گیج فشار (مانومتر)

گیج فشار چیست؟ 

یکی از اصلی ترین و پرکاربردترین تجهیزات مکانیکی اندازه گیری فشار، گیج فشار (Pressure Gauge) است که جهت اندازه گیری و نمایش مقدار فشار سیالات (مایع، گاز و بخار) مورد استفاده قرار می گیرد. این تجهیز در مدل ها و ابعاد مختلف و در متریال های گوناگونی مطابق با شرایط سیال و شرایط فرآیندی تولید شده و در صنایع مختلف مورد استفاده قرار میگیرد. برخی از گیج ‌های فشار دارای ویژگی ‌های خاصی مانند مقاومت در برابر شوک و لرزش، مقاومت در برابر نفوذ آب یا گرد و غبار، و قابلیت استفاده در شرایط دمایی بالا و محیط های خشن صنعتی می باشند.

این تجهیز در صنایع و کاربردهای مختلفی از جمله در صنعت نفت و گاز، صنایع شیمیایی، صنعت خودروسازی، صنایع آب و فاضلاب، صنایع دارویی و غذایی و … به کار می رود.

گیج بر خلاف ترانسمیتر فشار سیگنال الکتریکی ارسال نمی کنند و در ارتباط با سیستم کنترل نمی باشند. به عبارت دیگر گیج مقادیر فشار سیال را بصورت محلی نمایش میدهد و اپراتور با حضور در محل تجهیز قادر به قرائت مقدار فشار میباشد.

گیج به طور کلی از چهار قسمت اصلی محل اتصال، المنت اندازه گیری،  صفحه نمایش و بدنه تشکیل می شود. المنت اندازه گیری وظیفه اندازه ‌گیری مقدار فشار را بصورت مکانیکی بر عهده دارد. این المنت در مدل های مختلف بردونی، دیافراگمی و کپسولی در گیج های فشار وجود دارد که بطور مفصل در ادامه به آنها میپردازیم.

صفحه نمایش گیج مقادیر فشار اندازه ‌گیری شده توسط المنت را نمایش می دهد. صفحه نمایش می ‌تواند به صورت دیجیتالی و عقربه ای ساخته شود. یک صفحه‌ نمایش دیجیتال مقدار فشار را به صورت عددی نمایش می ‌دهد ولی در نمایشگر عقربه ای با تغییر فشار عقربه روی صفحه نمایش تغییر موقعیت می دهد.

خرید گیج فشار

گیج‌ فشار یکی از اصلی ترین تجهیزات ابزار دقیق میباشد که نقش حیاتی‌ برای کنترل و اندازه گیری فشار فرآیندی ایفا کرده و اطلاعات حیاتی در مورد کنترل فرایند، ایمنی و کارایی تجهیزات فراهم می‌کنند.

خرید گیج مناسب مستلزم رعایت موارد بسیاری از قبیل انتخاب رنج مناسب، المنت اندازه گیری مناسب و همچنین متریال مناسب برای گیج فشار میباشد. چراکه عدم رعایت و انتخاب نامناسب در هریک از موارد فوق باعث ایجاد خطا در اندازه گیری فشار و آسیب دیدگی گیج خواهد شد.

شرکت تجهیز صنعت نمایندگی فروش انواع تجهیزات ابزار دقیق، شامل انواع گیج ، ترانسمیتر فشار، تجهیزات اندازه گیری دما، سطح و جریان میباشد. برای دریافت اطلاعات بیشتر، خرید و مشاوره در خصوص محصولات با کارشناسان شرکت تماس حاصل بفرمایید. این شرکت دارای کارشناسان متخصص و با تجربه است که می‌توانند اطلاعات دقیقی در مورد مشخصات فنی و مشاوره فروش گیج فشار ارائه دهند و شما را در انتخاب بهترین گزینه راهنمایی کنند.

در ادامه این مطلب به معرفی انواع گیج های فشار و مشخصات فنی و ویژگی های آنها میپردازیم:

انواع گیج فشار

گیج های فشار تجهیزاتی هستند که برای اندازه گیری و نمایش فشار سیالات مایع، گاز و بخار مورد استفاده قرار می گیرند.

این تجهیزات بر اساس المنت های اندازه گیری الاستیکی لوله بوردنی، دیافراگمی یا کپسول، نوع صفحه نمایش (دیجیتال یا عقربه ای) و سایز صفحه و همچنین متریال های بکار رفته در آنها در انواع مختلفی تولید می شوند:

• 1. گیج اختلاف فشاری (Differential Pressure Gauge)
• 2. گیج فشار نسبی
• 3. گیج فشار بردونی (Burdon tube Pressure Gauge)
• 4. گیج فشار دیافراگمی (Diaphragm Pressure Gauge)
• 5. گیج فشار کپسولی 
• 6. گیج ضد انفجار (Solid Front)
• 7. گیج فشار خشک
• 8. گیج روغنی (Oil filled Pressure Gauge)
• 9. گیج فشار دیجیتالی
• 10. گیج فشار عقربه ای
• 11. تست گیج (Test Gauge)
• 12. گیج با کنتاکت الکتریکی (مانوستات)

در ادامه به معرفی برخی از متداول ترین انواع گیج های فشار و عملکرد هریک از آنها میپردازیم:

گیج فشار دیافراگمی

یکی از انواع بسیار متداول برای اندازه گیری فشار سیالات بخصوص برای رنج های بسیار پایین (در حدود چند میلی بار)، استفاده از گیج های فشار دیافراگمی میباشد. المنت اندازه گیری در این مدل از فشار سنج ها یک لایه بسیار نازک، حساس و الاستیکی میباشد که دیافراگم نامیده میشود. 

