گیج فشار یا پرشر گیج ــ از صفر تا صد

پرشر گیج یا گیج فشار (Pressure Gauge) تجهیزاتی هستند که فشار داخلی سیال درون یک سیستم را اندازه‌گیری می‌کنند. گیج فشار یکی از پرکاربردترین تجهیزات ابزار دقیق در تمام صنایع به شمار می‌آید. در مطالب قبل وبلاگ پریسماتک به بررسی اصول کار مانومترها و سنسورهای فشار دیافراگمی پرداختیم. در این مقاله قصد داریم به معرفی پرشر گیج یا گیج فشار و انواع آن بپردازیم و طرز کار هر یک را بیان کنیم.

پرشر گیج یا گیج فشار چیست؟

اندازه‌گیری فشار، همراه با اندازه‌گیری دما، در گستره وسیعی از کاربردهای صنایع هم برای کنترل کیفیت محصولات و هم برای ایمنی تاسیسات و افراد الزامی است. در این میان، گیج فشار یا پرشر گیج برای مانیتور و کنترل فشار مورد استفاده قرار می‌گیرد که اغلب در فرایندهای صنعتی مورد نیاز است. بدون گیج فشار سیستم‌های فرایند صنعتی غیرقابل اعتماد و غیرقابل‌ پیش‌بینی می‌شوند. متخصصان صنعت، از گیج فشار برای حل مشکلات ماشین‌های مبتنی بر نیروی سیال استفاده می‌کنند که برای کار در یک بازه فشار مشخص طراحی شده‌اند. در صورتی که گیج فشار به صورت صحیح نصب شده باشد، می‌توان نشتی‌ها و یا تغییرات فشار ناخواسته را در لحظه و فوری مانیتور کرد.

انواع گیج فشار

گاهی اوقات عبارات گیج فشار، سنسور فشار، ترانسدیوسر فشار و ترانسمیتر فشار به جای همدیگر به کار می‌روند. اما در واقع، گیج فشار به یک نمایشگر مستقل اشاره دارد که فشار اندازه‌گیری شده فرایند را به حرکت مکانیکی یک عقربه تبدیل می‌کند. البته گیج فشار یا پرشر گیج هم می‌تواند مکانیکی و هم دیجیتال باشد. گیج‌های فشار از یک المان ارتجاعی به عنوان سنسور بهره می‌برند. با تغییر فشار، این المان انعطاف‌پذیر حرکت می‌کند و این حرکت باعث چرخش عقربه در صفححه نمایشگر می‌شود.

در این سنسور فشار مکانیکی، یک بوردن تیوب (Bourdon tube)، یک دیافراگم (diaphragm) و یا یک المان بیلوز (bellows) فشار فرایند را تشخیص می‌دهند و حرکتی متناظر با آن را ایجاد می‌کنند. در تصویر زیر انیمیشن طرز کار گیج فشار نشان داده شده است.

گیج فشار یا پرشر گیج آنالوگ از یک عقربه برای نشان دادن فشار اندازه‌گیری شده بر روی یک صفحه مدرج استفاده می‌کند. این نوع سنسورها بیش از صد سال است که در صنعت مورد استفاده قرار می‌گیرند و به دلیل قیمت ارزان، استفاده آسان و عدم نیاز به منبع توان برای عملکرد بسیار پرطرفدار هستند. با این حال، چون پرشر گیج آنالوگ مکانیکی است، پس در معرض صدمه قرار دارد و باید به صورت منظم تعمیر و یا تعویض شود که موپجب افزایش هزینه کلی عملیات می‌شود. همچنین دقت نیز یکی از مشکلات گیج فشار آنالوگ است. متغیرهای فرایند مانند ارتعاشات مکانیکی یا شرایط سخت فیلد منجر به کاهش دقت اندازه‌گیری در این نوع گیج‌های فشار می‌شود.

گیج فشار بوردن تیوب

گیج‌ فشار بوردن تیوب بر این اساس کار می‌کند که یک تیوب منحنی در معرض فشار داخلی تیوب، تمایل دارد به سمت بیرون صاف شود. تیوب به یک عقربه متصل است تا نوسانات فشار بر روی یک صفحه مدرج نشان داده شود. این نوع از گیج فشارهای آنالوگ در بسیاری از کاربردها، بخصوص کاربردهایی با فشار متوسط تا بالا، به خوبی کار می‌کنند. گیج فشار بوردن تیوب خود به انواع مختلفی از جمله C-Bourden ،Spiral و Helical تقسیم‌بندی می‌شوند. تفاوت این پرشر گیج‌ها در ساختار تیوب هر کدام است. تصویر زیر نمایی از انواع مختلف گیج فشار بوردن تیوب را نشان می‌دهد.

گیج فشار دیافراگمی یا بیلوز

گیج فشار یا پرشر گیج بیلوز یا دیافراگمی شامل یک المان کشسانی یا فنری (elastic) است که متناسب با تغییرات فشار، منقبض و منبسط می‌شود. بیلوز داخلی به یک عقربه متصل است تا تغییرات فشار روی صفحه نمایش داده شود. این نوع از گیج فشارهای آنالوگ راه حل بسیار مطلوبی است برای اندازه‌گیری فشار در بازه‌های کمتر از آنچه برای گیج فشار بوردن تیوب لازم است. گیج فشار بیلور نیز انواع مختلفی از جمله convex diaphragm capsule، nested diaphragm capsule، corrugated single diaphragm و multiple capsule element دارد. در تصویر زیر انواع مختلف گیج فشار دیافراگمی یا بیلوز نشان داده شده است.

