مقالات

سه شنبه 14 شهریور 1402 | ساعت 19:02 |

آشنایی با گیج فشار و انواع آن

معرفی و آشنایی با گیج فشار و انواع آن

با توجه به اهمیت بالای اندازه‌گیری فشار در سیستم‌های صنعتی و پالایشگاهی، به‌کارگیری ابزارهایی مانند گیج فشار و ترانسمیتر فشار می‌تواند نقش مهمی در کنترل سیستم داشته باشد.

فشارسنج ها از پرکاربرد ترین تجهیزات مورد استفاده در صنایع گوناگون برای نمایش مقادیر فشار می باشند. فشارسنج ها، گیج فشار و مانومتر نیز نامیده می شوند و انواع عقربه ای و دیجیتال دارند.

مانومتر ها مطابق تکنولوژی های متفاوتی ساخته می شوند که انتخاب هر کدام از آنها با توجه به نوع تکنولوژی و کارایی مورد توجه قرار می گیرند. مانومترها با متریال های متفاوت استنلس استیل و استیل برنج آلومینیوم و … ساخته می شوند.

گیج فشار چیست و چگونه عمل می‌کند؟

گیج فشار یا پرشر گیج یک دستگاه خاص برای اندازه‌گیری فشار است که امکان استفاده از آن در سیستم‌های لوله ‌کشی یا در یک مخزن وجود دارد و تغییرات فشار در شرایط مختلف را دنبال می‌کند. در حقیقت این ابزار به ‌مانند یک فشارسنج عمل می‌کند که تغییرات فشار در محیط را به‌صورت حرکت عقربه در صفحه‌ نمایش یا داده‌های دیجیتال در یک نمایشگر به اپراتور نشان می‌دهد.

ساده‌ترین و قدیمی‌ترین شیوه‌های اندازه‌گیری فشار، استفاده از لوله بوردون بوده که در حال حاضر به‌عنوان اصلی‌ترین مبنای طراحی فشارسنج‌ها به کار گرفته می‌شود. در این دستگاه از یک لوله منعطف استفاده‌ شده که عبور یک سیال از آن باعث تغییر وضعیت لوله و درنتیجه حرکت عقربه دستگاه می‌شود. عقربه در انتهای لوله قرار دارد و زمانی که سیال با فشار بالا وارد لوله منعطف می‌شود، لوله خمیده تمایل دارد که به‌صورت راست تغییر وضعیت دهد که این تغییر وضعیت منجر به حرکت عقربه و نشان دادن فشار می‌شود.

البته امروزه سیستم‌های متفاوتی برای اندازه‌گیری فشار تعریف‌ شده که در گیج فشار هم از آن‌ها استفاده می‌شود؛ بنابراین طبیعی است که با مدل‌های مختلفی از این دستگاه‌ها مواجه باشیم که هرکدام از آن‌ها شیوه خاص خود را دارد؛ اما درنهایت این حقیقت وجود دارد که نتیجه همه آن‌ها یکسان بوده و نتایج گزارش‌ شده برای فشار و تغییرات بسیار جزئی و اندکی دارد.

گیج فشار که از مکانیزم مکانیکی بوردون تیوب یا دیافراگمی و در بعضی موارد بیلوز المنت استفاده می کند با تغییر حالتی که المنت اندازه گیر در اثر فشار پیدا می کند و انتقال این تغییر حالت به یک عقربه که بر حسب فشار بر روی یک صفحه کالیبره شده است به سادگی مقادیر فشار در گستره ای وسیع حتی تا 1000 بار اندازه گیری می کنند. سنسور فشار عموماً فشار گاز یا مایع را اندازه می گیرد.

یکای فشار:

فشار با یکاهای مختلفی بیان میشود. یکای استاندارد ما در دستگاه SI پاسکال می باشد. یک پاسکال برابر مقدار یک نیوتن نیروست که بر یک متر مربع سطح جسمی وارد میگردد. بهترین یکایی که میتواند مرجعی برای سایر یکاها به کار برده شود اتمسفر یا جو (Atmospher ) است که به صورت فشار متوسط هوا در سطح دریا تعریف میشود. همچنین برحسب واحد های bar،mbar،mmHg،psi،mmH2O نیز بیان می شوند.