همانطور که در تصویر بالا نیز گویا میباشد، سیال فرآیندی به دیافراگم فشار وارد کرده و باعث تغییر شکل (خم شدن دیافراگم) خواهد شد. این تغییر شکل توسط یک مکانیزم مکانیکی به عقربه های نمایش دهنده روی صفحه نمایش منتقل شده و مقدار فشار را نمایش میدهد.

گیج فشار خلاء

معمولاً فشار در حالت عادی نسبت به فشار محیط اندازه‌گیری می‌شود. گیج  فشار خلاء که به گیج وکیوم نیز معروف است اختلاف فشار فرآیند را از فشار محیط (نسبت به اتمسفر) اندازه گیری میکنند.

گیج‌های فشار خلاء معمولاً از رنج صفر تا 760- میلی‌متر جیوه (1- بار) را اندازه‌گیری می‌کنند.

گیج فشار روغنی

یکی از روش های جلوگیری از لرزش عقربه گیج در اثر شوک های ناگهانی و نوسانات فشار خط، پر کردن گیج های فشار با روغن هایی از جنس سیلیکون یا گیلیسرین میباشد. در صورت وجود لرزش و نوسان در خط لوله عقربه مانومتر  دچار لرزش های فراوانی میشود که خوانش مقدار صحیح گیج را در این حالت دچار مشکل خواهد کرد.

علاوه بر این در محیط هایی که اختلاف دمای شب و روز زیاد باشد احتمال شکل گرفتن شبنم و یخ زدگی در شیشه صفحه نمایش گیج وجود خواهد داشت که در این صورت خوانش مقدار دقیق فشار برای اپراتور غیر ممکن خواهد بود.

برای حل این مشکلات از روغن های مخصوص در داخل گیج استفاده میشود که هم از یخ زدگی صفحه نمایش جلوگیری کند و هم لرزش های عقربه را مهار کرده و قرائت گیج را میسر کند.

گیج فشار دیجیتال

گیج های فشار دیجیتالی بر خلاف گیج های عقربه ای دارای صفحه نمایش دیجیتالی بوده و فشار را با روش های الکترونیکی اندازه گیری میکنند. این گیج ها به دلیل دقت بسیار بالا بیشتر به عنوان گیج های مرجع برای کالیبراسیون گیج های فشار عقربه ای مورد استفاده میباشند.

تست گیج فشار

تست گیج نوعی از گیج های فشار با خوانایی و دقت بسیار بالا می باشد که برای بازرسی، آزمایش و اعتبار سنجی نقاط کلیدی در صنایع نصب می شود. تست گیج ها با صفحه نمایش بزرگ که حداقل “6 (160mm) میباشد و دقت بالا 0.6% به طور خاص برای افزایش الزامات ایمنی در حین اندازه گیری فشار با دقت بالایی طراحی شده است و برای فرآیندهای کالیبراسیون ایده آل می باشد.

گیج اختلاف فشاری

با استفاده از گیج های اختلاف فشاری (Differential Pressure Gauges) اختلاف فشار بین دو نقطه از خط لوله یا دو قسمت از یک مخزن تحت فشار اندازه گیری خواهد شد و روی صفحه نمایشگر نشان داده می شود.

مکانیزم عملکرد در این گیج ها به این صورت میباشد که دارای یک قسمت پر فشار (High Pressure) و یک قسمت کم فشار (Low Pressure) میباشند. المنت اندازه گیری دیافراگمی در این گیج ها در اثر اختلاف فشار بین نقاط فشار بالا و فشار پایین تغییر شکل داده و به عقربه یا Pointer گیج منتقل خواهد شد.

اگر فشارها یکسان باشند، هیچ حرکتی از المنت اندازه‌ گیری فشار رخ نمی ‌دهد و هیچ فشاری نمایش داده نمی ‌شود. فشار تفاضلی تنها زمانی نشان داده می شود که یکی از فشارها بیشتر یا کمتر از دیگری باشد.

گیج های اختلاف فشار از محدوده های بسیار کوچک 0 تا 0.5 میلی بار تا رنج های بسیار بزرگ 0 تا 1000 بار به کار می روند. حتی با فشارهای استاتیکی بالا اختلاف فشارهای کوچک را میتوان مستقیماً اندازه گیری کرد. با المنت اندازه گیری دیافراگمی، قابلیت اضافه بار بسیار بالایی حاصل می شود. تنها باید فشار استاتیک مجاز و قابلیت اضافه بار در سمت ⊕ و ⊖ گیج باید رعایت شود.

مهمترین کاربردهای گیج اختلاف فشاری عبارتند از:

• نظارت وضعیت فیلترها
• اندازه گیری سطح در مخازن بسته
• اندازه گیری جریان (افت فشار)

مانوستات

مانوستات یکی از رایج ترین تجهیزات اندازه گیری فشار است که از یک مانومتر  و یک پرشر سوئیچ با قابلیت سوئیچ در چند نقطه تشکیل شده است. این تجهیزات می توانند علاوه بر نمایش محلی فشار سیالات، یک سیگنال سوئیچینگ (کنتاکت الکتریکی) ON/OFF به سایر تجهیزات مانند پمپ یا شیر و … ارسال کنند.