پرشر گیج دیجیتال

گیج فشار دیجیتال که از محبوبیت روزافزونی برخوردار است، قادر است نتایج سریع با قابلیت خواندن راحت و دقت بالا فراهم کند. طول عمر و دوام این سنسورهای فشار بسیار بیشتر از گیج فشار آنالوگ است. همچنین گیج فشار دیجیتال در شرایط سخت با ارتعاشات مکانیکی شدید نیز قادر به اندازه‌گیری است. علاوه بر این، پرشر گیج دیجیتال برای بازه‌های زمانی طولانی‌تری کالیبره باقی می‌مانند و نیاز به تعمیر و نگه‌داری کمتری دارد. دقت این نوع پرشر گیج نیز نسبت به نوع آنالوگ آن بالاتر است.

مزیت دیگر پرشر گیج دیجیتال داده‌هایی است که قادر به فراهم کردن آن‌ها هستند. این پرشر گیج‌های با دقت بالا می‌توانند نتایج را برای تجزیه و تحلیل به کامپیوترها، دیتا لاگرها و سایر تجهیزات ارسال کنند. پرشر گیج‌های دیجیتال انتخابی ایده‌آل برای فشارهای بسیار پایین و تغییرات فشار بسیار کم هستند که تشخیص آن‌ها با پرشر گیج‌های آنالوگ غیرممکن است. همچنین استفاده از گیج فشارهای دیجیتال باعث داشتن کنترل بیشتر می‌شود و واحدهای اندازه‌گیری فشار به راحتی قابل تغییر هستند. همچنین قابلیت بازیابی مقادیر کمینه و بیشینه فشار، تغییر نور پشت زمینه و داشتن آلارم نیز از سایر مزیت‌های گیج فشارهای دیجیتال به شمار می‌آیند.

در پرشر گیج‌های دیجیتال برای تبدیل فشار که یک کمیت فیزیکی است به یک کمیت الکتریکی از استرین گیج و یا پیزوالکتریک استفاده می‌شود که در ادامه به معرفی طرز کار آن‌ها می‌پردازیم.

استرین گیج (Strain Gauge)

فشار اعمال شده باعث تغییر شکل دیافراگم می‌شود که به یک استرین گیج یا کرنش سنج متصل است. استرین گیج زمانی که تحت کشش یا کرنش قرار گیرد، مقدار مقاومت الکتریکی آن تغییر می‌کند. فشار با اندازه‌گیری تغییرات ولتاژ خروجی تعیین می‌شود که متناسب با تغییر مقاومت استرین گیج است.

پیزوالکتریک (Piezoelectric)

کریستال پیزوالکتریک زمانی که تحت فشار قرار بگیرد، بار الکتریکی تولید می‌کند. بنابراین کشش حاصل از فشار بر دیافراگم به بار الکتریکی تبدیل می‌شود که متناسب با مقدار فشار است.

انتخاب پرشر گیج مناسب

برای انتخاب پرشر گیج مناسب برای یک کاربرد خاص، فرد باید انواع مختلف فشار را بشناسد. انواع فشار به صورت زیر هستند.

فشار گیج: فشار گیج فشاری است که نسبت به فشار محیط اندازه‌گیری می‌شود و با psig نشان داده می‌شود. این نوع فشار نسبت به فشار اتمسفر zero-referenced است که به این معنی است که فشار گیج شامل فشار اتمسفر نیز است. به همین دلیل فشار گیج با ارتفاع نسبت به سطح دریا و شرایط آب‌و‌هوایی تغییر می‌کند.

فشار مطلق: فشار مطلق فشار نسبت به خلا است.

فشار تفاضلی: فشار تفاضلی اندازه‌گیری فشار بین دو نقطه فشار است و با psid نشان داده می‌شود. در واقع تمام انواع فشارهای دیگر نیز فشار تفاضلی هستند، اما فشار مرجع در هر کدام با دیگری تفاوت دارد.

فشار Compound: فشار Compound هم فشار مثبت و هم فشار منفی را اندازه‌گیری می‌کند.

حال با توجه به دقت، بازه اندازه‌گیری و نوع فشار مورد نظر می‌توان پرشر گیج را متناسب با کاربرد انتخاب کرد.

اگر این مطلب برای شما مفید بود، شاید به مطالب زیر نیز علاقه‌مند باشید:

ابزار دقیق پنوماتیک — به زبان ساده

کالیبراسیون ترانسمیتر فشار

فلومتر اختلاف فشار یا فشار تفاضلی

انتخاب فلومتر ــ راهنمای جامع

پریسماتک اولین تولیدکننده رفرکتومتر، فلومتر و کنداکتیویتی‌مترهای صنعتی در انواع مختلف است. برای راهنمایی در انتخاب این ابزارها با شماره های شرکت تماس بگیرید.

محصولات پریسماتک:

انواع رفرکتومترهای دیجیتال

انواع فلومترهای الکترومغناطیسی

انواع کنداکتیویتی مترها

منبع