پاورپوینت فشار و انواع فشارسنج

به نام خدا

فشار و انواع فشارسنج

اندازه گیری

اصولاً، اندازه گیرى، ٔنتیجه ٔمقایسه کلى بین یک استاندارد (شاخص) تعریف شده و یک ٔاندازه (مقدار) نامعلوم است. براى این که ٔنتیجه عمل اندازه گیرى، به طور عمومى، با معنى باشد دو شرط زیر لازم است : الفــ – استانداردی که براى مقایسه به کار مى رود به طور دقیق معلوم و مورد پذیرش باشد. بــ – روش اندازه گیرى قابل تکرارباشد به طوری که بتوان صحت و دقت دستگاه اندازه گیرى را امتحان نمود

اولین شرط بدین معنى است که یک جسم نمى تواند فقط سنگین باشد،بلکه سنگینى آن درمقایسه با سنگینى یک جسم دیگر(استاندارد) معنى پیدا میکند. به عبارت دیگر مقایسه اى باید انجام شود واین مقایسه نسبت به یک استاندارد شناخته شده انجام گیرد. در غیر اینصورت اندازه گیرى ما مفهومى نخواهد داشت.

شرط دوم نیز بدین معنى است، که دستگاه اندازه گیرى باید بتواند، در دفعات مختلف، ٔاندازه یک کمیت معین را یک مقدار بخواند. همچنین باید بتوانیم توانایى دستگاه را براى انجام اندازه گیرى صحیح امتحان کنیم

هنگام اندازه گیرى واستفاده از دستگاههاى مختلف اندازه گیرى، همیشه این احتمال وجود دارد که کمیت اندازه گیرى شده نسبت به کمیت واقعى قدری بیشتر یا کمتر باشد؛ این تفاوت را خطاى اندازه گیرى می نامند 1- خطای شخصی
2- خطای دستگاه
خطا در اندازه گیری

این نوع خطا مربوط به اشتباهاتى است که شخص، در موقع اندازه گیرى، به طور ناخواسته انجام مى دهد. مثلاً ممکن
است کاربر هنگام خواندن عدد یا رقم، به رنج( ٔحوزه کار) کلید سلکتور توجه نداشته باشد یا ضرایب را اشتباه محاسبه کند
خطاى شخصى:

عواملى که باعث این نوع خطا مى شوند نسبت به خطا ىشخصی بیشتراست ودربعضى موارد نمی توان ازتاثیرآنها جلوگیری کرد. کیفیت ّفنى دستگاه،فرکانس،اصطکاک، حوزه هاى ا لکترومغناطیسى وخطاى ناشى ازحرارت محیط،برخی از این عوامل هستند. یکى دیگر از عواملى که باعث خطا میشود وجود ونصب دستگاه درمداراست. مثلاً با قراردادن یک آمپرمتر درمدارمقاومت ناخواسته اى به مداراضافه می شود وجریان مداررا کاهش میدهد در نتیجه اندازه گیری با خطا همراه خواهد بود
خطای دستگاه

دستگاه هاى آنالوگ و دیجیتال
دستگاه هاى اندازه گیرى به دستگاه هاى اندازه گیرى DC و AC تقسیم مىشود. دستگاههاى DC فقط مقادیر ثابت و دستگاههاى AC کمیتهاى ّمتغیر با زمان را اندازه گیرى مى کنند
طبقه بندى سیستمهاى اندازه گیرى

همه مواد موجود در طبیعت ازمولکول ساخته شده اند وهرمولکول ازاتمهاى مختلف تشکیل شده است. مولکولهاى یک جسم سیال (مایع یا گاز) با سرعت زیاد در تمام جهات حرکت مى کنند. در اثر این حرکت مولکولها با یکدیگر یا با ٔدیواره ظرفى که درآن قراردارند برخورد مى نمایند. دراثر برخورد مولکول ها به ٔدیواره ظرف نیرویى به آن وارد مى شود
تعریف فشار

بنابراین مقدار نیروى وارده بردیواره ظرف به عوامل زیر بستگى دارد. الف) سرعت مولکولها ب) تعداد مولکولها ج) وزن مولکولها