سوئیچ های مانوستات در انواع مختلف کنتاکت‌های مغناطیسی، القایی و الکترونیکی میباشند و معمولاً پشت صفحه نمایشگر تجهیز نصب می ‌شوند و می‌توان آنها را در هر نقطه از کل محدوده مقیاس تنظیم کرد.

هر یک از انواع این کنتاکت ها در شرایط خاصی استفاده میشوند که در ادامه به معرفی آنها میپردازیم:

1.مانوستات با کنتاکت مغناطیسی

مانوستات با کنتاکت مغناطیسی (Magnetic Contact) را می توان در طیف وسیعی از کاربردها و شرایط عملیاتی نصب کرد.

مانوستات های مغناطیسی دارای یک ویژگی خاص هستند که از یک آهنربای دائمی برای محافظت از کنتاکت ها در برابر جرقه هایی استفاده می کنند که در شکاف بین هادی ها به وجود می آید.

ویژگی کنتاکت سریع snap-action توسط یک آهنربای دائمی قابل تنظیم در تنظیمات پوینتر به دست می آید. بنابراین کنتاکت ها تا حد زیادی در برابر اثرات قوس الکتریکی محافظت می شوند. سیگنال خروجی قبل از حرکت پوینتر ارسال می شود. اگر مانوستات ها با کنتاکت snap-action مغناطیسی به درستی استفاده شوند تا سال ها بدون هیچ مشکلی کار خواهند کرد. 

2.مانوستات با کنتاکت القایی

این مدل مانوستات ها عمدتا درفرکانس سوئیچینگ بالا و محیط های خطرناک انفجاری ZONE 1,2 به کار می روند. کنتاکت های القایی (Inductive contact) بدون هیچ گونه تماس مکانیکی کار می کنند، در نتیجه در برابر فرسایش مقاوم هستند و هیچ تاثیری بر مکانیک مانوستات ندارند.

مانوستات با کنتاکت القایی در طیف گسترده ای از کاربردها مورد استفاده قرار می گیرند.

3.مانوستات با کنتاکت الکتریکی

مانوستات با کنتاکت الکترونیکی (Electronic contact) می توانند در ولتاژ و جریان های کوچک سوئیچ دهند. مزایای این مدل مانوستات با کنتاکت الکتریکی میتوان به عملکرد ایمن، عدم فرسایش به دلیل عملکرد غیر تماسی و … اشاره کرد.

کنتاکت های الکتریکی در یک مانوستات می توانند ولتاژها و جریان های کوچک را مستقیماً روشن و خاموش کنند که برای PLC (کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی) و کاربردهای مشابه استفاده می شود.

4.مانوستات با کنتاکت رید سوئیچ

کنتاکت های رید سوئیچ (Reed Switch) از آهنربای دائمی برای باز یا بسته کردن مدار الکتریکی با مقدار تعیین شده استفاده می کنند. سوئیچ های Bistable به عنوان کنتاکت های رید عمل می کنند که پس از ارسال سیگنال سوئیچ موقعیت خود را حفظ می کنند. بر اساس طراحی و وزن سبک این مدل کنتاکت در برابر لرزش مقاوم می باشد.

مانوستات با این مدل کنتاکت (Reed Contact) می تواند مدار 230 ولت 1 آمپر را مستقیماً تغییر وضعیت داده و همچنین تماس ایمن با جریان های بسیار کم ایجاد کند. همچنین به عنوان ورودی مستقیم PLC مناسب می باشند.

مشخصات فنی گیج فشار

مشخصات فنی و ویژگی های گیج فشار ممکن است براساس نوع گیج و کاربردهای خاص آن متفاوت باشد. در ادامه برخی از مشخصات مهم که معمولاً در برگه مشخصات فنی (Data Sheet) مشخص می ‌شوند و مهمترین پارامترها در انتخاب و خرید گیج هستند عبارتند از:

محدوده اندازه گیری

یکی از مهمترین نکات در انتخاب گیج ، محدوده اندازه‌ گیری (Measuring Range) است که باید متناسب با نیازهای سیستم و محیط کاری انتخاب شود. محدوده اندازه گیری در گیج های فشار محدوده ای است که گیج قادر به اندازه گیری در آن است. طبیعتآ گیج های فشاری که محدوده گسترده تری را پوشش می دهند از قیمت بالاتری نیز برخوردار هستند.

در نظر داشته باشید که انتخاب مانومتر با محدوده اندازه‌ گیری مناسب به شما امکان می ‌دهد تا فشارهای مورد نیاز را با دقت و قابلیت مورد اعتماد اندازه‌ گیری نمایید. فشار فرآیندی سیستم باید در 1/3 میانی محدوده اندازه گیری فشار باشد. زیرا در آن بازه بهترین خاصیت خطی را داشته و اندازه گیری در این حالت با بالاترین دقت صورت میگیرد.

واحد اندازه گیری

گیج های فشار متناسب با فشار فرآیندی و شرایط فرآیندی قابلیت تولید در تمامی واحد ها (دیمانسیون) های اندازه گیری فشار میباشند. این تجهیزات در تمام واحد های bar، mbar، mmHg، mmH2O، psi، Pascal و واحد های دیگری تولید میشوند.