چون پاسکال یکای کوچکی برای فشار است معمولا از کیلو پاسکال (kpa) که برابر 1000 پاسکال است، استفاده میکنند. هر جو تقریبا برابر 100 kpa است. هواشناسان ازواحد میلی بار استفاده میکنند که برابر یک دهم پاسکال است. از سایر واحدهای فشار میتوان دین بر سانتیمتر مربع (dyn/cm2) یا torr را نام برد.

در انتخاب فشارسنج آنالوگ مناسب به موارد زیر بایستی توجه کرد:

رنج مورد نظر فشار سنج

قطر صفحه نمایش فشار سنج

نوع و سایز رزوه فشار سنج

دقت فشار سنج

جنس فشار سنج که معمولا استیل یا برنجی است

افقی یا عمودی بودن(اتصال ازیر یا از پشت) در نصب فشار سنج

انواع گیج فشار از لحاظ عملکرد

گفتیم که شیوه‌های اندازه‌گیری فشار در فشارسنج‌ها با یکدیگر متفاوت است؛ اما به‌طورکلی همه آن‌ها بر مبنای اصول اولیه به کار گرفته‌ شده در لوله بوردن طراحی‌ شده‌اند و نتیجه اندازه‌گیری فشار آن‌ها هم یکسان است. با این‌ وجود سازوکار به کار گرفته‌ شده در آن‌ها می‌تواند در استفاده از پرشر گیج در محیط‌های مختلف تأثیرگذار باشد و به همین دلیل با مدل‌های مختلفی از آن‌ها مواجه هستیم:

گیج فشار عقربه‌ای

گیج فشار دیجیتال

گیج فشار تست

گیج فشار روغنی

گیج فشار تفاضلی

گیج فشار منفی

گیج فشار خلاء

گیج فشار دیافراگمی

گیج فشار اکسیژن

انواع فشارسنج ها با توجه به نوع فشار

برای دسته بندی فشارسنج ها روش های مختلفی وجود دارد. در این مقاله به بررسی انواع فشارسنج ها با توجه به نوع فشار می پردازیم.

سنسورهای فشار را می توان براساس:

رنج اندازه گیری

دمای کاری

نوع فشار اندازه گیری

طبقه بندی کرد.

با توجه به نوع فشاری که فشارسنج اندازه می گیرد، می توان فشارسنج ها را به ۵ دسته طبقه بندی کرد.

سنسور فشار مطلق

این مدل سنسور فشار را نسبت به خلاء کامل (۰ psi) اندازه گیری می کند. فشار اتمسفر برابر با ۱۰۱٫۳۲۵ KPa (یا ۱۴٫۷psi) در سطح دریا نسبت به خلأ است.

سنسور فشار گیج Gauge

این مدل سنسور در بیشتر موارد برای اندازه گیری فشار به کار می رود. این مدل را می توان برای اندازگیری فشار یک نقطه نسبت به فشار اتمسفر یک در نقطه دیگر کالیبره کرد. گیج فشار تایر مثالی از گیج فشار است.

هنگامی که گیج فشار تایر مقدار ۰ psi را می‌خواند فشار داخل تایر ۱۴٫۷ psi است. یعنی برابر با فشار اتمسفر.

سنسور فشار خلأ

این مدل سنسور برای اندازه گیری فشارهای کمتر از فشار اتمسفر در یک سیستم به کار می رود.

مرجع سنسور خلاء در صنعت متغیر است. ممکن است فشار نسبت به فشار اتمسفر ( مانند اندازه گیری فشار گیج منفی) یا نسبت به فشار خلا اندازه گیری شود.

سنسور فشار تفاضلی

این مدل سنسور فشار برای اندازه گیری اختلاف فشار بین دو منبع جداگانه یا دو قسمت متفاوت از یک سیستم به کار می رود.

