گیج فشار چیست؟ چه ویژگی‌هایی دارد؟

همه‌‌ی ما با مفهوم فشار آشنا هستیم و در زندگی روزمره‌ با آن سر و کار داریم. برای مثال زمانی که با کفش معمولی روی برف راه می‌رویم کفش‌هایمان در آن فرو می‌رود. اما اگر چوب اسکی به پا داشته باشیم کمتر در آن فرو می‌رویم. در این مثال وزن ما تغییری نکرده است. پس دلیل این اتفاق چیست؟ فشار در واقع میزان نیرویی است که یک جسم به یک سطح مشخص وارد می‌کند. در این مثال در واقع سطحی که به آن نیرو وارد شده، بزرگتر شده است. کنترل فشار در فرایندهای صنعتی از اهمیت بالایی برخوردار است. بنابراین تجهیزات متنوعی برای اندازه‌گیری فشار ساخته شدند. گیج‌فشار از ساده‌ترین تجهیزات اندازه‌گیری فشار است که مانومتر یا پرشر گیج نیز نامیده می‌شود. در این مطلب که توسط شرکت آرکا کنترل برای شما عزیزان مهیا شده است، به تاریخچه پیدایش گیج فشار، طرز کار آن و نحوه انتخاب گیج فشار می‌پردازیم.

نمونه‌هایی از گیج های فشار

نمونه‌ای از پرشر گیج‌

اهمیت فشار و اندازه‌گیری آن:

فشار یکی از پارامترهای بسیار مهم و تأثیرگذار بر روی فرآیندهای صنعتی است. مقدار فشار بر چگونگی رخ دادن فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی مؤثر است. از این رو برای انجام مطلوب فرآیندها، بالا بردن کیفیت، حفظ مداومت تولید، همچنین تأمین امنیت و افزایش طول عمر تجهیزات، اندازه­‌گیری و کنترل فشار در صنایع مختلف ضروری است. در همین راستا بعد از انقلاب صنعتی گیج‌های فشار بسیاری با ویژگی‌­ها و مکانیسم­‌های مختلف طراحی و ساخته شده‌­اند. گیج‌ فشار در صنعت از جمله تجهیزات ابزار دقیق محسوب می‌شود که اختلاف میان دو فشار را اندازه‌گیری می­‌کند. معمولاً یکی از این فشارها مبنا و دیگری مجهول است.

استفاده از پرشر گیج در یک کارخانه صنعتی

استفاده از پرشر گیج در یک کارخانه صنعتی

تاریخچه ابداع گیج فشار:

ابتدا بحث فشار و اندازه‌گیری آن در عصر رنسانس و در مباحث علمی به میان آمد. اوانجلیستا توریچلی در سال ۱۶۴۳ اولین ابزار اندازه‌گیری فشار یعنی بارومتر را ساخت. او به وسیله بارومتر نشان داد که یک نیرو از طرف هوا به ستون مایع درون بارومتر وارد می‌­شود. البته وی در آن زمان نمی­‌دانست که این نیرو ناشی از فشار اتمسفر است. پنج سال بعد فیزیکدان فرانسوی پاسکال با استفاده از بارومتر نشان داد که فشار اتمسفر با افزایش ارتفاع از سطح زمین کاهش خواهد یافت. به این ترتیب، در حوزه علمی تجهیزات اندازه‌گیری فشار متعددی از جمله بارومتر و مانومتر لوله U شکل ساخته شد. این گیج‌های فشار بر اساس ارتفاع ستون مایعی درون یک مجرا کار می­‌کردند. مکانیسم آن‌ها هم به این شکل بود که تغییرات فشار باعث تغییر ارتفاع ستون مایع درون گیج‌فشار می‌­شد. سپس با اندازه­‌گیری تغییرات ارتفاع مایع، تغییرات فشار به دست می­‌آمد.

عکس اوانجلیستا توریچلی

عکس اوانجلیستا توریچلی

گیج‌فشار صنعتی

با ظهور انقلاب صنعتی در قرن ۱۸ نیاز به ابداع یک گیج فشار با ویژگی­‌های متناسب با فرآیندهای صنعتی بیش از پیش احساس شد. از این رو در سال ۱۸۴۹ فردی به نام بوردن گیج‌فشاری را ابداع کرد که مکانیسم مکانیکی داشت. این پرشر گیج براساس کشش یک تیوب فلزی قابل ارتجاع کار می‌­کرد. این کشش بر اثر اختلاف فشار درون و بیرون تیوب به وجود می‌­آید. این مکانیسم برای اندازه‌­گیری فشار، آنقدر مطلوب بود که از این نوع گیج حتی تا به امروز نیز به وفور استفاده می‌­شود. این نوع گیج‌فشار را به احترام ابداع کننده­‌اش گیج فشار بوردن می‌­نامند.