مقیاس

نوع مقیاس (Scale) روی صفحه آنالوگ قرار دارد. مقیاس می تواند به تعیین دقت کمک کند، مقیاس های کوچکتر منجر به خواندن دقیق تر می شود. صفحه گیج می تواند دارای مقیاس تکی یا دوتایی باشد.

گیج های فشار تک مقیاس Single scale: این نوع گیج های فشار دارای یک مقیاس (یک مجموعه واحد) بر روی صفحه نمایش می باشند.
گیج ‌های فشار تک مقیاس معمولاً در برخی کاربردها که نیاز به اندازه‌ گیری فشار در یک محدوده واحد دارند، استفاده می ‌شوند. این نوع گیج ‌ها معمولاً ساده ‌تر و قیمت ارزانتری نسبت به گیج ‌های دوگانه دارند.

گیج های فشار با مقیاس دوگانه Dual scale: اینها با مقیاس دوگانه (Dual Scale) دارای دو مقیاس جداگانه برای نشان دادن مقادیر فشار می باشند. این نوع گیج‌ ها به شما امکان می ‌دهند که مقادیر فشار را به صورت همزمان در دو واحد مختلف مشاهده نمایید.

درجه بندی

روی صفحه نمایش درجه بندی ‌ها (gradation) یا اعدادی ثبت شده اند که برای نشان دادن مقادیر مختلف یک واحد اندازه ‌گیری یا مقیاس استفاده می‌ شوند، به آنها Gradation یا درجه بندی می ‌گویند. این درجه بندی ها بر اساس استاندارد از سه رنگ مشکی، قرمز (مناطق پر خطر) و فسفری (دید در شب) می باشند.

سایز صفحه نمایش

صفحه نمایش گیج های فشار در ابعاد و سایزهای گوناگونی (Dial Size) طراحی و ساخته می شوند. در سایزهایی نظیر 40، 50، 63، 80، 100، 115، 160 و 250 میلی متر در دسترس می باشند.

صفحه گیج معمولآ به رنگ سفید و از جنس آلومینیوم یا استیل می باشد. اندازه صفحه گیج معمولاً با الزامات خوانایی تعیین می شود. صفحه بزرگتر برای خواندن از راه دور و کوچکتر در مواقعی که گیج نزدیک به اپراتور است مناسب می باشد.

دقت اندازه گیری

دقت اندازه گیری (Accuracy) به عنوان اختلاف (خطا) بین مقدار واقعی و مقدار نشان داده شده به صورت درصدی از span تعریف می شود. دو مجموعه استاندارد وجود دارد که درجه ‌های دقت گیج ‌های فشار را تعیین می ‌کنند:

• ASME B40.1 درجه بندی دقت گیج های فشار عقربه ای را تعریف می کند.
• ASME B40.7 درجه بندی دقت گیج ‌های فشار دیجیتال را تعریف می‌ کند.

دقت صرفاً میزان انطباق اندازه ‌گیری با مقدار صحیح است. دقت اندازه ‌گیری بستگی به نوع گیج و ویژگی ‌های آن دارد. خطا شامل انحرافات ترکیبی ناشی از روش، مشاهده گر، دستگاه و محیط است. از آنجایی که دقت گیج ارتباط نزدیکی با قیمت دارد، برای تعیین دقت مورد نیاز، کاربرد را در نظر بگیرید.

دقت یک گیج معمولاً به صورت دقت درصدی بیان می ‌شود. به طور کلی دقت بیشتر به معنای توانایی گیج در نمایش دقیق تر مقادیر فشار است.

دقت اندازه گیری=  1% +/-

متریال قاب

بدنه گیج های فشار (Housing) معمولا از آلومینیوم ریخته گری (Aluminum Cast Die) ساخته می شود. اما برای کاربردهایی متناسب با شرایط پروژه از متریال های بالاتری مانند استیل  304 یا 316 استفاده می شود.

در کاربردهای استاندارد، استفاده از یک نسخه پلاستیکی با متریال المنت اندازه گیری از آلیاژ مس (برنج) برای سیالات خنثی مانند هوای فشرده، آب یا روغن کافی است.

برای کاربردهای هیدرولیکی، گیج روغنی با بدنه کرومی مقاوم با پرکننده گلیسیرین را توصیه می‌ شود. این نوع روغنی لرزش و نوسان را کاهش می دهد بنابراین خوانایی دقیقی را تضمین می ‌کند.

درجه نفوذ بدنه IP

استاندارد نفوذ گیج به عنوان IP (Ingress Protection) استانداردی است که برای مشخص کردن درجه حفاظتی گیج در برابر نفوذ ذرات خارجی به داخل آن استفاده می ‌شود.در این استاندارد رقم اول مربوط به میزان نفوذ پذیری گرد و غبار و عدد دوم مربوط نفوذ بخارات و ذرات آب است.

گیج های فشار و تمامی تجهیزات اندازه گیری فشار مورد استفاده در صنایع باید دارای استاندارد نفوذ IP65 باشند.

