اصول اندازه گیری فشار
اصول اندازه گیری فشار
فشار چیست؟
♦ فشار عبارت است از متوسط نیروی عمودی وارد بر واحد سطح.
♦ سطح مورد نظر می تواند سیال (مایع یا گاز) و یا جامد باشد. حتی می تواند جامد شناور بر سطح یک سیال باشد. آنچه اهمیت دارد شناخت نوع و جهت نیروی وارده است. مثلا نیروهای مماسی که فقط باعث حرکت سیالند مورد بحث ما نیست.
محاسبه فشار اتمسفری با توجه به فشار استاتیک و سایر متغیرهای جوی
1) وقتی دمای اتمسفری با ارتفاع تغییر (کاهش) نکند (Lapes rate=0):
2) وقتی دمای اتمسفری با ارتفاع تغییر (کاهش) کند (Lapes rate≠0):
انواع فشار
به طور کلی سه نوع اندازه گیری فشار در تمام پروسه های صنعتی یا زیست محیطی٬ بسته به هدف ما از اندازه گیری فشار وجود دارد.
♦ فشار مطلق: که در بالا تعریف شد. می توان گفت فشار مطلق عبارت است از تفاوت نیروی عمودی بر واحد سطح در نقطه اندازه گیری و فشار خلا کامل در همان نقطه (که صفر است.).
♦ فشار نسبی: عبارت است از تفاوت بین فشار نقطه اندازه گیری و فشار محیط. شامل دو نوع فشار مثبت و منفی است.
♦ فشار تفاضلی: عبارت است از تفاوت بین فشار دو نقطه که هر دو نسبت به یک مرجع سنجش می شوند.
واحدهای اندازه گیری فشار:
|
units |
kPa |
psi |
in water |
Cm wat |
in Hg |
mm Hg |
mbar |
|
kPa |
1.000 |
0.1450 |
4.015 |
10.20 |
0.2593 |
7.501 |
10.00 |
|
psi |
6.895 |
1.000 |
27.68 |
70.31 |
2.035 |
51.72 |
68.95 |
|
inwat |
02491 |
0.00361 |
1.000 |
2.540 |
0.00735 |
1.868 |
2.491 |
|
cmwat |
0.09806 |
0.00142 |
0.3937 |
1.000 |
0.00290 |
0.7355 |
0.9806 |
|
in Hg |
3.386 |
0.4912 |
13.60 |
34.53 |
1.000 |
25.40 |
33.86 |
|
mm Hg |
0.1333 |
0.00193 |
0.5353 |
1.360 |
0.00394 |
1.000 |
1.333 |
|
mbar |
1.000 |
0.01450 |
0.04015 |
1.020 |
0.02953 |
0.7501 |
1.000 |
استانداردهای اندازه گیری فشار:
- EN 472 : Pressure gauge - Vocabulary.
- EN 837-1 : Pressure gauges. Bourdon tube pressure gauges. Dimensions, metrology, requirements and testing.
- EN 837-2 : Pressure gauges. Selection and installation recommendations for pressure gauges.
- EN 837-3 : Pressure gauges. Diaphragm and capsule pressure gauges. Dimensions, metrology, requirements and testing..
فشارسنج ها
♦اکثرا با آمدن نام فشارسنج به یاد فشارسنج های مایع (مانومتر) می افتیم.
آنچه در این فشارسنج ها معیار اندازه گیری فشار است ارتفاع ستونی از مایع است.
یک ستون یک متری از مایعات فشارهای متناظر زیر را ایجاد می کنند.
|
الکل |
78.5hPa |
|
آب |
98.1 hPa |
|
جیوه |
1334.2 hPa |
انواع مانومترها
ادوات اندازه گیری فشار
با توجه به تعریف فشار در غالب نیروی عمودی وارد بر سطح انواع مختلفی از سنسورها تاکنون ابداع شده و مورد استفاده قرار گرفته اند. در مستقیم ترین اندازه گیریها سیستم اندازه گیری شامل یک فضای محدود شده بر روی سطح یک جسم مکانیکی الاستیک است برای آنکه نیروی فرودی محل مناسبی جهت وارد آمدن داشته باشد. جسم در اثر نیروی وارده تغییر شکل داده که این تغییر شکل باعث یک تغییر مکان و کشش می شود که با دقت بسیار بالا اندازه گیری می شود و مبنایی از فشار وارده است.
به طور کلی نیاز اصلی در یک سنسور فشار وجود قسمتی است برای جدا کردن و اندازه گیری دو فشار سیال و یک پورت جهت تبدیل این تفاضل فشار به یک فشار نسبت به مرجع.
