فشار یکی از مهمترین مولفه‌ها در سیستم‌های سیالاتی از جمله سیستم‌های برودتی است. لذا مهندسین همواره به دنبال طراحی و ساخت تجهیزات اندازه‌گیری فشار هستند تا این پارامتر را در سیستم کنترل کنند. در این مقاله قصد داریم با انواع تجهیزات اندازه‌گیری فشار سیالات T گیج فشار و روش کار آن‌ها آشنا شویم.
فشار چیست؟
در علم فیزیک فشار این‌گونه تعریف می‌شود: نیرو وارده بر واحد سطح. یعنی نیرویی که یک سیال (مایع یا گاز) بر واحد سطح وارد می‌کند. مانند فشاری که گاز محبوس در کپسول، بر دیواره کپسول وارد می‌کند.
واحد‌های مختلفی برای فشار تعریف شده است. از جمله:
- پاسکال که برابر است با نیوتون (واحد نیرو) بر متر مربع (واحد سطح)
- بار که برابر است با 100 کیلوپاسکال
- اتمسفر که معمولاً برای فشار هوا کاربرد دارد
- میلی‌متر جیوه
یکی از مهمترین فشارهایی که روزانه با آن مواجه هستیم، فشار هوا است. جو کره زمین بر روی تمام چیزهایی که در آن قرار دارند، فشار وارد می‌کند. مقدار این فشار بستگی به ارتفاع نسب به سطح دریا دارد. هر قدر ارتفاع بیشتر باشد، فشار هوا یا فشار اتمسفر کمتر است و بلعکس.
فشار هوا در سطح دریا برابر است با 100 کیلوپاسکال معادل 1 بار. فشار خلاء نیز به فشار کمتر از فشار اتمسفر گفته می‌شود. خلاء مطلق نیز حالتی است که هیچ فشاری حتی فشار اتمسفر وجود نداشته باشد.
در هنگام اندازه‌گیری فشار، فشار اتمسفر دخیل خواهد بود. به همین دلیل باید به این نکته توجه کرد که آیا در فشار اندازه‌گیری شده، فشار هوا نیز لحاظ شده است یا خیر. برای درک بهتر موضع باید به بررسی انواع فشار بپردازیم.
انواع فشار
در اندازه‌گیری فشار، سه نوع فشار را می‌توان تعریف کرد:
- فشار مطلق: مقدار آن نسب به خلاء مطلق سنجیده می‌شود. به عبارتی فشار مطلق برابر است با فشار سیال به علاوه فشار هوا.
- فشار نسبی یا فشار گیج: مقدار آن نسبت به فشار محیط سنجیده می‌شود. یعنی در عدد آن مقدار فشار هوا در نظر گرفته نشده است.
- فشار اختلافی یا تفاضلی: اختلاف فشار بین دو نقطه یا دو سیستم.
معمولاً فشار اندازه‌گیری شده سیالات در سیستم‌های بسته، فشار گیج است. مانند فشار تایر خودرو، فشار مبرد در سیکل برودتی، فشار مخازن و …. اصطلاح گیج فشار نیز اشاره به دستگاه اندازه‌گیری فشار گیج دارد.
فشار مطلق برای اندازه‌گیری فشار در ارتفاع سنج، فشار اتمسفر، ویکوم کردن و … کاربرد دارد.
اهمیت فشار در سیستم برودتی
فشار مبرد موجود در سیستم برودتی، از اهمیت خاصی برخوردار است. چرا که کارکرد مناسب سیستم را می‌توان با اندازه‌گیری فشار مبرد، بررسی کرد. هر سیکل تبرید تراکمی را از نظر فشار می‌توان به دو قسمت تقسیم کرد:
- قسمت فشار بالا: از خروجی کمپرسور تا شیر انبساط
- قسمت فشار پایین: از شیر انبساط تا ورودی کمپرسور
بنابراین با داشتن گیج فشار در ورودی و خروجی کمپرسور که به ترتیب فشار مکش و فشار تخیله می‌گویند، می‌توان فشار مبرد را در تمام سیکل تحت نظر قرار داد. فشار مبرد برای اندازه‌گیری میزان سوپرهیت و سابکول، عیب‌یابی سیستم و همچنین شارژ مبرد کاربرد اساسی دارد.