𝑝= 𝐹 𝐴

فشار ناشی از یک کیلوگرم نیرو بر یک سانتیمتر مربع از سطح را یک بار (BAR)میگویند
همچنین اگر در ٔرابطه بالا ، واحد F برحسب پوند نیرو (یک پوند تقریباً ۶/۴۵۳ گرم است) و واحد سطح برحسب اینچ مربع(یک اینچ تقریباً۴/۲۵ میلیمتراست) باشد،واحدP،برحسب پوند بر اینچ مربع خواهد بود، واحد پوند بر اینچ مربع را با PSI (Inch Square per force Pound) نشان میدهند.
1پوند نیرو PSI = _________ 1اینچ مربع
واحد های فشار

برای اندازه گیری فشارهای خیلی کم، از واحد دیگری به نام پاسکال استفاده میشود. یک پاسکال برابر با 1 100000 بار است
1bar =100000 𝑃 𝑎 = 10 5 𝑃 𝒂
یکای استاندارد در SIپاسگال است
1Pa=1N/m2
یک پاسکال برابر مقدار یک نیوتن نیروست که بر یک متر مربع سطح جسمی وارد می شود. چون پاسکال یکای کوچکی برای معمولآ از کیلو پاسکال که برابر 1000پاسکال است استفاده می شود 0 فشار است.

انواع فشار

فشار اتمسفر : تمام اجسام در روی زمین، تحت فشار اتمسفر است. فشار اتمسفر اغلب به عنوان مبنا درنظرگرفته میشود. این فشار در سطح هم طراز دریای آزاد، ًتقریبا برابر PSI 14/7است
درجه بندی فشارگیج Gage ) (: فشاری که در پروسه های صنعتی اندازه گیری میشود، معمولاً بزرگتر و یا مساوی فشار جو است. اختلاف میان فشار اتمسفر و فشار اندازه گیری شده را فشار گیج مینامند وآن را با PSI و یا PSIG نشان میدهند

درجه بندی فشار مطلق :
مبنای این فشار، صفر مطلق است، در این نقطه هیچ فشاری، حتی فشار اتمسفر وجود ندارد. بنابراین فشار صفر مطلق فقط در خلأ کامل ایجاد میشود. فشار مطلق را با PSIA نشان میدهند

رابطه میان فشار مطلق و فشارگیج

اندازه گیرى فشار به کمک فشارسنج لوله اى : این دستگاه به طور ساده از یک ٔلوله U شکل تشکیل میشود که دو انتهاى آن باز است

دستگاه های اندازه گیری فشار

تغیر سطح مایع در دو لوله به علت اختلاف فشار
برای اندازه گیری فشارهای بالا معمولا ازسیالی با جرم مخصوص بزرگ مثل جیوه استفاده می شود و برای اندازه گیری فشارهای پایین وبه منظورایجاد حساسیت بیشترمی توان از مایعات سبکتر مثل آب استفاده نمود

با استفاده از تغییرات سطح مایع مى توان تغییرات فشار را اندازه گرفت. براى این کار از یک ٔوسیله مدرج که بتوان اختلاف فشاررا روى آن خواند استفاده مى کنیم؛ با وارد کردن فشار در یک طرف ٔلوله U شکل، مایع در طرف دیگر بالا مى رود؛ یعنى هرقدر فشاربیشترباشد لوله اى که براى نشان دادن تغییرات فشار لازم است باید با طول بزرگترى انتخاب شود. لوله ممکن است از جنس شیشه باشد؛ لذا از فشارسنجهاى لوله اى براى اندازه گیرى فشاردر مکان هایى که امکان شکستن لوله وجود دارد، استفاده نمی شود
P=ρgh

بارومتر

بارومتر تجهیزی است که برای اندازه‏گیری فشار اتمسفر مورد استفاده قرار میگیرد.در نمونه های معمول این ابزار از آب ، هوا ، و جیوه برای اندازه‏ گیری فشار جو استفاده میکنند .از بارومتر بیشتر برای اندازه‎گیری فشار هوای محیط که به صورت غیر مستقیم معرف ارتفاع از سطح دریا و تغییرات جوی برای پیش بینی وضعیت هوا و همچنین محیطهای آزمایشگاهی که بایستی شرایط کلی نظیر دما ، و فشار محیط در کنترل باشد استفاده میگردد

