دستگاه اندازه گیری فشار | تجهیزات اندازه گیری فشار | انواع

اندازه گیری فشار:

اندازه گیری فشار، تجزیه و تحلیل نیرویی است که توسط یک سیال (مایع یا گاز) بر یک سطح اعمال می شود.

انواع مختلف دستگاه یا تجهیزات اندازه گیری فشار

1. فشارسنج (بارومتر)

2. مانومتر

الف. مانومترهای ساده

(i) پیزومتر

(ii) مانومتر U-Tube

(iii) مانومتر تک ستونی

 

ب. مانومترهای دیفرانسیل

(i) مانومتر دو پیزومتر

(ii) مانومتر U-Tube معکوس

(iii) مانومتر دیفرانسیل U-Tube

(IV) میکرو مانومتر

3. گیج های مکانیکی

(i) فشار سنج لوله بوردون

(ii) فشار سنج دیافراگم

(iii) فشار سنج دم

(IV) فشارسنج وزن مرده

1. فشارسنج (بارومتر) برای اندازه گیری فشار

فشار اتمسفر توسط دستگاهی به نام بارومتر اندازه گیری می شود، بنابراین، فشار اتمسفر اغلب به عنوان فشار هوا شناخته می شود.

فشارسنج شامل یک لوله معکوس پر از جیوه با یک ظرف جیوه است که به اتمسفر باز است.

فشار در نقطه Bis برابر با فشار اتمسفر است و فشار در C را می توان صفر در نظر گرفت زیرا فقط بخار جیوه بالاتر از نقطه C وجود دارد و فشار در مقایسه با Patm بسیار پایین است و می توان از آن صرف نظر کرد.

نوشتن موازنه نیرو در جهت عمودی می دهد

                                                                                                                               Patm = ρgh

در بارومتر، جیوه به دلیل دو ویژگی مهم آن استفاده می شود:

(i) جیوه یک مایع با چگالی بالا است.

(ii) جیوه دارای فشار بخار بسیار کم است.

فشار اتمسفر در یک مکان، وزن هوای بالای آن نقطه است. بنابراین، هنگامی که فرد در جو بالا می رود، با کاهش مداوم هوای بالای آن فرد، کاهش فشار را احساس می کند.

فشارسنج توسط توریچلی اختراع شد. برای احترام به او، فشار در واحد “torr” نشان داده می شود که در آن 1 torr = 1 میلی متر جیوه است.

2. مانومتر برای اندازه گیری فشار:

مانومترها ابزارها و تجهیزات سنجش فشار هستند که بر اساس اصل تعادل یک ستون مایع (که فشار آن باید پیدا شود) توسط همان یا ستون دیگری از مایع است.

مانومترها به عنوان دسته بندی می شوند

1. ساده: که فشار را در یک نقطه اندازه می گیرند
2. دیفرانسیل: که اختلاف فشار بین هر دو نقطه را اندازه گیری می کند.

الف. مانومترهای ساده:

یک مانومتر ساده از یک لوله شیشه ای تشکیل می شود که یک سر آن به نقطه ای که فشار اندازه گیری می شود متصل است و سر دیگر آن به اتمسفر باز است.

انواع مانومترهای ساده:

(i) پیزومترها:

پیزومتر ساده ترین شکل مانومتر است که می تواند برای سنجش فشار متوسط مایعات استفاده شود.

این شامل یک لوله شیشه ای است که در دیواره یک لوله یا یک ظرف قرار می گیرد و حاوی مایعی است که فشار آن باید اندازه گیری شود. لوله به طور عمودی به سمت بالا تا ارتفاعی گسترش می یابد که مایع می تواند آزادانه بدون سرریز شدن در آن بالا بیاید.

فشار در هر نقطه از مایع با ارتفاع مایع در لوله بالاتر از آن نقطه نشان داده می شود.

فشار اندازه گیری شده مطابق با فشار گیج است. برای یافتن فشار مطلق در نقطه، فشار اتمسفر به فشار گیج اضافه می شود.