به عنوان مثال برای اندازه گیری افت فشار در فیلتر روغن از سنسور فشار تفاضلی می توان استفاده کرد.

همچنین از فشارسنج تفاضلی می توان برای اندازه گیری دبی یا سطح در مخازن نیز استفاده کرد.

سنسور فشار مهرشده ( sealed )

این سنسور همانند سنسور گیج فشار است با این تفاوت که از قبل توسط سازنده برای اندازه گیری فشار نسبت به فشار سطح دریا کالیبره شده است.

روش های اندازه گیری مکانیکی فشار

لوله بردون –C C-BOURDON TUBE)

لوله های بردون فلزی و حلزونی (HELIX & SPRIAL BOURDON TUBE)

بیلوز (BELLOWS)

دیافراگم و کپسول (CAPSULE & DIAPHRAGM)

مانومتر (MANOMETER)

لوله بردون (C (C-BOURDON TUBE

مزایا:

پاسخ سریع ( 0.1 ثانیه برای تمام محدوده)

حساسیت خوب

محدوده کاری وسیع

ارزان بودن

اندازه گیری مستقیم فشار

معایب:

فقط برای نمایش محلی و بصورت گیج

غیر خطی بودن به میزان 0.5 درصد تمام محدوده

عمرمحدود به ازای شوک یا لرزش مداوم

هیسترزیس در حدود 0.2 تا 0.5 در فرایندهایی با فشار متناوب

لوله بردون فنری و حلزونی (HELICAL & SPIRAL BOURDON TUBE)

مزایا:

دقت و حساسیت بیشتر

استقامت بالا در برابر فشارهای بالاتر از محدوده کاری

معایب:

گران قیمت بودن

بیلوز (BELLOWS)

یک المان انبساط پذیر آکاردئونی از تعدادی چین که به ان قابلیت انبساط میدهد تشکیل شده است . خاصیت الاستیکی آن دقت اندازه گیری نیروی حاصل از فشار را کم میکند و از این رو به ان فنر اضافه می کنند

دیافراگم و کپسول (DIAPHRAGM & CAPSULE)

دیافراگم یک دیسک انعطاف پذیر است که میتواند مسطح یا بصورت موجهای متحدالمرکز باشد. کپسول شامل دو دیافراگم است که از روی محیط به یکدیگر جوش داده است و دارای دو نوع میباشد

1) محدب (CONVEX)

2) تودرتو (NESTED)

با اعمال فشار به ورودی تجهیز ، سطح دیافراگم دچار برامدگی شده و حرکت رو به بالایی خواهد داشت ، حال این حرکت دیافراگم میتواند سبب چرخش یک عقربه شود.

مانومتر (MANOMETER)

وسیله است برای اندازه گیری فشار از ستون مایعی که معمولا آب یا جیوه می باشد

ارتفاع این ستون مقدار فشار را نشان میدهد. در صورتیکه در مانومتر از جیوه استفاده شده باشد، آن را مانومتر یا فشار سنج جیوه ای و اگر از آب استفاده شده باشد آن را فشار سنج آبی می نامند

ساده ترین شکل مامومتر یک لوله U شکل پر شده از مایع است. اختلاف ارتفاع ، فشار فرایند بر حسب میلیمتر آب یا میلیمتر جیوه است. مانومترها بیشتر در آزمایشگاهها برای نمایش محلی استفاده میشود

7 مرحله در انتخاب یک گیج فشار (بخشی از بسته INSTART)

1- متریال بدنه housing material

برای بدنه گیج فشار عموما از دایکست آلومینیوم Die Cast Aluminum استفاده می‌شود.

البته پیش ‌تر از این در مورد spec های کارفرما باهم صحبت کرده بودیم.

spec (اِس پِک)، همان خواسته های کار فرما بود

اگر در spec اشاره شده باشد که از مواد بهتری استفاده شود، حتما مطابق با spec، بدنه گیج فشار را خواهیم ساخت.