♦ ابزار اندازه گیری فشار
* دیافراگم
* کپسول
*تیوب
* کیسه هوا (سیستم ششی)
از دیافراگم ها به عنوان پرکاربردترین ادوات اندازه گیری فشار یاد می شود.
از کپسول ها برای اندازه گیری فشارهای پایین استفاده می شود.
دیافراگم مسطح(a)
دیافراگم چین دار(b)
کپسول(c)
کیسه هوا(d)
تیوب مستقیم (e)
تیوب خمیده (f)
تیوب پیچ خورده(g)
تیوب فنری(h)
تیوب حلزونی (i)
دیافراگم ها، تیوبها و ...
♦ دیافراگم ها پرکاربردترین ادوات اندازه گیری فشار هستند.
♦ تیوب های پیچیده نیز کاربردهای فراوانی در زمینه اندازه گیری فشار دارند.
♦ تیوب های پیچیده و دیافراگم ها اصولا برای اندازه گیری فشار بالا کاربرد دارند در حالی که کیسه های هوا و کپسول ها برای اندازه گیری فشارهای کم استفاده می شوند.
♦ بسیاری از انواع سنسورهای فشار که در ادامه آورده شده اند از نوع دیافراگم و تیوب های پیچیده هستند.
سنسورهای اندازه گیری فشار
بر اساس خاصیت هر یک از ادوات بیان شده در اندازه گیری فشار تعدادی سنسورهای اندازه گیری فشار طراحی شده و مورد استفاده قرار گرفته اند. از آن جمله:
*سنسورهای فشار خازنی
Capacitive Pressure Sensors
*سنسورهای فشارPiezoresistive
Piezoresistive Pressure Sensors
*سنسورهای فشار Piezoresistive سیلیکونی
Silicon Piezoresistive Pressure Sensor
*سنسورهای فشار مبدل تفاضلی متغیر خطی
Linear variable differential transformer
روش های اندازه گیری
در هر مورد باید یک سیستم وجود داشته باشد که قادر باشد تغییر شکل برشی جسم الاستیک را در خروجی به عددی که موید فشار است تبدیل کند. ساده ترین سیستم موجود آنست که تغییر شکل به وجود آمده در جسم الاستیک به صورت مکانیکی به واسطه یک اهرم حلقه ای خمیده تقویت شده و با حرکت یک اشاره گر در طول یک مقیاس مدرج مقدار فشار در
اختیار ما قرار می گیرد. (مانند اشاره گر متحرک بارومتر).
♦ در سنسورهای فشار مبدل تفاضلی متغیر خطیتغییر شکل یک تیوب واپیچیده و یا یک کپسول باعث حرکت یک هسته مغناطیسی درون یک سیم پیچ می شود که این امر منجر به تغییر مقاومت القایی مغناطیسی آن سیم پیچ می شود.
♦ در سنسورهای فشار پیزوالکتریک نیروی وارده در اثر تغییر شکل جسم الاستیک به وسیله یک کریستال پیزوالکتریک به بار الکتریکی تبدیل می شود. سنسورهای پیزوالکتریک در اندازه گیری فشارهای خیلی بالا مثل فشار حاصل از انفجار بسیار مفیدند.
♦ سنسورهای فشار سیمی نوسانی: در این نوع سنسور فشار یک سیم (اصولا از جنس تنگستن) بین یک زائده فلزی و مرکز جسم الاستیک کشیده می شود. سیم نزدیک یک آهنربای دائمی است و طوری تنظیم می شود که با فرکانس رزونانس خود ارتعاش کند. وارد آمدن هر نیرو به سطح جسم الاستیک این فرکانس را دستخوش تغییر می کند...
: سنسورهای فشار خازنی♦
سنسورهایی با دقت بسیار بالا (بهتر از0/1%) که امروزه و با پیشرفت خازن ها استفاده های فراوانی یافته اند.
♦ سنسورهای فشار پیزورزیستیو سیلیکونی:
پیتوت تیوب ها
از پیتوت تیوب ها در اندازه گیری فشار در جاهایی که دسترسی مستقیم ممکن نیست (مثلا داخل دودکش) استفاده می شود.
♦ پیتوت تیوب ها قادرند فشار دینامیک و استاتیک و تفاضل فشار را اندازه گیری کنند.
انواع پیتوت تیوب ها
پیتوت تیوب تایپ L
پیتوت تیوب تایپ S
پیتوت تیوب کشیده
نکات قابل توجه در استفاده از پیتوت تیوب دراندازه گیری فشار
● دقت در اتصال درست سر مثبت و منفی پیتوت تیوب به دستگاه پردازشگر یا نمونه بردار
● رابطه مستقیم مقدار فشار تفاضلی با سرعت شار گاز درون دودکش
V: سرعت شار
: فشار تفاضلی
: دانسیته هوا
