشتر از فشار اتمسفریک باشد موجب پایین رفتن سطح جیوه در ساق متصل به مخزن و اگر هم فشار مخزن کمتر از فشار اتمسفر باشد موجب بالا رفتن سطح جیوه در ساق متصل به مخزن می گردد. فشارهای کمتر از اتمسفر معمولاً خلاء  نامیده می شوند و بر حسب میلی متر جیوه قرائت می گردند. به دلیل اختلاف دانسیته  جیوه  و آب، فشارهایی که تاثیر ناچیزی در ارتفاع ستون جیوه می گذارند تغییرات قابل ملاحظه ای در ارتفاع ستون آب به وجود خواهند آورد لذا مانومترهای آبی برای اندازه گیری فشارهای بسیار کم مفید خواهند بود. فشار اتمسفریک نرمال معادل  760mm hg  و 33/10 متر آب می باشد. مقدار h فشار بر حسب ستون جیوه می باشد. چون تمام سیالات با تغییر دما منبسط و منقبض می شوند در صورت نیاز به دقت زیاد بایستی فشارهای به دست آمده توسط مانومترها برای انحراف درجه حرارت نیز تصحیح نمود.

فشار مخزن بیشتر از اتمسفر است؛

هر فشارسنج (Barometer) از یک قوطی فلزی تخت و درزبندی شده که درون آن از هوا خالی است تشکیل شده است. فشار هوا می‌خواهد قوطی را مچاله کند اما چون فلز خاصیت فنری دارد کاملاً مچاله نمی‌شود. با تغییر فشار هوا جدار فلزی قوطی بالا و پایین می‌رود. مجموعه‌ای از اهرم‌ها حرکت جدار قوطی را به حرکت عقربه‌ای بر روی صفحه مدرج (شبیه صفحه ساعت) تبدیل می‌کند. با بالا رفتن از سطح زمین (مثلاً با هواپیما) و همچنین با تغییر شرایط آب و هوا، فشار هوا کم می‌شود. فشارسنج را برای سنجش ارتفاع پرواز هواپیما از سطح زمین و نیز برای پیش بینی وضع هوا به کار می‌برند. در هواشناسی فشار هوا را بر حسب میلی بار (mb) بیان می‌کنند. میانگین فشار هوا در مجاورت سطح دریا در حدود ۱۰۰۰mb  است.

سنسور فشار عموماً فشار گاز یا مایع را اندازه می گیرد. فشار به اصطلاح نیروی لازم برای جلوگیری از پخش شدن مایع است و معمولاً به صورت نیرو بر سطح تعریف می شود. سنسور فشار معمولاً به صورت مبدل کار می‌کند و سیگنالی تابع اثر فشار تولید می کند. برای این منظور می توان سیگنال الکتریکی در نظر گرفت. سنسورهای فشار روزانه برای کنترل و مانیتورینگ هزاران کاربرد استفاده می شوند.

سنسورهای فشار می توانند به طور غیر مستقیم برای اندازه گیری سایر متغیرها استفاده شوند. *برای مثال: دبی سیال/ گاز، سرعت، سطح مایع و ارتفاع از این متغیرها هستند. به سنسورهای فشار، مبدلهای فشار، ترنسمیتر فشار، فرستنده فشار، نشان دهنده فشار، پیزومتر و مانومتر و … نیز گفته می شود. هم چنین طبقه ای از سنسورهای فشار وجود دارند که برای اندازه گیری حالت پویای تغییرات سریع در فشار طراحی شده اند.

بوردون (Bourdon):

فشار سنج بوردون که به فشارسنج عقربه ای نیز معروف است، در سال1852 اختراع  شد. فشار سنج بوردون دارای محدوده اندازه گیری بیشتری نسبت به فشارسنج های دیافراگمی و کپسولی است و معمولا برای اندازه گیری فشار های بالا استفاده می شود. فشار سنج بوردون یکی از پر کاربردترین ها در صنعت می باشد.

لوله بوردون یک لوله پیچشی از جنس فلز قابل ارتجاع به شکل دسته عصا با زاویه حدود 250 درجه می باشد. در لوله بوردون انتهای لوله مسدود و ابتدای آن به مخزن سیال مورد اندازه گیری متصل است. به هنگام اعمال فشار لوله بوردون به راست شدن تمایل می یابد که این تغییر حالت با تناسب گیری از وضعیت قبلی فشار تحت آزمایش را مشخص می کند. تغییر حالات لوله بوردون از طریق یک مکانیسم  چرخ دنده ای عقربهای روی صفحه درجه بندی شده را حرکت می دهد این درجات  که با حرکت عقربه مشخص می شوند را فشار نسبی سیال می نامند.