فشار سنج ها یا گیج فشار
حال که با انواع فشار و اهمیت اندازه‌گیری آن آشنا شدیم، بپردازیم به روش‌های اندازه‌گیری فشار. فشارسنج‌ها در حالت کلی به دو شکل عمل می‌کند:
- تبدیل فشار به انرژی مکانیکی یعنی حرکت
- تبدیل فشار به انرژی الکتریکی یعنی جریان برق
معمولاً اصطلاح گیج فشار برای فشارسنج‌های مکانیکی بکار می‌رود.
گیج فشار مکانیکی
گیج فشار مکانیکی، فشار و یا تغییرات فشار را به حرکت تبدیل می‌کند. مقدار این حرکت مقدار فشار را تعیین می‌کند. دو دسته گیج فشار وجود دارد.
گیج فشار هیدروستاتیک
در فشارسنج‌های هیدروستاتیک از یک سیال برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌شود. ساده‌ترین نوع آن لوله مانومتر جیوه‌ای است. لوله U شکل که توسط کریستیان هویگنس ابداع شد، گیج فشار پیستونی، و گیج فشار مک‌لئود از انواع گیج‌های هیدروستاتیک هستند.
در تمامی این گیج‌ها یک سیال متناسب با وزن خود در موقعیت خاصی قرار می‌گیرد. با اعمال فشار بر روی آن از حالت اولیه خود جابه‌جا می‌شود. از تغییرات جابه‌جایی می‌توان مقدار فشار را بدست آورد.
آنئروید
در این نوع از گیج فشار، به جای سیال از یک فلز ارتجاعی استفاده می‌شود. آنئروید Aneroid به معنی بدون سیال است. در گیج‌های فشار آنئروید با اعمال فشار، تغییراتی در اندازه یک فلز رخ می‌دهد. از نسبت تغییر اندازه می‌توان مقدار فشار را بدست آورد. فلز مورد استفاده در گیج‌های فشار آنئروید می‌تواند لوله بوردون، دیافراگم، کپسول و … باشد.
گیج فشار بوردون
گیج فشار بوردون رایج‌ترین نوع گیج فشار مکانیکی است. این نوع گیج می‌تواند بازه وسیع‌تری از فشارها را اندازه‌گیری کند. ساختار آن متشکل است از یک لوله C شکل که نوک آن به یک اشاره‌گر متصل است. با اعمال فشار بر قسمت C شکل که حالت نیم دایره دارد، فلز تغییر شکل می‌دهد. نوک آن که توسط چرخ‌دهنده به یک نشانگر متصل است، حرکت کرده و نشانگر را حرکت می‌دهد. به این شکل می‌توان بر حسب تغییرات نشانگر فشار را توسط گیج بوردون اندازه‌گیری کرد.
با استفاده از گیج بوردون می‌توان گستره وسیعی از فشار، حتی فشار خلاء (کمتر از فشار اتمسفر) را اندازه‌گیری کرد.
گیج فشار دیافراگمی
در این نوع گیج فشار یک دیافراکم وجود دارد. دیافراگم در حقیقت یک ورقه نازک و قابل ارتجاع است که تحت تاثیر فشار تغییر شکل می‌دهد. بر اساس تغییر شکل ایجاد شده، عقربه گیج حرکت می‌کند و عدد فشار را نشان می‌دهد.
گیج فشار روغنی
در برخی کاربردها گیج در نزدیکی دستگاهی بسته می‌شود که دارای ارتعاش است. مانند کمپرسور و یا پمپ. این ارتعاشات به گیج منتقل شده و عقربه نیز شروع به ارتعاش می‌کند. برای کاهش ارتعاشات نشانگر در داخل محفظه گیج فشار، از روغن استفاده می‌شود. به این مدل‌ها، گیج فشار روغنی گفته می‌شود. روغن مورد استفاده معمولاً گلیسیرین و یا سیلیکون است.
جمع بندی
گیج فشار و یا فشارسنج یکی از قطعات مهم در سیستم‌هایی سیالاتی است. سیکل‌های برودتی و تاسیساتی، تجهیزات انتقال نفت و گاز، سیستم‌های نیروگاه و … همگی نیازمند اندازه‌گیری فشار در نقاط مختلف هستند.
برای اندازه‌گیری فشار می‌توان از تجهیزات مختلفی استفاده کرد. در این مقاله با فشارسنج‌های مکانیکی یا گیج‌های فشار و انواع آن‌ها آشنا شدیم. امیدواریم از این مقاله بهره برده باشید. جهت تهیه انواع گیج فشار روغنی و خشک به قسمت محصولات مراجعه کرده و یا با مشاورین گروه صنعتی دی در تماس باشید.