محافظ فشار

پشت گیج های فشار از یک پوشش محافظ پلاستیکی (Blow-out Protection) استفاده شده است که اگر فشار بیشتر از حد مجاز قابل تحمل گیج شود، این محافظ به بیرون پرتاب شده و سیال از آن قسمت خارج می شود. در نهایت سیال تا زمانی که فشار کاهش یابد تخلیه خواهد شد.

در صورتی که این اتفاق رخ دهد حتما باید گیج مجددا کالیبره شود زیرا مقادیر درستی را نمایش نمی دهد. پس از کالیبره مجدد گیج یک تکه از همان نوع الاستیکی در پشت گیج قرار می گیرد.

این تدابیر برای افزایش ایمنی سیستم‌ ها و جلوگیری از صدمات جدی به افراد و تجهیزات مورد استفاده قرار می ‌گیرد.

گیج فشار سالید فرانت

گیج فشار Solid Front دارای یک ورق فولادی بسیار مقاوم بین المنت اندازه گیری و صفحه نمایش است. در صورت افزایش ناگهانی فشار و نشت سیال در اثر ترکیدگی المنت اندازه گیری، این محافظ باعث خواهد شد با شکستن قطعات گیج و شیشه آن از جلو،  آسیبی متوجه اپراتور و افرادی که در جلوی گیج وجود دارند نگردد.

قاب محافظ علاوه بر محافظت از گیج در برابر ضربه، می ‌تواند از لرزش‌ ها و ارتعاشات ناشی از فعالیت ‌های محیطی و سیستمی که گیج در آن نصب شده است نیز محافظت کند.

تحمل پذیری

تحمل پذیری گیج (Range Over Port) به میزانی اشاره دارد که گیج می ‌تواند فشارها و اندازه‌های بیشتر از محدوده عملکرد مشخص شده خود را تحمل کند. این موضوع ممکن است در برخی مواقع لازم باشد که گیج با فشارهایی که بیشتر از محدوده مشخص شده آن است مواجه شود.

گیج های فشار مطابق با استانداردها باید در مقابل فشارهای مازاد تا 1.3 برابر Full Span تحمل پذیری داشته باشند. تحمل پذیری گیج معمولاً در برچسب یا مشخصات فنی گیج ذکر می ‌شود.

تحمل پذیری گیج معمولاً به صورت دو مقداربالاترین مقدار فشاری که گیج بدون خطا و با دقت قابلیت اندازه ‌گیری دارد (بیشینه مقدار فشار) و نیز پایین ‌ترین مقدار فشاری که گیج بدون خطا و با دقت اندازه گیری می کند (کمینه مقدار فشار) بیان می شود.

متریال المنت اندازه گیری گیج

قسمت هایی از تجهیز که در تماس مستقیم با سیال فرآیندی قرار می گیرند Wetted part نامیده می شود. این قسمت حداقل از متریال استنلس استیل (فولاد ضد زنگ) SS316 ساخته می شود.

المنت اندازه گیری فشار در گیج های فشار لوله بردون، دیافرگم، کپسول یا بیلوز میباشد. در ادامه به معرفی هریک از این المنت ها خواهیم پرداخت:

اتصال

قسمت پایینی گیج فشار کانکشن یا اتصال گیج (Connection) می باشد که مجرای ورودی سیال میباشد. اتصال گیج در انواع دنده ای (رزوه ای) یا فلنجی متناسب با محل روی خطوط لوله یا مخازن وجود دارد.

اتصال پیچی (Threaded Connection): در این نوع اتصال، گیج دارای رزوه در قسمت انتهایی میباشد و به صورت رزوه ای در محل اتصال خط لوله قرار خواهد گرفت. اتصال پیچی در استاندارد های NPT و BSP و معمولا در سایز های  “1/2 یا “1/4 هستند.

اتصال فلنجی (Flanged Connection): در این نوع اتصال گیج با استفاده از فلنج به سیستم متصل می ‌شود. فلنج‌ ها معمولاً به وسیله پیچ و مهره‌ها به هم متصل می ‌شوند و اتصال قوی با استحکام بالایی را فراهم می ‌کنند. سایز فلنج کانکشن در این مدل گیج های فشار معمولآ “1 یا “2 میباشد.

المنت های اندازه گیری در گیج فشار

گیج های فشار با انواع المنت یا سنسورهای گوناگونی طراحی و تولید می شوند که هریک با توجه به نوع سیال و شرایط فرآیندی طراحی و تولید میشوند. این المنت ها عبارت اند از:

• 1. بوردن تیوب (C-Type / هلیکال Helix / حلزونی Spiral)
• 2. بیلوز (Bellows)
• 3. دیافراگم (Diaphragm)
• 4. کپسول (Capsule)

گیج فشار بردونی

در ادامه به معرفی انواع مدل های گیج فشار با المنت لوله بردونی میپردازیم.

المنت بوردن تیوب (C-Type)

متداول ترین نوع گیج های فشار با المنت لوله بردونی از نوع C-type هستند. این نوع المنت اندازه گیری از لوله بوردن به شکل C طراحی می شود.

اصل کار گیج بوردنی این است که یک لوله منحنی هنگام اعمال فشار صاف می شود و در نهایت فشار توسط عقربه در صفحه نمایش نشان داده می شود.