انواع فشارسنج بوردون

فشارسنج نوع C (لوله C) (C-Tube):

اساس این فشارسنج مبتنی بر طرح اولیه فشارسنج بوردون است که در بالا توضیح داده شده است. لوله C شکل  معمولا در داخل سایر فشار سنج ها  نیز به کار می رود. به گونه ای که در شکل می بینید با وارد شدن فشار به یک سر، سر دیگر به سمت بیرون تمایل می یابد که این حرکت به یک فنر منتقل می شود. به نوک متحرک لوله C یک میله رابط و انتهای دیگر آن به چرخ دنده متصل است که این چرخ دنده با چرخ دنده کوچک دیگری متصل به عقربه درگیر است. به طور دقیق تر با اعمال فشار لوله بوردون، میله سپس چرخ دنده قطاعی در ادامه چرخ دنده کوچک و عقربه روی صفحه به حرکت در می آیند.

با نگاه دقیق تر فنی ، این ابزار دقیق یک لوله با انتهای بسته است که زاویه ای در حدود 250 درجه دارد و زمانی که به آن فشار وارد می شود، در اثر اختلاف اندازه ی فشار محیط بیرونی ودرونی ، تمایل به بیرون پیدا می کند. تغیر وضعیت لوله متناسب با فشار مورد اندازه گیری است. باز و جمع شدن لوله بین 0.25 تا 0.4 اینج است.

فشارسنج لوله حلقوی (Helical Tube):

این نوع فشارسنج شامل نواری تو خالی دارای یک گام طولی است که با اعمال فشار تغییر شکل می یابد. جهت اندازه گیری فشارهای زیاد تا حد  بالای 600 بار از لوله های بوردون حلقوی استفاده می کنند.

لازم به ذکر است که فشار سنج ها و ثبات هایی که از مکانیزم حلقوی و حلزونی استفاده می کنند دارای اصطکاک کمتر و حساسیت بالاتری هستند.

فشارسنج  لوله حلزونی (Spiral Tube):

این فشارسنج متشکل از لوله ای است که به  دورخود به طور فنری-حلزونی چرخیده است. این فشار سنج با چرخش 360 درجه عقربه خود قابلیت اندازه گیری فشار بالا  را دارد و نیز دارای حساسیت و دقت اندازه گیری بیشتری نسبت به طرح C است.

مزایای بوردون تیوب

• ساده
• قابل حمل
• کاربری آسان
• بدون نیاز به سطح بندی
• قیمت نسبتاً ارزان

معایب بوردون تیوب

• اندازه گیری فشارهای استاتیک یا شبه استاتیک
• دقت محدود در بسیاری از کاربردها

محدوده اندازه گیری فشار سنج های بوردنی

فشارسنج های لوله بوردون می توانند از ۰ تا ۵۰۰۰۰ پوند بر اینچ مربع را اندازه گیری کنند.

فشار وارد شده باعث حرکت سمت آزاد لوله بوردون می شود. این حرکت به چرخ دنده منتقل می شود و چرخ دنده عقربه را حرکت می دهد. نهایتاً مقدار فشار بر روی صفحه نمایش داده می شود.

از مانومترهای لوله بوردون (Bourdon-manometer) برای اندازه گیری طیف وسیعی از رنج های فشار می توان استفاده کرد.

بیلو (Bellow):

این قطعه آشکار ساز فشار است و روی سطح آن چین های متعددی وجود دارد به این صورت که اگر یک طرف بسته شود و از طرف دیگر فشار را اعمال کنیم باعث میشود که چین ها باز شوند و طول، افزایش پیدا کند. سپس میتوان انتهای آن را به یک نشانگر متصل کرد و میزان فشار را آشکار کرد .

از این قطعه در ساخت ترانسمیترها و ترانسدیوسرها استفاده می شود.

کاربرد bellows بصورت اختلاف فشار تفاضلی 

در  این سیستم فشار H که شامل فشار پروسه و فشار محیط است از یک طرف و فشار L که شامل فشار محیط است از طرف دیگر وارد میشود که برآیند فشار محیط در کل برابر صفر است و فقط فشار پروسه آشکار می شود.

سنسور بیلوز از سیلندرهای نازک فلزی تشکیل شده است. سیلندرها به صورت حلفه ای در هم پیچیده شده اند. یک سمت سیلندرها باز و سمت دیگر بسته است.

سمتی که بسته است، امکان حرکت آزادانه دارد، اما سر باز سیلندر ثابت است. فشارسنج با سنسور بیلوز معمولا برای اندازه گیری رنج میلی باری فشار به کار می رود.

