کنترلر فشار

فشار به معنی نیروی عمودی اعمال شده بر واحد سطح است. این فشار در مایعات و گازها برابر با مقدار نیرویی است که به دیواره ظرف در یک نقطه معین وارد می شود. انواع فشار عبارت اند از:

• فشار استاتیک
• فشار دینامیک

فشار استاتیک در همه ی جهات یکنواخت است. به عبارت دیگر فشار استاتیک مربوط به یک ماده ی بدون حرکت می باشد. فشار دینامیکی یا فشار اضافی additional pressure بعلت جریان سیال ایجاد می شود. فشار کل یک Flow برابر با مجموع فشار استاتیک و دینامیک در آن فلو است. با قرار دادن یک دستگاه اندازه گیری در جهت Flow می توان فشار کل آن را اندازه گیری کرد. در تصویر زیر فشار استاتیک و فشار دینامیک و جمع آن ها را مشاهده می کنید. جمع هردو فشار با عبارت Total Pressure یا Stagnation مشخص شده است.

اندازه گیری فشار

از نظر اندازه گیری می توان فشار را به دو بخش زیر تقسیم کرد:

• Absolute Pressure یا فشار مطلق نشان دهنده ی مقدار کل نیرو بر واحد سطح است.
• Gauge Pressure یا فشار گیج همان مقداری است که اکثر فشار سنج ها نمایش می دهند. این مقدار همان فشار محیط نسبت به فشار اتمسفر است. فرمول محاسبه ی فشار گیج برابر است با:

\[{\rm{Gauge\;Pressure}} = {\rm{\;absolute\;pressure}}  –  {\rm{atmospheric\;pressure}}\]

• Differential Pressure یا فشار تفاضلی همان اختلاف فشار بین دو نقطه است.

عملکرد کنترلر فشار

به منظور کنترل فشار می توان از تجهیزات مختلفی استفاده کرد. در ساده ترین حالت به یک کنترلر و سنسور نیاز است. خروجی سنسور در این مدل به کنترلر متصل خواهد شد. مقدار فشار اندازه گیری شده در کنترلر با مقدار ست پوینت مقایسه شده و سیگنال خروجی تغییر پیدا می کند. کنترلرهای فشار از نظر ساختمان و کاربردی در مدل های بسیار متنوعی ساخته می شوند. برخی از مشخصه های مهم در این کنترل کننده ها عبارت است از:

• مشخصات عملکرد یا performance specifications
• کانال های کنترلی یا control channels
• سیگنال خروجی کنترلی یا control signal outputs
• منبع تحریک سنسور یا sensor excitation supply

در کنترلرها ممکن است بخش های عملکردی یا performance specifications دیگری نیز وجود داشته باشد. به عنوان مثال:

• باند مرده یا هیسترزیس قابل تنظیم
• حداقل و حداکثر ست پوینت
• به روز رسانی سرعت یا پهنای باند
• درصد دقت یا percentage accuracy

سیگنال خروجی کنترلر می تواند به صورت ولتاژ یا جریان آنالوگ یا سوئیچ باشد. جهت انتخاب کنترلر فشار باید مشخصات ورودی و خروجی به خوبی تجزیه و تحلیل شود. در انتخاب کنترلر باید آپشن ها، رابط کاربری و ویژگی های دیگر نیز لحاظ شود. کنترلر های فشار از نظر تعداد کل ورودی و خروجی، کانال های دیجیتال و غیره متفاوت اند. در برخی از کنترلر های فشار یک خروجی آلارم نیز وجود دارد. به منظور اندازه گیری و مانیتورینگ فشار می توان از تجهیزات مختلفی استفاده کرد. در ادامه برخی از این موارد شرح داده شده اند.

فشار سنج آنالوگ یا pressure gauge

از گیج فشار یا Pressure gage جهت اندازه گیری فشار گاز یا مایع استفاده می شود. ساختمان این گیج ها به مرور تکامل یافته و با نیاز های جدید منطبق شده است. این دستگاه به دلیل قیمت مقرون به صرفه در محیط های صنعتی کاربرد زیادی دارد. عدد قرائت شده در این گیج نشان دهنده ی تفاوت دو فشار بوده و با عنوان Pressure gage شناخته می شود. گیج فشار روشی جهت اندازه گیری شدت سیال، گاز، آب یا بخار در ماشین های تحت فشار است.

انواع Pressure gauge

تغییرات Pressure gage ها به محل استفاده بستگی دارد. به صورت کلی فشار سنج ها بر اساس مشخصات مختلفی دسته بندی می شوند. به عنوان مثال کاربرد و روش استفاده برای اندازه گیری فشار از آیتم های مهم هستند. در یک گروه بندی دیگر می توان گیج های فشار را به دو دسته ی هیدرواستاتیگ و مکانیکی تقسیم کرد.