مشخصه های مطلوب یک سیال مانومتر

لوله بوردن
دیافراگمی
کپسولی
دم یا فانوسی و یا خرطومی

مزیت عمده آنها سادگی استحکام و دوام شان است.
انواع فشار سنج های ارتجاعی

این فشارسنج معمولترین نوعى است که در صنعت از آن استفاده مى شود و از یک ٔلوله توخالى ٔخمیده فلزى با خاصیت فنرى، تشکیل شده است. یک طرف این لوله بسته و طرف دیگرآن توسط شیرى به مخزن فشارمتصل مى گردد تا زمانى که شیر بسته است فشار داخل لوله کم و لوله به حالت خمیده است، هنگامیکه شیررا باز مى کنیم فشارداخل لوله زیاد میشود و به تدریج از انحناى لوله مى کاهد تا آن را به حالت مستقیم درمی آورد
لوله بوردن

فشارسنج لوله بوردن_ Cشکل

30
فشارسنج دیافراگمی
این نوع فشار سنج از یک محفظه کاملا آب بندی شده با دو مجرای ورود فشار در دو طرفش تشکیل شده.
در وسط محفظه دیافراگمی از لاستیک یا ماده ارتجاعی دیگری قرار دارد که در صورت وجود اختلاف فشار در دوطرف آن به طرفی که فشار کمتری دارد متمایل میشود.

32
اختلاف سنج دیافراگمی
اختلاف سنج دیافراگمی با ساختاری محکم و فشار استاتیک بالا امکان اندازه گیری اختلاف فشار ناشی از گرفتگی فیلتر یا هرگونه کاربرد صنعتی مورد نظر را فراهم میکند.

حدود فشارى که دیافراگم مى تواند تحمل کند بستگى به اندازه و ضخامت آن دارد. مثلاً براى سنجش اختلاف فشارهاى زیاد نباید ازدیافراگم هاى نازک استفاده نمود. ازآنجایىکه براى ساخت دیافراگم از موادى که قابلیت ارتجاعى زیاد دارند استفاده مى شود،حتى اختلاف فشارهاى کم نیزجابه جایى قابل ملاحظه اى در دیافراگم ایجاد مى کند؛ بدین ترتیب مى توان اختلاف فشارهاى بسیار جزیى را نیز اندازه گرفت.یکى از کاربردهاى فشارسنج دیافراگمى در شمع روغن یا فشنگى فشار روغن موتور اتومبیل است

فشارسنج کپسولی

اصول کار این نوع فشارسنج ها شبیه به فشارسنج دیافراگمى است ولى به خاطرداشتن ِسطح زیاد،حساسیت آن از فشارسنج دیافراگمى بیشتر است
فشارسنج کپسولی

37
یک کپسول از دو دیافراگم فلزی تشکیل شده که به هم جوش شده اند.فضای بین دو دیافراگم با سیال تراکم ناپذیری پر شده.
و جابجایی ناشی از فشار برابر مجموع جابجایی کپسول هاست.

استرین گیج
پیزو الکتریکی
خازنی

38
انواع فشار سنج های الکتریکی

39
فشارسنج استرین گیج
معروف ترین فشار سنج الکتریکی. برای اندازگیری فشارهای بالا .
آنها را معمولا از سیم هایی از جنس مس-نیکل میسازند و به صورت زیگزاگی روی پلاستیک های مقاومی میچسبانند.

فشارسنج پیزوالکتریکی
عناصر پیزوالکتریکی عناصری با قابلیت تبدیل انرژی مکانیکی به الکتریکی و برعکسند.
هرگاه یک عنصر پیزوالکتریک مانند کوارتز تحت فشار قرار میگیرد دستگاه میلی ولتمتر ولتاژی متانسب با فشار نشان میدهد.

فشار سنج پیزو مقاومتی : فشار مکانیکی اعمال شده منجر به تغییر مقاومت یک نیمه هادی شده و  فشار اعمال شده اندازه گیری میشود

فشار سنج پیزو مقاومتی

42
فشارسنج خازنی
در اندازه گیر های خازنی فشار مورد اندازه گیری به جابجایی و تغییر فاصله صفحه ها تبدیل میشود و تغییر فاصله صفحه ها منجر به تغییر ظرفیت خازن میگردد. تغییر ظرفیت نیز معمولا توسط یک مدار اسیلاتور تبدیل به ولتاژ یا فرکانسی متناسب با فشار میگردد.