اگر برفرض مثال در spec گفته شود که از فولاد ضد زنگ ( استنلس استیل ) استفاده شود،

حتما از متریال SS 316 یا SS 304 ( استنلس استیل 304 یا 316 ) که ماده ‌ی بهتری است، استفاده می‌ کنیم.

2- نمایشگر گیج فشار

2-1 Dial

صفحه یک گیج یا Dial آن حتما به رنگ سفید بوده و معمولا از جنس استنلس استیل ساخته می ‌شود.

هر صفحه Dial در موارد مختلف، متفاوت است. اما اگر به استاندارد IPS IN-110 مراجعه کنید،

قطر آن 63، 100 یا 150 میلی متر خواهد بود.

از مدل های با قطر 63 میلی متر که از گیج های کوچک به حساب می آیند، بر روی خطوط هوا استفاده می شود.

گیج های با قطر 100 میلی متر در هر جایی به کار برده می شوند.

از این مدل گیج ها بر روی انواع لوله ها استفاده می شود.

از گیج های با قطر 150 میلی متر بر روی برج ها و مخازن استفاده می شود.

این بدان علت است که اپراتوری که با این گیج کار می کند، بتواند مقدار اندازه گیری شده را در ارتفاع 2 یا 3 متری مشاهده کند.

بنابراین از یک گیج با صفحه نمایش بزرگ با قطر 150 میلی متر استفاده می شود

2-2 درجه بندی gradation یک گیج فشار

بر روی dial، درجه بندی ‌ها یا دیجیت‌ هایی ثبت شده است که اصطلاحا به آنها Gradation می ‌گویند.

این درجه ‌بندی ها طبق استاندارد هایی که داریم، ممکن است به سه رنگ مشکی، قرمز، یا فسفری باشد.

مشکی: متداول‌ ترین رنگی که در سایت استفاده شده و می‌توان گقت که عموما و برای اهداف کلی از این رنگ استفاده می‌شود.

قرمز: در مناطق پرخطر و جاهایی که قصد داریم به اپراتور هشدار دهیم که نسبت به این پارامتر هوشیار باشد، از رنگ قرمز استفاه می‌کنیم.

همچنین در مواقعی که گیج ما، نماینگر فشار برحسب bar و psi (هر دو) می‌باشد، از رنگ قرمز برای نمایش psi استفاده می‌شود.

برای مواردی نیز که فشار منفی داشته یا به عبارت بهتر با یک نمونه‌ی خلاء (vacuum case) سر و کار داریم، از رنگ قرمز استفاده می‌ شود.

فسفری: در مواردی که نیاز به خواندن فشار در شب می باشد یا به عبارت بهتر، برای دید در شب از رنگ فسفری استفاده می ‌شود.

در طول روز انرژی را به خود جذب کرده و در شب انرژی خود را به صورت نور آزاد کرده و اعداد نمایان گر می شوند.

3- استاندارد نفوذ گیج IP

استاندارد نفوز را با IP بیان کرده و احتمالا شما نیز با این استاندارد آشنایی دارید.

اما در مورد یک گیج بایستی به این نکته حتما توجه شود که گیج‌های داخل سایت و کارخانه بایستی دارای IP65 باشند.

تمامی ادوات ابزار دقیق از جمله گیج ها، ترانسمیتر و سوییچ های فشار بایستی حداقل دارای IP65 باشند.

اگر بخواهیم به صورت مختصر به بررسی IP بپردازیم، این نکته ضروری است که رقم اول مربوط به گرد و غبار و عدد دوم مربوط به مایعات و آب است و یک گیج با IP65 (آی پی 65) کاملاً در برابر نفوذ مایعات و گرد و غبار محافظ بوده و امکان نفوذ کمترین آب یا گرد و غبار در این گیج وجود ندارد

4- کانکشن connection

کانکشن یا اتصال، به قسمت پایینی گیج گفته شده که مجرای ورود و خروج است.

سایز کانکشن در واقع سایزی است که گیج را با آن به خط متصل می‌کنیم.