محل قرارگیری یک پیزومتر تفاوتی در خواندن ندارد. برای جلوگیری از اثر مویینگی، قطر لوله لوله پیزومتریک باید به اندازه کافی بزرگ باشد.

محدودیت ها:

هنگامی که فشار زیاد در مایعات سبک تر باید اندازه گیری شود، نمی توان از آن استفاده کرد.

فشار گاز را نمی توان اندازه گیری کرد، زیرا گاز هیچ سطح اتمسفر آزاد تشکیل نمی دهد.

(ii) مانومتر لوله U:

یک مانومتر U-tube از یک لوله شیشه ای به شکل U تشکیل شده است که یک سر آن به نقطه گیج متصل است و سر دیگر آن به جو باز می شود.

این لوله حاوی مایعی با وزن مخصوص بیشتر از مایعی است که فشار آن باید اندازه گیری شود.

محدودیت های اعمال شده توسط پیزومترها با استفاده از مانومترهای لوله U حذف می شوند.

انتخاب مایع مانومتریک به محدوده فشاری که باید اندازه گیری شود بستگی دارد. برای محدوده فشار کم، مایعات با وزن مخصوص کمتر و برای برد بالا، عموماً از جیوه استفاده می شود.

در نظر بگیرید که یک مانومتر ساده لوله U فشار یک سیال با وزن مخصوص S1 را اندازه گیری می کند. برای نوشتن معادله فشار سیال باید نکات زیر را در نظر داشت.

از یک سر گیج به انتهای دیگر شروع کنید.

فشار را در یک انتها بنویسید. هنگام حرکت از یک سطح به سطح دیگر، تغییر فشار را اضافه کنید.

اگر سطح تماس بعدی کمتر از سطح اول است از علامت مثبت و اگر بالاتر است از علامت منفی استفاده کنید.

برای اندازه گیری فشار منفی یا خلاء نیز می توان از مانومتر U-tube استفاده کرد. برای اندازه گیری فشار منفی کوچک، می توان از یک مانومتر U-tube بدون هیچ گونه سیال مانومتری استفاده کرد.

محدودیت ها:

این روش نیاز به خواندن سطح سیال در دو یا چند نقطه دارد زیرا تغییر فشار باعث بالا آمدن مایع در یک قسمت مانومتر و افت در قسمت دیگر می شود.

 

(iii) مانومتر تک ستونی:

محدودیت مانومتر لوله U در مانومتر تک ستونی حذف می شود.

این یک شکل تغییر یافته از یک مانومتر لوله U است که در آن یک مخزن کم عمق با سطح مقطع بزرگ (حدود 100 برابر) در مقایسه با مساحت لوله به یک قسمت از مانومتر وارد می شود.

برای هر تغییر فشار، تغییر سطح مایع در مخزن به قدری کم خواهد بود که ممکن است از آن صرف نظر شود و فشار تقریباً با ارتفاع مایع در اندام دیگر نشان داده می شود.

برای اندازه‌گیری فشار، فقط یک عدد در قسمت باریک مانومتر باید انجام شود. اندام باریک ممکن است صاف یا مایل باشد.

نوع شیبدار برای اندازه گیری فشارهای کوچک مفید است زیرا نسبت به نوع عمودی حساس تر هستند.

ب. مانومترهای دیفرانسیل:

برای اندازه گیری اختلاف فشار بین هر دو نقطه در یک خط لوله یا دو لوله یا کانتینر، از یک مانومتر دیفرانسیل استفاده می شود.

به طور کلی، یک مانومتر دیفرانسیل شامل یک لوله شیشه ای خم شده با دو سر متصل به هر یک از دو نقطه گیج است که اختلاف فشار بین آنها باید اندازه گیری شود.

انواع رایج مانومترهای دیفرانسیل:

(i) مانومتر دو پیزومتری:

از دو پیزومتر مجزا تشکیل می شود که در دو نقطه گیج که اختلاف فشار بین آنها مورد نیاز است قرار می گیرد.

این روش تنها زمانی مفید است که فشار در هر یک از دو نقطه کم باشد.