این لوله الاستیک است از یک طرف به سوکت لحیم یا جوش داده شده و طرف دیگر آن به  عقربه نمایشگر گیج متصل است. همانطور که فشار افزایش می یابد انتهای بسته در قوس حرکت می کند و این حرکت باعث چرخش قطعه ای از دنده که در تماس با یک لینک اتصال که معموال قابل تنظیم است، می گردد.

این تغییر در حالت لوله بوردن را می توان با یک چرخ دنده تقویت کرد و با استفاده از یک عقربه تغییرات را نمایش داد.

گیج های فشار با المنت لوله بوردن برای اندازه گیری فشار سیالات مایع، بخار و گاز از فشار 1 تا 1000 بار استفاده می شوند. این گیج ها دقتی بین 0.1 ± و 2.5 ± انحراف در مقیاس کامل دارند و از متریال برنج، استیل 316، هستلوی یا مونل و اینکونل ساخته می شوند.

المنت حلقوی (Helix)

این نوع سنسور از یک لوله به شکل مارپیچ سخته می شود که یک طرف آن در ارتباط با سیال و طرف دیگر به پوینتر گیج متصل است. این سنسور قابلیت اندازه گیری در محدوده 1 تا 300 بار را دارد.

المنت حلزونی(Spiral)

سنسورهای Spiral عملکردی مانند سری هلیکال دارند با این تفاوت که لوله تشکیل دهنده آن به صورت حلزونی است. این سنسورها در محدوده 0 تا 200 بار فشار را اندازه گیری می کنند.

هنگامی که طول لوله ی بوردن زیاد شود به گونه ای که زاویه آن از 360 درجه بگذرد. لوله به صورت دایره کامل درآمده و از آن تجاوز می کند. این حالت برای افزایش حساسیت و دقت در اندازه گیری فشارهای پایین مورد استفاده قرارمی گیرد.

گیج های فشاری که از لوله بوردون نوع حلقوي و حلزونی استفاده می کنند و دارای حساسیت بیشتری می باشند.

المنت بیلوز (Bellows)

سنسور بیلوز برای فشارهای پایین و نزدیک به خلاء از رنج 1- تا 2.5 بار با دقت اندازه گیری 1.6% +/-  به کار می رود.

المنت بیلوز از یک لوله به شکل آکاردئون تشکیل شده است که خاصیت الاستیکی بالایی داشته و در برابر خوردگی مقاوم است. یک سر این بیلوز بسته است که با اعمال فشار بر آن، طولش تغییر کرده و با جابجایی عقربه متصل به آن میزان فشار مشخص می شود. در واقع همانطور که فشار سیال وارد می شود، روی انتهای آزاد بیلوز نیرو اعمال می کند و باعث انبساط و ایجاد حرکت می شود. گیج های فشار بیلوز بسیار حساس هستند و برای کاربردهای فشار پایین استفاده می شوند.

دو شکل بیلوز وجود دارد در یک شکل فشار بر روی بیلوز اعمال می شود و در نتیجه یک فنر متعادل تغییر شکل می دهد. در نوع دیگری از اصل فشار تفاضلی استفاده می کند که بیلوز بین دو محفظه با فشارهای متفاوت آب بندی شده است.

المنت دیافراگمی (Diaphragm)

المنت دیافراگمی از لایه (غشاء نازک) الاستیکی تشکیل می شود که با اعمال فشار جابجا می شود و با یک اهرم به عقربه متصل است. از این المنت برای اندازه گیری فشار سیالات خورنده در فشار های پایین از 1- تا 2.5 بار استفاده می شود.

در واقع با اعمال فشار به المنت دیافراگم و تغییر شکل آن پوینتر متناسب با فشار اعمالی جابه جا خواهد شد.

همانطور که در تصویر زیر نیز گویا میباشد، سیال فرآیندی به دیافراگم فشار وارد کرده و باعث تغییر شکل (خم شدن دیافراگم) خواهد شد. این تغییر شکل توسط یک مکانیزم مکانیکی به عقربه های نمایش دهنده روی صفحه نمایش منتقل شده و مقدار فشار را نمایش میدهد.

در مقایسه با بوردن تیوب این سنسور دیافراگمی دارای نیروی محرک نسبتاً بالایی هستند و در نتیجه نسبت به لرزش حساس نمی باشند. سنسور دیافراگم می تواند در معرض اضافه بار بیشتری قرار گیرد. 

این نوع المنت بر اساس همان اصل فشار سنج بوردن عمل می کند اما فشار را با استفاده از دیافراگم به جای لوله انعطاف پذیر اندازه گیری می کند.

المنت کپسولی (Capsule)

المنت کپسولی دارای دو یا چند دیافراگم نازک متحدالمرکز و فلزی است که به صورت سری به یکدیگر جوش داده شده اند. ما بین دیافراگم ها با سیال تراکم ناپذیری مانند گلیسرین یا سیلیکون پر شده است.

هنگامی که فشار وارد می شود دیافراگم ها منبسط یا منقبض می شوند. این تغییر شکل باعث ایجاد یک حرکت چرخشی می شود که در نهایت روی صفحه نمایش گیج ظاهر می شود. یکی از دیافراگم ها دارای سوراخی در مرکز است که اجازه ورود سیال را می دهد.

از این المنت برای اندازه گیری فشار در رنج های بسیار پایین از 0.025- تا 0.025 بار با دقت 2.5 +/- استفاده می شود.