انروید (Aneroid):

Aneroid فشار سنج – یک دستگاه پیچیده تر است. اگر چه ایده دستگاه تقریبا به طور همزمان با اختراع فشار سنج جیوه پیشنهاد شد آن را در همان قرن هفدهم، دانشمند آلمانی Gotfrid Leybnits انجام داد، اما اجرای عملی این ایده از بزرگ آلمانی تنها دو صد سال دریافت کرد. در سال 1847، یک مهندس فرانسوی با استعداد لوسین VIDI اولین فشارسنج aneroid در جهان را ایجاد کرد.

اصل عمل آن چیست؟

فشارسنج “aneroid” نامگذاری شد، که بی آب است. این اصطلاح مانند ایجاد به تاکید است که ابزار در حال استفاده از هیچ مایعی نیست ، بر خلاف فشار سنج جیوه، در جایی که عنصر حسگر فلز مایع است.
عنصر اصلی حسگر aneroid جعبه مهر و موم شده ساخته شده از مواد راه راه است ، هنگامی که افزایش یا کاهش فشار هوا باشد کمی گسترش یافته یا فشرده میشود. سیستم داری بازوی منجر به حرکت جهت دار است که به طور خاص فشار اتمسفر در مقیاس میلی متر جیوه نشان می دهد.

پس از اختراع Lyuena VIDI aneroid فشارسنج به سرعت شروع به گسترش در خانه های خصوصی و آپارتمان یافت. حتی یک نوع از مد: حضور این سازه در خانه تاکید موقعیت اجتماعی و فکری از میزبان را نشان میداد. چنین شخصی، در شرایط مدرن، “پیشرفته” در نظر گرفته می شد.

فشارسنج فلزی وسیله‌ای است مکانیکی که از یک محفظه قوطی شکل استوانه‌ای بدون هوا تشکیل شده است؛ با تغییر فشار هوا این محفظه منقبض یا منبسط می‌شود. با یک سیستم نسبتاً پیچیده که مرکب از تعدادی اهرم و قرقره است این تغییرات بزرگ شده و به یک عقربه که بر روی صفحه مدرجی حرکت می‌کند، منتقل می‌شود. یک شاخص متحرک که می‌تواند در یک نقطه ثابت شود بر روی فشارسنج تعبیه شده است تا بتوان تغییرات فشار را نسبت به آخرین قرائت اندازه گیری کرد.

دیافراگم (Diaphragm):

دیافراگم در واقع یک دیسک فلزی قابل انعطاف است که به اشکال موج دار(چین خوردگی) و مسطح می باشد. اندازه گیری فشار با دیافراگم یکی از روش های اندازه گیری فشار در ابزاردقیق می باشد.  فشارسنج دیافراگمی عمدتا برای اندازه گیری اختلاف فشار استفاده می شود. فشارسنج های دیا فراگمی اساسا مبدل های مکانیکی فشار هستند.

در سلول اختلاف فشار (DP cell)، تغيير شكل مكانيكی صفحه  ديافراگم موجب يك جابجايی كوچك وكشيدگی سطح ديافراگم ميشود. از اين دو ویژگی يعني جابجايی و كشيدگی سطح، به طور مستقل می توان جهت اندازه گيری ميزان اختلاف فشار اعمالی استفاده کرد. در واقع ميزان كشيدگی و جابجايي ايجاد شده، رابطه معینی با اختلاف فشار وارد شده دارد. بدین صورت با داشتن یکی از فشارها می توان فشار مجهول را بدست آورد.

به طور کلی اصول کار فشارسنج دیافراگمی به گونه ای است که ابتدا صفحه تخت یا چین خورده دیافراگم  که  با اهرمی به عقربه متصل شده است در اثرفشار وارده به صفحه A  تغییر شکل می دهد. این تغییر شکل منجر به حرکت متناسب اهرم می شود، با فشار اهرم عقربه نشانگر حرکت می کند. حرکت عقربه روی صفحه مدرج فشار اعمالی را به کاربر گزارش می کند. جنس دیافراگم می تواند فلزی یا غیر فلزی باشد. با این شرط که فلز انتخاب شده بایستی الاستیک Elastic باشد. چرم ولاستیک هم در ساخت دیافراگم متداول هستند فشارسنج های غیر فلزی دارای ابعاد بزرگ هستند که عمدتا برای اندازه گیری فشارهای پایین تر استفاده می شوند.

با ما همراه باشید…

فروشگاه اینترنتی ایران الکتریک  

Iran Electric Shop