فشار و دستگاه های اندازه گیری فشار
فشار:
قبل از معرفی دستگاه های اندازه گیری و اینسترو منتی فشار ، مقدماتی کلی راجع به فشار وتعاریف مربوط بیان می شود .
فشار اتمسفر : منظور از اتمسفر همان فشار جو زمین می باشد که بر واحد سطح زمین واشیاء
وارد می شود. طبق تعریف یک اتمسفر معادل فشاری است از ستون جیوه به ارتفاع 76 سانتی متر که در کنار دریا بر واحد سطح اجسام وارد می شود .از طرفی می دانیم وزن مخصوص جیوه تقریباً
58/ 13 گرم بر سانتی متر مکعب میباشد .پس یک اتمسفر معادل با gr/cm² 2/1033 است همچنین یک اتمسفر معادل با psi 696/ 14 می باشد .
فشار مطلق : منظور از فشار مطلق اختلاف فشار بین فشار مورد اندازه گیری و خلاء می باشد .
فشار نسبی : فشار نسبی عبارتست از اختلاف فشار بین فشار مجهول وفشار اتمسفر .
دستگاه های ا ندازه گیری فشار :
برای ا ندازه گیری فشارهای خیلی پایین ، وسایل خاصی ساخته شده اند از جمله :
ترموکوپلی ، پیرا نی ، ترمیستوری و یونشی
ابزارهای مناسب برای فشارهای پایین :
مانومترهای خاص ، لوله های بوردونی ابزارها بلوزی (اکاردیونی) و دیاگرامی
در صنعت عمدتاً فشارهای متوسط اندازه گیری می شود .ابزارهای مناسب این کار :
مانومترهایU شکل ،چاهکی ، شیبدار ،دیافراگمی ،بوردون تیوپی ،ابزارهای بلوزی و وسایل سیمی هماوا
بارومتر Barometer :
توسط این دستگاه می توان فشار اتمسفر یا جو را اندازه گیری کرد. بارومتر متشکل است از یک تشتک ،یک لوله شیشه ای ومقداری جیوه .اگر بارومتر را در جائیکه خلاء باشد بکار ببریم چون فشار اطراف بارومتر وفشار داخل لوله شیشه ای وارونه یکسان است پس سطح جیوه در تشتک و لوله شیشه ای یکسان می ماند . اما چنانجه بارومتر را در جو زمین قرار دهیم به سطح جیوه ای داخل تشتک فشار وارد می شود در نتیجه جیوه در داخل لوله شیشه ای به طرف بالا حرکت می کند. مقدار فشاراطراف بارومتر (فشار اتمسفر)را میتوان با مقایسه سطح جیوه در لوله شیشه ای و صفحه مدرج قرا ئت کرد .در سطح دریا ارتفاع ستون جیوه برابر mmHg 760خواهد بود و اگر به جای جیوه از آب استفاده کنیم ارتفاع ستون آب برابر mmH2o آ 10332 خواهد بود .
ما نومتر Manometer :
ساده ترین دستگاه اندازه گیری فشار مانومتر است . با وجود ساده بودن ساختمان ، مانومتر از دقت فوق ا لعاده بالایی برخوردار می باشد که می توان برای کالیبره کردن دستگاه های ابزار دقیق مورد استفاده قرار گیرد.
انواع ما نومتر :
مانومتر "U" شکل ، مخزن دار ، مورب
1) ما نومتر" U" شکل :
ابتدا یی ترین نوع مانومتر می باشد که تا نصف از آب مقطر (رنگی )یا جیوه ویا هر مایع دیگر پر
می کنند. اختلاف ارتفاعی که بین دو سطح مایع در اثر اعمال فشار مورد اندازه گیری به وجود می آید ( h ) از روی scale دستگاه خوانده شده و این مقدار معادل با فشار مجهول می باشد .
مقدار فشار اعمال) ( pو اختلاف ارتفاع به وجود آمده h) (طبق رابطه زیر با یکدیگر متناسب
می باشند .