استانداردهای گیج فشار

گیج های فشار بر اساس استانداردهای گوناگونی طراحی و تولید میشوند. استاندارد EN 837 و استاندارد ASME B40، دو استاندارد بین ‌المللی معروف در زمینه گیج‌ های فشار می باشند. هر دواستاندارد به مشخصات و الزامات فنی برای طراحی، ساخت، تولید و استفاده از گیج ‌های فشار می ‌پردازند. این دو استاندارد توسط سازمان‌ های مختلف تهیه شده ‌اند و دارای تفاوت‌ هایی می باشند:

استاندارد 1-EN 837:

این استاندارد توسط اتحادیه اروپا (European Union) تهیه شده است و برای گیج ‌های فشار صنعتی در اروپا استفاده می ‌شود. این استاندارد شامل الزامات مربوط به طراحی، ابعاد، مواد ساخت، دقت، و آزمون‌ های عملکرد گیج‌ های فشار است. استاندارد EN 837 تفکیک نوع گیج، مشخصاتی مانند کلاس دقت، محدوده فشار اندازه‌ گیری، و سایر ویژگی‌ ها را مشخص می ‌کند.

استاندارد 100.ASME B40:

استاندارد ASME B40 توسط انجمن مهندسان مکانیک آمریکا (ASME) تهیه شده است و برای گیج‌ های فشار صنعتی در ایالات متحده آمریکا استفاده می‌ شود. استاندارد ASME B40 شامل الزامات مشابهی با استاندارد EN 837 است، اما با توجه به تفاوت‌ های منطقه ‌ای و قوانین محلی، ممکن است تعدادی تفاوت وجود داشته باشد. استاندارد ASME B40 نیز بر اساس نوع گیج، کلاس دقت، محدوده فشار اندازه‌ گیری و سایر ویژگی‌ ها را مشخص می ‌کند.

استاندارد ANSI/ASME B1.20.1:

این استاندارد برای اتصالات پیچ و مهره در گیج‌های فشار استفاده می‌شود. آن شامل مشخصات فنی و ابعاد اتصالات پیچ و مهره است.

استاندارد ISO 5167:

این استاندارد برای طراحی و اجرای میزان دبی و فشار در سیستم‌های انتقال سیال استفاده می‌شود. آن شامل روش‌های محاسبه و ابعاد مورد نیاز برای ساخت است.

کاربرد های گیج فشار در صنعت

گیج فشار یکی از اصلی ترین تجهیزات اندازه گیری فشار و همچنین پرمصرف ترین آنهاست. اهمیت استفاده از گیج های فشار در صنایع مختلف بر کسی پوشیده نیست. به همین جهت در ادامه به معرفی مهمترین کاربردها و صنایعی که در آنها از مانومتراستفاده میشود میپردازیم:

صنایع نفت و گاز: در صنعت نفت و گاز، گیج‌های فشار برای اندازه‌گیری فشار در لوله‌ها، تجهیزات و دستگاه‌های مختلف استفاده می‌شوند. این اطلاعات به عنوان راهنمایی برای کنترل و نظارت بر فشار در فرآیندهای استخراج، حمل و نقل و فرآوری نفت و گاز استفاده می‌شوند.

صنایع شیمیایی: در صنایع شیمیایی، گیج‌های فشار برای اندازه‌گیری و کنترل فشار در واحدهای تولید مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این اطلاعات به کنترل دقیق فرآیندها، ایمنی و عملکرد بهینه تجهیزات کمک می‌کنند.

صنایع برق: در صنعت برق، گیج‌های فشار برای اندازه‌گیری و کنترل فشار در توربین‌ها، ترانسفورماتورها، ژنراتورها و سیستم‌های تهویه استفاده می‌شوند. این اطلاعات به عنوان راهنمایی برای ایمنی و کارایی سیستم‌های برقی استفاده می‌شوند.

صنایع خودروسازی: در صنعت خودروسازی، گیج‌های فشار برای اندازه‌گیری و کنترل فشار در سیستم‌های روغنکاری، سیستم‌های ترمز و سیستم‌های تعلیق استفاده می‌شوند. این اطلاعات به عنوان راهنمایی برای عملکرد صحیح و ایمنی خودروها استفاده می‌شوند.

صنایع غذایی: در صنایع غذایی و دارویی، گیج‌های فشار برای اندازه‌گیری و کنترل فشار در فرآیندهای تولید، بسته‌بندی و انتقال مواد استفاده می‌شوند. این اطلاعات به عنوان راهنمایی برای حفظ کیفیت و ایمنی محصولات غذایی استفاده می‌شوند.

سوالات متداول

در ادامه چند سوال متداول در زمینه تفاوت های گیج های فشار را مطرح میکنیم:

تفاوت گیج فشار روغنی و گیج فشار خشک چیست؟

گیج های فشار عقربه ای در دو مدل خشک و روغنی ساخته می شوند.  نوع خشک از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه تر هستند و برای کاربرد در صنایع با لرزش و نوسان کم استفاده می شوند.

یکی از پرفروش ترین گیج های فشار خشک در بازار ایران مدل 232.50 از برند معروف ویکا است که در کارخانه ها و بسیاری از صنایع نصب شده است.
انواع خشک پرکاربردترین نوع می باشند که در مخازن تحت فشار، کمپرسورهای هوا، رگلاتورهای هوا و گاز، پمپ ها و غیره مورد استفاده قرار می گیرند.