در سنسور فشار نوع خازنی فشار تفاضلی به دیافراگم اعمال می شود که باعث می شود دیافراگم به یکی از صفحات خازن نزدیک شده و از دیگری دور شود. بنابراین ظرفیت خازن تغییر می کند که این تغییر متناسب با فشار اعمال شده به دیافراگم است. تغییر ظرفیت خازن توسط مدار الکتریکی و ترنسمیتر تبدیل به سیگنال الکتریکی می شود که در واحدهای فشار کالیبره شده است
C=€ 𝐴 𝑑

مک لئود
پیرانی
ترموکوپلی
پنینگ یا کاتد سرد
کاتد گرم
فشار سنج های محدوده خلاء

فشارسنج مک لئود
این فشار سنج ابزاریست که از قانون بویل تبعیت میکند.
این فشار سنج شامل یک تیوپ و یک حباب شیشه ایست که بوسیله ستون جیوه فشار را اندازه گیری میکند.
برای استفاده از این فشار سنج ها باید ان را به ارامی در جهت عکس عقربه های ساعت بچرخانیم تا جیوه در لوله بالا رود. بعد از خواندن باید فشار سنج را به حالت اولیه و نرمال برگردانیم.

46
فشارسنج پیرانی
یکی از متداولترین فشار سنج های هدایت گرماییست که در ان از فیلامان پلاتنیوم،نیکل و یا تنگستن استفاده میشود.
فشار سنج پیرانی بر اساس وابستگی مقاومت یک سیم گرم شده به درجه حرارت ان سیم طراحی و ساخته میشود.

47
فشارسنج ترموکوپلی
مانند فشار سنج پیرانی کارمیکند به جز اینکه فشار به طور مستقیم و بر اساس تغییر درجه حرارت سیم اندازه گیری میشود.
این فشار سنج با توان بسیار پایین کار میکند و حتی برای کار با آن یک باتری کافیست. و به راحتی قابل جابجاییست.

فشارسنج پنینگ
فشار سنج های کاتد گرم و کاتد سرد فشارسنج های حساسی هستند و برای اندازه گیری فشار های خیلی کم (خلا شدید ) استفاده میشوند.
آنها فشار را به طور غیر مستقیم و از طریق یون های الکتریکی ایجاد شده در اثر بمباران الکتریکی گاز اندازه میگیرند. هرچه چگالی گاز کمتر باشد یون های کمتری ایجاد میشوند.

49
فشارسنج یونیزاسیون کاتد گرم
برای اندازهگیری فشارهای کمتـر از ١/ ٠ میلیمتـر جیـوه از فشارسـنجهـای یـونی اسـتفاده می کنیم

این فشارسنجها ، فشار را بطور غیرمستقیم و از طریق یونهای الکتریکی ایجاد شده در اثر بمباران الکترونی گاز اندازه می گیرند
برای ایجاد الکترونها از پدیده ترمویونیک که در کاتدهای داغ یا کاتدهای سرد بوجود می آید استفاده می کنند . این الکترونها با اتمهای گاز برخورد کرده و یونهای مثبت بوجود می آورند . این یونها توسط یک الکترود جمع کننده که به ولتاژ مناسبی متصل است جذب می شوند

دنیاماتی، ا؛ قریب، م؛ رودی، ه؛ 1391؛ پیزوالکتریک و کاربردهای آن، انتشارات الیاس،تهران.
جودی و همکاران، ۱۳۹۴؛ طراحی و شبیه سازی فشارسنج و شتاب سنج مبتنی بر MEMS، همایش یافته­های نوین در هوافضا و علوم وابسته، تهران، دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران.
3- سلطانی، م، 1388؛"دستگاهای اندازه­گیری"چاپ شانزدهم، انتشارات دانشگاه تهران.
4 – سبزپوشان ،ح،1393؛"اصول و اجزاء کنترل صنعتی"چاپ دوازدهم،انتشارات دانشگاه علم و صنعت.
5-. مرادی، ع، 1394؛"آشنایی با سنسورها و کاربرد آنها"چاپ اول، انتشارات ادبستان.
6- مجیدی، م، ۱۳۹۲؛ "شبیه­سازی فشارسنج پیرانی مبتنی بر فناوری MEMSبا نرم افزارmatlab"، اولین همایش ملی برق و کامپیوتر جنوب ایران، خورموج، دانشگاه آزاد اسلامی واحد خورموج.
7- ویلانی، س، 1393؛ "شبیه­سازی و بررسی تجربی پکیج فشارسنج میکرو الکترو مکانیکی پیزو مقاومتی بر اساس الزامات عملکرد صنعت پتروشیمی", مجله مهندسی مکانیک مدرس, دوره 14 شماره 16, اسفند 1393

منابع

از حسن توجه شما
سپاسگزارم