P = ð . H
در رابطه بالاð دانسیته مایع درون لوله می باشد .
مانومتر" U" شکل در دو نوع مسدود وباز می باشد . مانومتر" U" شکل مسدود یک طرف آن بسته و طرف دیگر آن باز است وجهت اندازه گیری فشار مطلق بر حسب اختلاف در سطح مایع درون لوله به کار می رود . مانومتر" U" شکل باز هر دو سر لوله باز است و برای اندازه گیری فشار گیج بر حسب تابعی از اختلاف فشارh مباشد.
2) ما نومتر مخزن دار :
مانومتر مخزن دار کار همان مانومتر" U" شکل را انجام می دهد اما در واقع نمونه صنعتی وکارگاهی از مانومتر می باشد و به دلیل اعمال فشار به سطح بزرگتر ،نیروی بیشتری برای جابه جایی مایع درون لوله به وجود می آید.بنا براین از دقت بیشتری برخوردار بوده و برای اندازه گیری فشارهای کم نیز مناسب می باشد . چون معمولاًمخزن آن تحت فشار زیاد قرار می گیرد از جنسی به جز شیشه مثلاً
فلز ساخته میشود اما لوله استوانه ای که صفحه مدرج روی آن قرار دارد از جنس شیشه است . نمونه خاص مانومتر مخزن دار تماماً از جنس فلز بوده و برای نمایش سطح جیوه داخل آن از عقربه که توسط مکانیزمی روی سطح جیوه شناور می باشد استفاده می شود .
3)ما نومتر مورب :
این مانومتر برای اندازه گیری های دقیق و در فشار پایین کاربرد دارد .چون صفحه مدرج روی بازوی مورب قرار دارد در مقایسه با مانومتر" U" شکل با اعمال فشار مساوی به ورودی های مانومتر روی بازوی مورب مایع حرکت بیشتری دارد و در نتیجه فاصله بین تقسیمات روی آن بیشتر می باشد
و در نتیجه فاصله بین تقسیمات روی آن بیشتر می باشد لذا می توانیم تقسیمات ریزتری نیز داشته باشیم بطوریکه نمونه ای از این مانومتر با رنج حدود 10 اینچ آب،توانایی اندازه گیری با دقت 01/0 اینچ آب را دارد.
معایب مانومترها :
1) داشتن ساختاری بزرگ و جاگیر
2) نیاز به تراز کردن
3) جابجایی سخت
4) اجبار سازگاری مایع تحت آزمایش با مایع درون مانومتر
مزایای مانومتر ها :
1) سادگی استفاده از آن
2) درستی و حسا سیت
3) هزینه معقول
4) قابلیت دسترسی گسترده به مایعات مناسب برای پر کردن لوله
5) مناسب برای اختلاف فشارهای کم
بوردون تیوب Burdem tube:
فشار سنج های بوردون تیوبی متداولترین نوع مورد استفاده در صنعت می با شد .این سنجه ها مرکب از یک قطعه شکل داده شده با لوله قابل ا نعطاف با مقطع بیضوی است که در یک ا نتهای لوله ثابت و در انتهای دیگر آزاد است .
انواع بوردون تیوب :
C – type ، مارپیچی ، حلزونی
1) بوردون تیوب C – type :
این نوع بیشترین کاربرد را در نشان دهنده های نوع مرکزی فشار سنج ها دارد . لوله های مورد استفاده دارای دیواره های نازکی بوده و معمولاً مقطع بیضوی آن را به شکل C فرم می دهند و با توجه به جنس و رنج فشار ،در اندازه های کوچک و بزرگ ساخته می شود .یک سر آن مسدود و سر دیگر را می توان با اتصالات مخصوص به فشار مجهول متصل نمود .وقتی فشار مجهول وارد بردون تیوب می شود سر آزاد آن که توسط چرخ دنده ها به عقربه متصل است تمایل به باز شدن دارد
و مقدار جابه جایی آن متناسب با فشار اعمال شده به بوردون تیوب می باشد .جنس مورد ا ستفاده
معمولاًفولاد ضد زنگ یا آلیاژهای مخصوص می باشد .