عموما سایز 2/1 اینچ برای این اتصال در نظر گرفته می ‌شود.

طبق استاندارد های پیچ یا screw، این اتصال را با NPT نمایش می‌دهند.

همچنین این اتصال نره‌گی بوده و آن را با (M (Male نمایش می‌ دهیم.

در بازار کانکشن‌هایی با سایزهای دیگر مثل 4/1 یا از نوع ماده‌گی وجود دارد،

که بایستی به spec مراجعه کرده و اگر کارفرما این اجازه را به شما داده باشد،

می‌توانید از آنها نیز استفاده کنید.

اما عموما از اتصالات2/1 اینچ و از نوع نره‌گی استفاده می‌شود.

5- صفحه شیشه ‌ای روی گیج

روی گیج‌ها از یک صفحه شیشه ‌ای استفاده شده که بایستی حتما از نوع safety glass یا Shattered proof باشد.

در این صورت، شیشه گیج هنگام ضربه خوردن و شکسته شدن به اطراف پرتاب نشده و در خود شکسته می‌شود.

دقیقا مشابه با شیشه های نشکن در ساختمان ها و سالن های ورزشی.

این کار منجر به افزایش ایمنی و جلوگیری از آسیب رسیدن به اطراف می ‌شود.

6- تحمل پذیری

بر طبق یکی دیگر از استانداردهای گیج ‌ها، یک گیج فشار بایسیتی در مقابل فشارهای تا 1.3 برابر Full Span خود، تحمل پذیر باشد.

در واقع یک گیج بایستی دارای Over Range Port = 1.3 of F.S باشد.

در واقع برای گیج فوق، اگر فشار بالاتر از 1.3×250 میلی بار که برابر با 325 میلی بار می‌باشد، بشود؛ گیج می ترکد

این یعنی سیال به اطراف پرتاب شده و ممکن است هر اتفاق ناگواری بیافتد.

البته نگران نباشید، تجهیزات محافظتی ‌ای وجود دارد که مانع از این کار شده و در ادامه در مورد آنها توضیح خواهیم داد.

Blow-out Protection

1- Back

پشت گیج فشار یک پوششی وجود دارد که اگر فشار بیشتر از 325 میلی بار شود، عمل کرده و به بیرون پرتاب می شود.

سپس سیال از پشت گیج به بیرون ریخته می شود. این کار آنقدر ادامه پیدا می کند،

تا فشار کاهش یافته و به رنج اندازه گیری صحیح برسد.

در این حالت، چون این تکه لاستیک در پشت گیج قرار دارد، به آن back گفته می شود.

این لاستیک عموما از جنس Rubber grommet است.

تذکر: در صورت رخ دادن این اتفاق، حتما گیج را از روی خط باز کرده به اتاق کالیبره برده و

آن را کالیبره کرده و یک تکه از همان نوع لاستیک را در محل قرار دهید.

2- Disk

در این مدل، یک دیسک در پشت گیج قرار داشته، که در صورت افزایش فشار تا مقادیر بالاتر از مقدار مشخص شده، دیسک از پشت گیج جابه جا شده و سیال خارج شده و سپس به جای خود بر می گردد.

حتما توجه داشته باشید که اگر این اتفاق افتاد، حتما گیج را از روی خط باز کرده و به اتاق کالیبره ببرید و المنت را کالیبره کنید.

در غیر این صورت، گیج به مرور زمان دچار خستگی شده و پس از چند مدت، مقادیر ناصحیح را نمایش می دهد.

7- Wetted part

این قسمت از گیج که با سیال در اتباط است، بایستی از نوع SS 316 باشد.

انواع این گیج فشار را با مارکهای مختلف عبارتند از:

گیج فشار ویکا / گیج فشار WIKA

گیج فشار ایندومارت / گیج فشار INDUMART

گیج فشار تی جی وان / گیج فشار TG1

گیج فشار دراک / گیج فشار DRUCK

گیج فشار پکنز / گیج فشار P