در همان سال برنارد اشچیفر نیز گیج فشار دیافراگمی را ساخت و به ثبت رساند. گیج‌فشار دیافراگمی نیز مکانیسمی مکانیکی دارد و با استفاده از میزان انحنای دیافراگم ارتجاعی مقدار فشار را اندازه می­‌گیرد. انواع گیج‌های فشار دیگری همچون کپسولی و بیلوز نیز ساخته شده که هر کدام ویژگی­‌ها و مکانسیم مخصوص به خود را دارند.

بعدها با پیشرفت­‌ تکنولوژی، انواع گیج‌های الکتریکی فشار ساخته شدند که برای اندازه­‌گیری فرآیندها با تغییرات فشار سریع بسیار کاربردی بودند. پرشر‌گیج‌ الکتریکی دارای سنسور خاصی است که می­‌تواند فشار یا تغییرات فشار وارد شده را شناسایی کرده و به صورت تکرار پذیر و با دقت مطلوب بر اساس اصول فیزیکی به سیگنال الکتریکی تبدیل کند. در نتیجه این سیگنال الکتریکی می­‌تواند مقدار فشار یا تغییرات آن را به ما نشان دهد. از جمله مهم‌ترین گیج های فشار الکتریکی سیم مرتجع، خازنی و پیزوالکتریکی هستند.

گیج فشار چگونه کار می‌کند؟

گیج‌فشار قابلیت این را دارد که اندازه‌ی فشار سیال ورودی را تشخیص داده و آن را بر حسب کمیت‌های فشار روی یک صفحه‌ی مندرج (Dial) به نمایش بگذارد. در طراحی پرشرگیج‌ها از یک سنسور استفاده می‌شود. سنسور بخشی از پرشر گیج است که تحت تأثیر فشار قرار می‌گیرد؛ و وقتی که این سنسور تحت تاثیر فشار قرار گرفت، در آن یک تغییر حالت فیزیکی ایجاد می‌شود. این تغییر حالت، که در سنسور ایجاد شده است از طریق چرخ دنده‌هایی به یک نمایشگر منتقل می‌شود. و در نهایت میزان فشار بر روی یک صفحه‌ی مندرج نمایش داده می‌شود. همان‌طور که در قسمت تاریخچه معرفی کردیم سنسور پرشر گیج می‌تواند از یک لوله بوردن، دیافراگم، کپسولی و یا بیلوز تشکیل شده باشد.

مبنای اندازه‌گیری فشار 

فشار را معمولاً نسبت به یک نقطه‌ی مرجع اندازه‌گیری می‌کنند. معمولاً برای اندازه‌گیری فشار، فشار هوا را به عنوان نقطه‌ی مرجع در نظر می‌گیرند، بر این اساس سه نوع گیج‌فشار در صنعت قابل تعریف است:

گیج فشار نسبی:

فشار جو در شرایط استاندارد (۱bar) را به عنوان مبداء اندازه‌گیری این پرشر گیج در نظر می‌گیریم. و فشار سیال را نسبت به فشار جو اندازه‌گیری می‌کنیم. در این صورت فشارهای بالاتر از فشار اتمسفر مثبت و فشارهای پایین‌تر از فشار اتمسفر منفی می‌شوند.

گیج فشار مطلق:

فشار خلاء را به عنوان مبداء اندازه‌گیری این پرشر گیج در نظر می‌گیریم. فشار مطلق از مجموع فشار هوا و فشار گیج به‌دست می‌آید. بنابراین این گیج‌فشار مجموع فشار سیال و فشار جو را نشان می‌دهد.

گیج فشار تفاضلی:

در این پرشر گیج اختلاف فشار بین دو سیال اندازه‌گیری می‌شود. در واقع فشار یکی از سیال‌ها به عنوان نقطه مرجع در نظر گرفته می‌شود و اختلاف فشار آن با سیال دوم سنجیده می‌شود. بر خلاف گیج فشار نسبی و مطلق که یک ورودی برای سیال دارند، گیج فشار تفاضلی دو ورودی برای سیال دارد. و اختلاف فشار بین این دو ورودی را اندازه‌گیری می‌کند. این دو ورودی با حروف H و L بر روی گیج فشار مشخص می‌شوند. سیال با فشار بالاتر باید به ورودی H و سیال با شار پایین‌تر به ورودی L متصل می‌گردد.