بوردون تیوب ها معمولاً گستره های اندازه گیری :
PSI ( 1 150- 0
2) PSI100000 -0
(3 خلاء InHg 30 – 0
را تحت پوشش قرار می دهند .
2) بوردون تیوب مارپیچی :
این نوع شامل یک لوله با دیواره نازک ا ست که مقطع تقریباً بیضوی داشته و به شکل مارپیچ فرم داده شده است .یک سر آن مسدود و به سیستم انتقال حرکت متصل می شود وسر دیگر آن از طریق اتصالات مخصوص به فشار مورد اندازه گیری متصل می شود .با اعمال فشار لوله یک حرکت مارپیچی داشته و خود بخود باعث به وجود آمدن یک گشتاور می شود بنابراین نیازی به سکتور ندارد .این نوع بوردن تیوب به دلیل نیاز نداشتن به سکتور و به دلیل اتصال مستقیم دارای اصطحکاک کم بوده و نیز حذف اینرسی باعث افزایش دقت و پاسخ خوب اندازه گیری می شود
مارپیچ ها از جنس برنز ،فولاد وفولاد ضد زنگ ساخته می شود .
3) بوردون تیوب حلزونی :
این نوع بوردون تیوب دارای عملکردی مشابه نوع قبلی می باشد و در فشارهای بالاتری مورد استفاده قرار می گیرد .
معایب بوردون تیوب ها :
1)خاصیت فنری کم
2) حساس به ضربه و ارتعاش
3) حساس به پسماند
مزایای بوردون تیوب ها :
1)ارزان قیمت بودن
2)ساختاری ساده
3)دسترس پذیری آن در گستره های متنوع و حتی در گستره های خیلی زیاد
4) درستی زیاد نسبت به ازان قیمت بودن
عناصر فانوسی Bellows element :
فشار در رنج های کم و متوسط را نمی توان بطور دقیق با دستگاه هایی که انواع بوردون را مورد استفاده قرار داده اند اندازه گیری نمود . درعناصر فانوسی یا نیروی یک فنر در مقابل حرکت Bellows قرار دارد و یا بدون استفاده از فنر ساخته شده اند و در برخی از آنها فشار به داخل ودر برخی دیگر به بیرون Bellows اعمال می گردد.
در هر حال اعمال فشار باعث تغییر حجم ویا ازیاد طول Bellows شده این تغییرات توسط اهرم به عقربه منتقل می شود .جنس آن از برنج ویا فولاد ضد زنگ است ودرون یک پوسته قرار می گیرد .
عناصر Bellowsدارای مشخصه ای با طول عمر طولی می باشد به طوری که آزمایش ها نشان داده
است که Bellows قادر به کار کرد تا میلیونها بار ، بدون به وجود آمد هیچ گونه پارگی می باشند .
Bellows ها به دلیل دارا بودن خاصیت خطی زیاد در درجه اول انتخاب بوده و بیشترین کاربرد آن به عنوان نشان دهنده های روی پانل اتاق کنترل ونیز در کنترلرهای نیوماتیکی می باشد .
جالب است متذکر شویم که Bellows ها با رنج های محدودی تولید می گردد و به سادگی می توان
با تعویض فنر آن رنج های مختلفی را به وجود آورد .
عناصر دیافراگمی Diafragm element :
این عناصر به دو دسته تقسیم می شوند :
الف : دیافراگم های فلزی سفت :
این دیافراگم ها معمولاً از جنس فولاد ضد زنگ ، فسفز برنز ، نیکل کربن دار و یا آلیاژهای دیگر ساخته می شود و برای ا ندازه گیزی فشار نسبتاً کم مورد استفاده قرار می گیرند.
ب : دیافراگم های غیر فلزی :
این دیافراگم ها معمولاًاز جنس چرم ،لاستیک ، تفلون و مواد مصنوعی دیگر ساخته می شود وبرای اندازه گیری فشار ها وخلاء های بسیار کم استفاده می شود .