• گیج فشار هیدرواستاتیک: فشار هیدرو استاتیک توسط وزن مایع محاسبه می شود. در نظر داشته باشید که هنگام اندازه گیری باید مایع در حالت rest باشد. ارتفاع مایع بر فشار هیدرواستاتیک تاثیر می گذارد. قابل ذکر است که خواص هیدرواستاتیکی یک مایع ثابت نبوده و تحت تاثیر چگالی و گرانش مایع تعیین می شود.
• گیج فشار مکانیکی: فشار مکانیکی توسط یک دیافراگم، لوله بوردون یا مدل های دیگر اندازه گیری می شود. در این گیج ها، فشار سیال به نیرو تبدیل خواهد شد.

انواع Pressure Gauge ها عبارت ااند از:

• Bourdon Tube Pressure Gauge
• Diaphragm Pressure Gauge
• Capsule Pressure Gauge
• Absolute Pressure Gauge
• Piezometer Pressure Gauge
• Bourdon Tube Pressure Gauge
• Digital Pressure Gauges
• Water pressure gauge
• Vacuum pressure gauges
• Air Compressor Gauge

Bourdon Tube Pressure Gauge

گیج فشار لوله بوردون یک لوله ی الاستیک بوده که از یک سمت به یک سوکت لحیم یا جوش داده شده است. تغییرات فشار در این دستگاه موجب انحراف لوله و انتقال آن به یک چرخدنده می شود. تصویر زیر مربوط به نمونه ای از گیج فشار بوردون است.

Diaphragm Pressure Gauge

گیج فشار دیافراگمی الاستیک بوده و با اعمال فشار تغییر می کند. این نوع گیج فشار از نظر عملکرد شبیه به فشار سنج بوردون است. در این مدل به جای استفاده از لوله ی قابل انعطاف یک دیافراگم در دستگاه تعبیه شده است.

Capsule Pressure Gauge

گیج فشار کپسولی دارای دو دیافراگم موج‌دار متحد المرکز بوده که در اطراف محیط خود محکم به یکدیگر بسته شده اند. در این مدل یکی از دیافراگم ها دارای سوراخ مرکزی است. ورود فشار به این گیج باعث انبساط و انقباض دیافراگم ها می شود. این تغییر شکل در نهایت به حرکت چرخشی تبدیل شده و روی صفحه ی گیج ظاهر می شود.

Absolute Pressure Gauge

گیج فشار مطلق جهت اندازه گیری فشار به صورت مستقل از نوسانات طبیعی فشار اتمسفر است. گیج های فشار مطلق بر خلاف دیگر گیج ها، تحت تاثیر تغییرات ارتفاع قرار نمی گیرند.

Piezometer Pressure Gauge

پیزومتر نوعی مانومتر بوده که برای اندازه گیری رنج فشار متوسط مایعات استفاده می شود. این دستگاه یک لوله ی شیشه ای ساده با دو انتهای باز است. یک سر لوله به محل اندازه گیری فشار سیال متصل شده و سر دیگر آن باز است.

Manometer Pressure Gauge

مانومتر یکی از فشارسنج های ساده بوده و از یک لوله ی شفاف به شکل U تشکیل شده است. در این مدل نیز یک سر لوله به محلی اندازه گیری فشار متصل شده و سر دیگر در اتمسفر قرار دارد.

گیج فشار لوله بوردون یا Bourdon Tube Pressure Gauge

این گیج دارای یک لوله ی الاستیک بوده که از یک طرف به سوکت لحیم یا جوش داده شده است.

تصویر زیر اجزای یک گیج فشار لوله بوردون را نشان می دهد.

قسمت های مشخص شده در تصویر عبارتنداز:

• A محل انشعاب از لوله ی اصلی و نصب گیج
• B مهره ی اتصال گیج بخ خط یا process line
• C هدایت فشار به لوله ی قابل انعطاف
• D محل بسته شدن لوله ی قابل انعطاف
• E میله و پین منتقل کننده ی نیرو
• F چرخ دنده ی انتقال نیرو
• G عقربه یا سوزن indicator. به صورت کلی این indicator از چپ به راست و در یک مسیر دایره ایی با مقیاس مدرج حرکت می کند.