گیج فشار تفاضلی

نمونه‌ای از گیج فشار تفاضلی

انواع گیج‌فشار بر اساس سنسور اندازه‌گیری:

  • گیج‌فشار بوردن
  • گیج‌فشار دیافراگمی
  • گیج‌فشار کپسولی

گیج‌فشار بوردن:

در طراحی این نوع پرشر گیج که به آن (Bourdon pressure gauge) نیز می‌گویند، از یک لوله بوردن استفاده می‌کنیم. لوله بوردن یک  لوله خمیده (C شکل) است که خاصیت ارتجاعی دارد. یک سر لوله بوردن ثابت است و سیال مورد نظر ما با فشار وارد آن می‌شود. با افزایش فشار وارد شده بر تیوب، لوله کشیده می‌شود. این کشیدگی متناسب با میزان فشاری است که سیال به آن وارد می‌کند. بنابراین اگر انتهای لوله بوردن را از طریق چرخ‌دنده‌ای به یک عقربه نمایشگر متصل کنیم. می‌توانیم میزان فشار سیال را اندازه‌گیری کنیم. با کاهش فشار، لوله بوردن به حالت اولیه‌ی خود برمی‌گردد و گیج‌فشار مقدار کمتری را نشان می‌دهد.

طرز کار گیج‌فشار بوردن

گیج فشار دیافراگمی:

در طراحی این نوع پرشر گیج که به آن (Diaphragm pressure gauge) نیز می‌گویند، از یک دیافراگم استفاده می‌شود. دیافراگم یک غشاء با قابلیت انعطاف‌پذیری بالا است که قسمت‌های داخلی گیج‌فشار را از سیال ورودی ما جدا می‌کند. وقتی که سیال با فشار به دیافراگم نیرو وارد می‌کند، باعث می‌شود غشاء انحناء پیدا کرده؛ و به سمت محیطی که فشار کمتری دارد خم شود. بنابراین میزان انحنائی که در دیافراگم ایجاد می‌شود متناسب با میزان  فشار سیال ورودی است. این انحناء از طریق یک عقربه‌ی نشان‌گر بر روی صفحه‌ی پرشرگیج نمایش داده می‌شود.

نمونه‌ای از پرشر گیج دیافراگمی

نمونه‌ای از پرشر گیج دیافراگمی

گیج‌فشار کپسولی:

در طراحی این نوع پرشرگیج از حداقل دو دیافراگم استفاده می‌شود. دیافراگم‌ ها به دو صورت برجسته (convex) و یا تودرتو (nested) به یکدیگر متصل می‌شوند. بنابراین میزان انحناء ایجاد شده در اثر اعمال فشار بیشتر خواهد بود. گیج‌فشار کپسولی دقت و حساسیت بالا‌تری نسبت به گیج‌فشار دیافراگمی دارد.

گیج فشار کپسولی

نمونه‌ای از گیج فشار کپسولی

ویژگی‌ گیج فشار روغنی و خشک:

در گیج‌فشار خشک، صفحه مانیتورینگ، که عقربه‌های نشان دهنده فشار در این قسمت قرار دارد، خالی است. اما در پرشر گیج روغنی صفحه‌ی مانیتورینگ به وسیله‌ی مایع روغنی مثل گلیسیرین یا سیلیکون پر شده است.

مزایا و معایب گیج‌فشار خشک:

  • در پمپ‌ها، کمپرسورها و تجهیزات متحرک که میزان ارتعاشات بالاست. ارتعاش بالا باعث می‌شود عقربه‌های گیج فشار خشک نتوانند میزان فشار را با دقت بالایی گزارش دهند.
  • در شرایطی که میزان رطوبت و غبار موجود در محیط بالا باشد. مشاهده دقیق فشار سیال ممکن نیست.
  • در دماهای پایین ممکن است رطوبت داخل صفحه نمایش یخ زده و گیج را از کار بیاندازد.
  • گیج فشار خشک قیمت پایین‌تری نسبت به گیج‌فشارهای روغنی دارد.

مزایا و معایب گیج‌فشار روغنی:

  • این نوع گیج‌فشار میزان لرزش عقربه‌های پرشر گیج را کاهش می‌دهد بنابراین باعث می‌شود پرشر گیج عدد دقیق‌تری را نشان دهد.
  • در گیج‌فشار روغنی امکان عبور رطوبت و گرد و غبار به داخل صفحه مانیتورینگ وجود ندارد. بنابراین این نوع پرشر گیج می‌تواند فشار را با دقت بالاتری نمایش دهد.
  • مایع روغنی درون گیج اصطحکاک عقربه‌ها را کاهش داده و باعث افزایش طول عمر گیج فشار روغنی می‌شود.
  • گیج‌فشار روغنی قیمت بالاتری نسبت به گیج‌فشار خشک دارد.
گیج فشار روغنی

نمونه‌ای از پرشر گیج روغنی

انتخاب گیج‌های فشار:

به طور کلی گیج­‌ فشار در طرح‌­ها، انواع، جنس‌­ها و ویژگی­‌های متنوعی تولید می‌­شود. حال این که در هر مرحله از فرآیندهای صنعتی از کدام گیج‌فشار باید استفاده کرد به مقدار فشار، مواد دخیل، دقت مورد نیاز و شرایط کارکردی آن فرآیند بستگی دارد. به طور کلی در انتخاب گیج فشار برای یک فرآیند به خصوص توجه به ویژگی­‌های زیر ضروری است:

  • واحد اندازه­‌گیری گیج فشار
  • بازه کاری
  • اندازه صفحه
  • کلاس دقت
  • جنس گیج فشار
  • نوع و سایز اتصالات

واحد اندازه­‌گیری گیج فشار:

پرشر گیج‌ها با واحد اندازه‌­گیری به خصوصی کار می­‌کنند. از جمله مهم‌ترین واحدهای اندازه‌­گیری فشار در صنایع بار و psi هستند. البته گیج­‌های فشار با واحدهای اندازه‌­گیری اتمسفر، تور و سانتی­متر جیوه نیز وجود دارند.

بازه کاری:

گیج­‌های فشار بر اساس نوع طراحی و جنس به کار رفته در آنها در محدوده مشخصی قابلیت اندازه­‌گیری فشار را دارند. این محدوده اندازه­‌گیری در گیج‌­های فشار بسیار بزرگ است و از فشار وکیوم تا فشارهای با دقت میلی­‌بار و تا بیش از ۱۶۰۰ بار گسترده است. بر این اساس بر حسب محدوده بزرگی فشار در یک فرآیند صنعتی و دقت مورد نیاز باید گیج فشار با بازه کاری مناسب را انتخاب نماییم.

اندازه صفحه:

پرشر گیج‌ها با اندازه صفحه­‌های متنوعی تولید می­‌شوند اما اکثر شرکت­‌های بزرگ، گیج­‌های فشار خود را بر اساس استاندارد اروپایی EN-837 تولید می‌­کنند. بر اساس این استاندارد اندازه صفحه گیج فشار می­‌تواند ۴۰، ۵۰، ۶۳، ۸۰، ۱۰۰، ۱۶۰ و ۲۵۰ میلی­‌متر باشد.

کلاس دقت:

کلاس دقت (KL)، حد نهایی در صد خطای اندازه­‌گیری گیج فشار را نسبت به بازه کل اندازه­‌گیری بیان می­‌کند. برای مثال یک گیج فشار ۱۰ بار با کلاس دقت ۴ امکان خطای اندازه‌­گیری تا ۴% از ۱۰ بار یعنی ۰.۴ بار را دارد. بر اساس استاندارد EN-837 کلاس‌­های دقت ۰.۱، ۰.۲۵، ۰.۶، ۱، ۱.۶، ۲.۵ و ۴ قابل قبول هستند.

جنس گیج فشار:

اجزای مختلف یک گیج فشار مانند اتصالات، محفظه و سنسور می‌­توانند از جنس مواد مختلفی مانند برنج، استیل ضد‌‌ زنگ، هستلوی، مولیبدن و غیره ساخته شوند. بر اساس سازگاری مواد دخیل و محیط یک فرآیند باید گیج‌فشار با جنس مناسب استفاده گردد.

نوع و سایز اتصالات:

گیج­‌های فشار نوع اتصالات متفاوتی در سایزهای مختلف دارند که در انتخاب گیج‌فشار باید به آن‌ها توجه شود. اتصالات NPT و دنده G از جمله این اتصالات هستند که در سایزهای ۱/۲ ، ۱/۴ و ۱/۸ ساخته می­‌شوند.

ویژگی­‌های خاص: بسته به شرایط کاری باید از پرشر گیج با ویژگی‌های متناسب استفاده گردد. برخی گیج­‌ها امنیت بالایی دارند و برای استفاده در شرایط کاری با سختی بالا مناسب هستند. برخی دیگر بهداشتی هستند و در کاربردهای پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. بعضی دیگر روغنی بوده و برای شرایط کاری دارای شوک و لرزش مناسب هستند.

خرید انواع گیج فشار:

در این مطلب تلاش کردیم تا به زبانی ساده با مفاهیم گیج فشار، تاریخچه پیدایش آن، ساخت و همچنین نحوه انتخاب پرشر گیج آشنا شویم. در همین راستا لازم به ذکر است شرکت آرکا کنترل شریف در زمینه‌ی مشاوره، مهندسی و فروش گیج‌فشار از انواع برند‌های مطرح بازار ابزاردقیق از جمله گیج فشار RUEGER و Nuova Fima و Pakkens و Wika و Ashcroft و دیگر کمپانی‌های اروپایی و آمریکایی با بهترین قیمت و کیفیت آماده‌ی خدمت‌رسانی است.

جهت ارتباط با کارشناسان آرکا کنترل می‌توانید با شماره تلفن ۸۸۳۰۲۴۱۳-۰۲۱ و هم‌چنین شماره واتساپ ۳۳۴۴۱۷۰-۰۹۰۳ و یا آدرس پست الکترونیک info@arkacontrols.com در تماس باشید.