?گیج‌های فشار از مهمترین ابزارهای اندازه‌گیری در صنعت و علوم مختلف به شمار می‌روند. این ابزارها نقش حیاتی در اندازه‌گیری، نمایش و کنترل فشار سیالات (مایعات و گازها) در سیستم‌های مختلف ایفا می‌کنند. از کاربردهای روزمره مانند اندازه‌گیری فشار باد لاستیک خودرو گرفته تا فرآیندهای پیچیده صنعتی و پزشکی، گیج‌های فشار در همه جا حضور دارند. این مقاله به بررسی جامع مفهوم فشار، انواع گیج‌های فشار، اصول کارکرد آنها، کاربردهای متنوع و روند توسعه این فناوری می‌پردازد.
مفهوم فشار و واحدهای اندازه‌گیری
فشار به صورت نیرو بر واحد سطح تعریف می‌شود و در سیستم بین‌المللی یکاها (SI)، واحد اصلی آن پاسکال (Pa) است که معادل یک نیوتن بر متر مربع (N/m²) می‌باشد. البته در صنعت و کاربردهای مختلف، واحدهای دیگری نیز برای بیان فشار استفاده می‌شوند:
فشار در سه مفهوم اصلی بیان می‌شود:
فشار مطلق (Absolute Pressure): فشار واقعی یک سیال نسبت به خلأ کامل (صفر مطلق)
فشار گیج (Gauge Pressure): فشار اندازه‌گیری شده نسبت به فشار اتمسفر محیط
فشار تفاضلی (Differential Pressure): اختلاف فشار بین دو نقطه
تاریخچه اندازه‌گیری فشار به قرن 17 میلادی برمی‌گردد:
1643: اوانجلیستا توریچلی، بارومتر جیوه‌ای را اختراع کرد که اولین ابزار اندازه‌گیری فشار اتمسفر بود.
1661: بلز پاسکال، اصول انتقال فشار در سیالات را کشف کرد که بعدها به قانون پاسکال معروف شد.
قرن 19: گیج‌های فشار مکانیکی با استفاده از لوله‌های بوردن توسعه یافتند.
قرن 20: گیج‌های الکترونیکی و دیجیتال ظهور کردند.
قرن 21: سنسورهای هوشمند و سیستم‌های اندازه‌گیری فشار متصل به شبکه (IoT) به بازار آمدند.
انواع گیج‌های فشار
گیج‌های فشار را می‌توان بر اساس مکانیسم عملکرد، دقت، محدوده کاربرد و فناوری ساخت طبقه‌بندی کرد. در ادامه مهمترین انواع گیج‌های فشار معرفی می‌شوند:
1. گیج‌های فشار مکانیکی
الف) گیج‌های لوله بوردن (Bourdon Tube Gauges)
لوله بوردن یکی از رایج‌ترین و قدیمی‌ترین طراحی‌های گیج فشار است که در سال 1849 توسط یوجین بوردن اختراع شد. این گیج از یک لوله فلزی خمیده با مقطع بیضوی تشکیل شده که یک انتهای آن بسته است و انتهای دیگر به منبع فشار متصل می‌شود. با افزایش فشار، لوله تمایل به صاف شدن پیدا می‌کند و این حرکت توسط یک مکانیسم چرخ‌دنده و اهرم به عقربه منتقل می‌شود.
مزایا:
ساده و مقاوم
نیاز به انرژی الکتریکی ندارد
قابل استفاده در محدوده وسیعی از فشارها
معایب:
دقت کمتر نسبت به گیج‌های الکترونیکی
حساس به ضربه و ارتعاش
نیاز به کالیبراسیون منظم
اصول کالیبراسیون گیج‌های فشار
کالیبراسیون گیج‌های فشار برای اطمینان از صحت و دقت اندازه‌گیری‌ها ضروری است. این فرآیند شامل مقایسه نتایج اندازه‌گیری گیج مورد نظر با یک استاندارد مرجع دقیق‌تر است. روش‌های کالیبراسیون شامل:
کالیبراسیون با وزنه مرده (Dead Weight Tester): در این روش از وزنه‌های دقیق برای ایجاد فشار استاندارد استفاده می‌شود.
کالیبراسیون با مانومتر مرجع: مقایسه نتایج گیج با یک مانومتر استاندارد با دقت بالاتر
کالیبراسیون با پمپ فشار دستی: برای گیج‌های با محدوده فشار پایین
عوامل موثر بر دقت گیج‌های فشار:
هیسترزیس (پسماند)
غیرخطی بودن
اثرات دمایی
اثرات ارتعاش و ضربه
فرسودگی مکانیکی
کاربردهای گیج‌های فشار
گیج‌های فشار در طیف وسیعی از صنایع و کاربردها استفاده می‌شوند:
1. صنایع نفت، گاز و پتروشیمی
کنترل فشار خطوط لوله
نظارت بر مخازن تحت فشار
اندازه‌گیری فشار چاه‌های نفت و گاز
کنترل فرآیندهای پالایشگاهی
2. صنایع تولیدی و کارخانه‌ای
سیستم‌های پنوماتیک و هیدرولیک
ماشین‌آلات تزریق پلاستیک
کنترل فشار بخار در دیگ‌های بخار
سیستم‌های خلأ صنعتی
روند توسعه و فن آوری های مدرن در دستگاه های اندازه گیری فشار
روند توسعه دستگاه های اندازه گیری فشار در سالهای اخیر برای اطلاعات ، فشار و ادغام در سیستم های اینترنتی اشیاء انجام شد. برخی از فن آوری های جدید در این زمینه عبارتند از:
1. دستگاه چاپ هوشمند
این دستگاه های اندازه گیری می توانند داده ها را پردازش کنند ، خطاها و اتصالات شبکه را کشف کنند. شما می توانید:
آماده سازی و کالیبراسیون.
اطلاعات منتقل شده بی سیم
صدور هشدارهایی برای پیش بینی نگهداری
نتیجه ای پیدا نشد
2. سنسورهای MEMS (سیستم های میکرو برقی)
فناوری MEMS ساخت سنسورهای فشار بسیار کوچک را به شرح زیر امکان پذیر کرد:
طول و وزن کمتری دارند
شما مصرف انرژی کم دارید
شما توانایی اندازه گیری هزینه های پایین را دارید
مناسب برای برنامه های پزشکی و تلفن همراه
1 سنسورهای فشار بینایی
این سنسورها به دلیل فشار از خواص نور برای مواد نوری یا فیبر استفاده می کنند:
اختلال الکترومغناطیسی
مناسب برای محیط های خطرناک و انفجاری
اندازه گیری طولانی
1. سانسور بی سیم و خود
این سنسورها انرژی مورد نیاز شما را از محیط (لرزش ، گرما ، تابش) فراهم می کنند:
به کابل های خارجی و منبع تغذیه احتیاج ندارید
مناسب برای نکات موجود نیست
دریافت هزینه های نصب و نگهداری کمتر
سخنرانی نهایی
دستگاه های اندازه گیری فشار ابزارهای اساسی در بسیاری از صنایع و فناوری های مدرن هستند. به طور کامل می توانید انواع مختلفی از طراحی و اصول عملکرد خود را در شرایط مختلف فعال کنید. آخرین پیشرفت در الکترونیک ، فناوری دقیق و NEANO و همچنین در اینترنت اشیاء ، افق های جدیدی را برای صحت ، کارآیی و هوش این ابزارها باز کرده است.