گیج فشار لوله ی بوردون حسایت بالایی به تغییرات فشار داشته و دقت نسبتا بالایی دارد. در ضمن این گیج در برابر لرزش و خرودگی مقاوم است. هنگام انتخاب این نوع گیج ها به معیار های زیر توجه کنید:

• مواد و متریال Gauge: متریال گیج باید با محیط سیال سازگاری داشته باشد. این نکته جهت پیش گیری از خرابی گیج و مسائلی مانند خوردگی است. متداول ترین مواد یا housing material برای گیج فشار بوردون عبارت از فولاد ضد زنگ، آلومینیوم یا آلیاژ های مس می باشد. هنگام کار با سیال های خورنده معمولا از فولاد ضد زنگ استفاده می شود.
• قطر Gauge: قطر صفحه به صورت کلی از 1 تا 16 اینچ قابل انتخاب است.
• محدوده ی فشار: جهت اطمینان از عدم اعمال فشار اضافه به لوله بوردون باید محدوده حداقل و حداکثر فشار در نظر گرفته شود.
• واحد فشار: واحد اندازه گیری فشار برای گیج فشار لوله بوردون bar یا psi است.
• مقاومت در برابر ارتعاش
• مقاومت در برابر خوردگی
• محدوده ی دما: محدوده دمای معمولی برای فشار لوله بوردون به دو شکل تعریف می شود:

1. 1. گیج خشک یا پر از سیلیکون: منفی 40 تا 140 درجه فارنهایت
   2. گیج گیلیسیرین یا پر از روغن: منفی 4 تا 140 درجه فارنهایت

گیج فشار لوله بوردون یکی از رایج ترین مدل ها در صنایع زیر است:

• کارخانه های فرآوری شیمیایی
• سمپاش های کشاورزی
• خودرو
• دریایی
• تامین آب
• تهویه مطبوع
• هوافضا و غیره

Digital Pressure Gauges

جهت تبدیل فشار به سیگنال الکتریکی می توان از فشار سنج های دیجیتال استفاده کرد. در این گیج یک سنسور میزان فشار را اندازه گیری کرده و خروجی آن در نهایت به سیگنال تبدیل می شود. رایج ترین نوع سنسور استفاده شده در فشار سنج دیجیتال مدل پیزورزیستیو است. این سنسور از یک دیافراگم مجهز به عناصر پیزومقاومتی تشکیل شده است. فشار سنج  دیجیتال اغلب به یک صفحه یا چندین LED مجهز بوده و می تواند مقادیر عددی و علائم دیگر را نمایش دهد. سیگنال خروجی فشار سنج های دیجیتال به صورت آنالوگ و دیجیتال در پروسه های کنترلی استفاده می شود. گیج های دیجیتال در مقایسه با آنالوگ دقت بالاتری دارند.

Water pressure gauge

گیج فشار آب به منظور نمایش میزان  فشار آب را در یک سیستم استفاده می شود. این دستگاه ها ماندگاری بالایی داشته و  بدون نیاز به سرویس و نگهداری هستند. فشار آب در یک سیستم می تواند دینامیک یا استاتیک باشد. روش ها و مانیسم های متعددی جهت اندازه گیری فشار آب وجود دارد. هر یک از این روش ها مزایا و معایب خاص خود را دارند. رایج ترین فشار سنج آب مدل گیج بوردون است. انواع دیگری از فشار سنج مانند diaphragm، liquid filled pressure gauges و digital pressure gauges نیز وجود دارند.

Vacuum pressure gauges

گیج فشار خلا جهت اندازه گیری فشار کمتر از فشار اتمسفر استفاده می شود. فشار اتمسفر معمولا برابر با صفر و فشار خلا با مقادیر منفی نمایش داده می شود. فشار اتمسفر همان فشار استاندارد در سطح دریا بوده و برابر با 101.325 کیلو پاسکال است. بیان عبارت فشار بر حسب بار یا psi در صنعت رایج تر است. فشار خلا یا Pvac یا Vacuum pressure در یک مقدار منفی نسبت به فشار اتمسفر اندازه گیری می شود.

فشار سنج خلا از یک لوله ی خمیده یا لوله بوردون تشکیل شده است. این لوله در اثر اختلاف فشار بین محیط و جو، منحرف خواهد شد. در نهایت انحراف لوله از طریق مکانیزم خاصی به تغییر موقعیت سوزن در صفحه ی مندرج تبدیل می گردد.

تصویر زیر رابطه ی میان تعاریف مختلف فشار را نشان می دهد. تعاریف مختلف در خصوص فشار عبارتنداز:

• Pabs یا فشار مطلق: نسبت به نقطه ی صفر مطلق
• Patm یا فشار اتمسفر: فشار در سطح دریا
• Pgauage یا فشار سنج: نسبت به فشار اتمسفر
• فشار خلا یا Pvac: نسبت به فشار به اتمسفر اندازه گیری می شود.

 

این وب سایت دارای مجوز از وزارت فرهنگ و ارشاد اسلامی بوده و هر گونه کپی و نسخه برداری و انتشار مجدد اطلاعات آن غیرمجاز است. لطفا در صورت مشاهده هرگونه سوء استفاده ما را مطلع کنید.