گیج های فشار خشک با دقت بالا و قیمت مقرون به صرفه با گذشت زمان یا در شرایط سخت شدیدتر صفحه فشارسنج خشک می تواند رطوبت را جمع کرده و خوانایی را غیرممکن یا دشوار کند.
علاوه بر این رطوبت می تواند در شرایط سرد منجر به یخ زدن و کار نکردن گیج فشار شود. اگر سیال فرار باشد گیج خشک ممکن است کمی پرش و نوسان در گیج ایجاد کند در حالی که گیج روغنی بسیار راحت تر خوانده می شود.

اما بسیاری از فرآیندها و واحدهای صنعتی دارای نوسان و لرزش بالایی می باشند. در چنین شرایطی جهت کاهش آسیب به تجهیز و همچنین افزایش دقت اندازه گیری از گیج های فشار روغنی استفاده می شود.
داخل محفظه این نوع گیجها را از روغن تراکم ناپذیر گلیسیرین یا سیلیکون پر می کنند. این روغن باعث کاهش لرزش، افزایش دقت و طول عمر مفید گیج خواهد شد.

گلیسیرین موجود در یک گیج فشار روغنی اثر ارتعاشات را کاهش می دهد. در واقع قسمت های داخلی را روان و از خوردگی و فرسایش گیج جلوگیری می کند.
از مزایای گیج های روغنی در مقایسه با گیج های خشک میتوان به عملکرد و عمر طولانی آنها اشاره کرد. همچنین گیج های روغنی در شرایط کمتر از ایده ‌آل عملکرد بهتری دارند.

تفاوت فشار نسبی و فشار مطلق چیست؟

تفاوت بین دو اندازه گیری در گیج فشار به راحتی مشخص می شود. در اندازه گیری فشار گیج، همیشه اختلاف فشار محیط فعلی (اتمسفر) است که اندازه گیری می شود. به همین دلیل این فشار با آب و هوا و ارتفاع از سطح دریا تغییر می کند.

اندازه گیری فشار مطلق تفاوت را از خلاء ایده آل یا مطلق اندازه گیری می کند. به همین دلیل است که این اندازه گیری مستقل از تأثیرات محیطی مانند آب و هوا یا ارتفاع است.

در بیشتر موارد وظیفه مانومتر اندازه گیری و تعیین فشار نسبی است. به همین دلیل است که این نوع بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال، اگر یک گیج فشار در کاربردی استفاده شود که وظیفه آن اندازه‌ گیری فشار مطلق است، باید خطاهای اضافی زیر در نظر گرفته شود:

• 1. +/- 30 mbar ناشی از تغییرات آب و هوا
• 2. تا 200 میلی بار هنگام تغییر مکان (به عنوان مثال از سطح دریا تا 2000 متر)

بسته به محدوده اندازه گیری این خطاها (به عنوان مثال در پنوماتیک در محدوده اندازه گیری 1 بار) یا ناچیز (در هیدرولیک در 400 بار) در نظر گرفته شود.

تفاوت گیج فشار دیجیتال و گیج فشار عقربه ای چیست؟

تفاوت اصلی بین گیج فشار دیجیتالی و عقربه ‌ای در روش نمایش و خواندن مقادیر فشار است. در واقع نوع عقربه ‌ای از پوینتر برای نمایش فشار استفاده می ‌کند اما گیج فشار دیجیتالی از صفحه نمایش الکتریکی و اعداد برای نمایش فشار استفاده خواهد کرد. در ادامه تفاوت های این دو مدل بیان شده است:

نوع نمایش: گیج فشار دیجیتالی از یک صفحه نمایش الکتریکی برای نمایش مقدار فشار استفاده می ‌کند. مقدار فشار به صورت اعداد دقیق دیجیتالی نمایش داده می‌ شود. در حالی که عقربه ‌ای از یک پوینتر ساعت گرد برای نمایش مقدار فشار استفاده می ‌کند.

دقت: گیج فشار دیجیتالی دارای دقت بیشتری نسبت به گیج فشار عقربه ای است. زیرا مقادیر فشار به صورت دیجیتالی نمایش داده می ‌شوند و توانایی نمایش اعداد دقیق و حتی اعشار را دارند. در حالی که نوع عقربه ‌ای معمولاً دقت کمتری دارد و ممکن است برای خواندن مقادیر دقیق نیاز به تخمین و تقریب داشته باشد.

قابلیت استفاده در شرایط مختلف: نوع دیجیتالی معمولاً قابلیت قرائت بهتری در شرایطی با نور کم و تاریک را دارد. اما گیج عقربه ‌ای تنها برای قرائت در شرایط نوری مناسب خوب عمل می‌ کند همچنین نیاز به نور پس زمینه ندارد.

استفاده از گیج دیجیتالی یا  عقربه‌ ای بستگی به نیازها و شرایط خاص کاربرد دارد. در مواردی که نیاز به دقت بالا، خوانایی دقیق و قابلیت اتصال به سیستم ‌های کنترلی دارید استفاده از گیج فشار دیجیتالی ایده آل است. اما اگر نیاز به یک گیج ساده با خواندن سریع و قابلیت استفاده در شرایط نوری مناسب دارید، نوع عقربه ‌ای ممکن است گزینه مناسبی باشد.