نمی توان از آن برای اندازه گیری اختلاف فشار در گازها استفاده کرد.

(ii) مانومتر لوله U معکوس:

این شامل یک لوله شیشه ای است که به شکل U خم و معکوس است. بنابراین، گویی دو پیزومتر که در بالا گفتیم در بالا به یکدیگر متصل هستند.

هنگامی که دو انتهای مانومتر به نقاطی متصل می شوند که بین آن اختلاف فشار لازم برای سنجش است ، مایع تحت فشار وارد دو اندام مانومتر می شود و در نتیجه باعث می شود هوا در داخل مانومتر تحت فشار شود.

یک خروس هوایی معمولاً در بالای لوله U معکوس فراهم می شود که با بیرون کشیدن بخشی از هوای تحت فشار، بالا بردن ستون های مایع به یک سطح مناسب در هر دو اندام را تسهیل می کند. همچنین اجازه می دهد تا حباب های هوا را که ممکن است در جایی در خط لوله قرار داشته باشد ، اخراج کند.

مانومترهای لوله U معکوس برای سنجش اختلاف فشار کوچک در مایعات مناسب هستند.

حساسیت مانومتر لوله U معکوس را می توان با جایگزینی هوا با یک سیال مانومتری با وزن مخصوص افزایش داد به طوری که S2 <S1 در این مورد، معادله گیج را می توان به صورت زیر نوشت:

(iii) مانومتر دیفرانسیل لوله U:

در این نوع لوله U بین دو نقطه گیج متصل می شود.

قسمت پایینی لوله مانومتر حاوی یک سیال مانومتری است که سنگین‌تر از مایعی است که فشار آن اندازه‌گیری می‌شود (یعنی S2>S1).

معادله گیج فشار در حالتی که دو نقطه در یک سطح هستند را می توان به صورت زیر نوشت:

در صورتی که نقاط A و B که قرار است اختلاف فشار بین آنها اندازه گیری شود در یک سطح نباشند (شکل) و سیالات موجود در A و B نیز وزن مخصوص متفاوتی داشته باشند، می توان معادله کلی گیج را به صورت زیر نوشت:

(IV) میکرومانومتر:

برای اندازه گیری اختلاف فشار بسیار کم و یا برای سنجش اختلاف فشار با دقت بالا از فرم های خاصی از مانومتر به نام میکرومانومتر استفاده می شود.

میکرومانومترها یا قرائت را بزرگ می کنند یا اجازه می دهند که قرائت ها با دقت بیشتری مشاهده شوند.

مانومتر شامل دو مایع مانومتری با وزن مخصوص متفاوت و غیرقابل اختلاط با یکدیگر و با سیالی است که اختلاف فشار برای آن اندازه گیری می شود.

3. گیج مکانیکی:

گیج‌های مکانیکی آن دسته از دستگاه‌ها و تجهیزات سنجش فشار هستند که یک عنصر الاستیک را در خود جای می‌دهند که تحت تأثیر فشار وارده P منحرف می‌شود و این حرکت پس از بزرگ‌نمایی (بزرگ‌نمایی مکانیکی)، یک اشاره‌گر را به حرکت در می‌آورد که بر خلاف مقیاس محیطی مدرج حرکت می‌کند.

عموماً از این گیج ها برای اندازه گیری فشارهای بالا و در جاهایی که به دقت بالایی نیاز نیست استفاده می شود.

انواع گیج های مکانیکی به شرح زیر است:

گیج فشار لوله بوردون

گیج فشار دیافراگم

فشار سنج دم

فشار سنج Deadweight

مبدل های استرین گیج و مبدل های پیزوالکتریک نیز برای سنجش فشار استفاده می شوند. نمک کوارتز یا روشل نمونه ای از موادی است که در مبدل های پیزوالکتریک استفاده می شود.

بیشتر بخوانید:

اندازه گیری فشار با مانومتر   در صورت هرگونه سوال و نظر با مجموعه پرگاران تماس حاصل فرمایید. جهت کسب اطلاعات بیشتر اینجا کلیک کنید.