گیج فشار: نظارت بر فشار در سیستم‌ها

در گستره وسیع صنایع، از پالایشگاه‌های عظیم نفت و نیروگاه‌های تولید برق گرفته تا سیستم‌های آب‌رسانی خانگی و خطوط تولید مواد غذایی، "فشار" یکی از مهم‌ترین و حیاتی‌ترین پارامترهایی است که باید به دقت پایش و کنترل شود. نوسانات یا انحراف فشار از مقادیر ایمن می‌تواند منجر به بروز حوادث فاجعه‌بار، کاهش راندمان فرآیندها، افت کیفیت محصول یا حتی از کار افتادن کامل سیستم‌ها شود. در این میان، گیج فشار (Pressure Gauge) به عنوان یک ابزار اندازه‌گیری ساده اما فوق‌العاده کاربردی، نقش چشمی دقیق را ایفا می‌کند که مهندسان و اپراتورها را قادر می‌سازد تا به صورت لحظه‌ای و بصری از وضعیت فشار در یک سیستم آگاه شوند.

۱. گیج فشار چیست؟ (ابزاری برای نمایش فشار)

گیج فشار، دستگاهی مکانیکی یا الکترومکانیکی است که برای اندازه‌گیری و نمایش فشار یک سیال (مایع یا گاز) در یک سیستم بسته یا باز طراحی شده است. هدف اصلی آن، فراهم آوردن یک نمایش بصری و آنی از فشار داخلی سیستم است تا کاربران بتوانند از عملکرد صحیح آن اطمینان حاصل کرده و در صورت لزوم، اقدامات کنترلی یا اصلاحی را انجام دهند. گیج‌های فشار مقادیر را در واحدهای استاندارد بین‌المللی مانند پوند بر اینچ مربع (psi)، بار (bar)، کیلوپاسکال (kPa)، مگاپاسکال (MPa)، میلی‌متر جیوه (mmHg) یا فوت آب (ft H2O) نمایش می‌دهند.

خرید پرشر گیج از ابزار سنجش

۲. تاریخچه مختصر گیج‌های فشار

مفاهیم اولیه اندازه‌گیری فشار به قرن هفدهم و ابداع بارومتر توسط "اوانجلیستا توریچلی" (Evangelista Torricelli) در سال ۱۶۴۳ بازمی‌گردد. اما توسعه گیج‌های فشار مکانیکی دقیق برای کاربردهای صنعتی، در قرن نوزدهم به اوج خود رسید. "اوژن بوردون" (Eugène Bourdon)، مهندس فرانسوی، در سال ۱۸۴۹ "لوله بوردون" (Bourdon Tube) را اختراع و ثبت کرد که انقلابی در اندازه‌گیری فشار ایجاد نمود. این اختراع، اساس کار بسیاری از گیج‌های فشار مدرن را تشکیل می‌دهد. از آن زمان، گیج‌های فشار با پیشرفت در مواد، دقت، دوام و اضافه شدن قابلیت‌های دیجیتال، به تکامل خود ادامه داده‌اند.

۳. مفاهیم پایه در اندازه‌گیری فشار

برای درک عملکرد گیج‌های فشار، آشنایی با مفاهیم زیر ضروری است:

• فشار (Pressure): به عنوان نیروی وارد بر واحد سطح تعریف می‌شود (P=F/A).

• فشار اتمسفریک (Atmospheric Pressure): فشاری است که توسط ستون هوای جو زمین بر سطح اعمال می‌شود. (در سطح دریا تقریباً ۱۴.۷ psi یا ۱ بار است).

• فشار گیج (Gauge Pressure): فشاری است که گیج‌ها اندازه‌گیری می‌کنند و نسبت به فشار اتمسفریک سنجیده می‌شود. اگر فشار گیج مثبت باشد، به معنای فشار بالاتر از جو است و اگر منفی باشد، نشان‌دهنده خلاء یا فشار کمتر از جو است. (Pگیج​=Pمطلق​−Pاتمسفریک​)

• فشار مطلق (Absolute Pressure): فشاری است که نسبت به یک خلاء کامل (فشار صفر مطلق) سنجیده می‌شود. (Pمطلق​=Pگیج​+Pاتمسفریک​)

• فشار تفاضلی (Differential Pressure): اختلاف فشار بین دو نقطه در یک سیستم است. این نوع فشار برای اندازه‌گیری دبی جریان، سطح مایع یا افت فشار در فیلترها استفاده می‌شود.

• خلاء (Vacuum): فشاری است که کمتر از فشار اتمسفریک باشد. گیج‌های خلاء، فشار را در محدوده زیر فشار جو نمایش می‌دهند.

۴. اجزای اصلی یک گیج فشار

یک گیج فشار معمولی (نوع مکانیکی) از چندین جزء اصلی تشکیل شده است:

• عنصر حسگر (Sensing Element): این بخش قلب گیج فشار است و وظیفه تبدیل فشار سیال به یک حرکت مکانیکی را بر عهده دارد. رایج‌ترین انواع آن عبارتند از:

  • لوله بوردون (Bourdon Tube): رایج‌ترین عنصر حسگر است که به شکل یک لوله C-شکل، مارپیچ یا حلزونی است. با اعمال فشار به داخل لوله، تمایل به صاف شدن پیدا می‌کند و این تغییر شکل به حرکت مکانیکی تبدیل می‌شود و در موتور برق jiangdong استفاده می شود..

  • دیافراگم (Diaphragm): یک غشای نازک و انعطاف‌پذیر است که تحت تأثیر فشار تغییر شکل می‌دهد. مناسب برای اندازه‌گیری فشارهای پایین، یا سیالات خورنده و ویسکوز که ممکن است به لوله بوردون آسیب برسانند.

  • بلوز (Bellows): عنصری آکاردئونی‌شکل و بسیار حساس است که با اعمال فشار منبسط یا منقبض می‌شود. معمولاً برای اندازه‌گیری فشارهای بسیار پایین یا خلاء استفاده می‌شود.

• مکانیزم حرکتی (Movement Mechanism): مجموعه‌ای از چرخ‌دنده‌ها و اهرم‌های دقیق است که حرکت کوچک عنصر حسگر را تقویت کرده و به عقربه منتقل می‌کند. این مکانیزم دقت و پاسخگویی گیج را تضمین می‌کند.

• صفحه مدرج (Dial/Scale): صفحه‌ای دایره‌ای شکل و مدرج است که واحدها و محدوده فشار روی آن مشخص شده‌اند.

• عقربه (Pointer): عقربه‌ای که روی صفحه مدرج حرکت می‌کند و مقدار فشار اندازه‌گیری‌شده را نشان می‌دهد.

• محفظه (Case): پوششی محکم که از اجزای داخلی گیج در برابر گرد و غبار، رطوبت، ضربه و سایر عوامل محیطی محافظت می‌کند. معمولاً از جنس فولاد ضد زنگ، پلاستیک یا برنج ساخته می‌شود.

• اتصال فشار (Process Connection): بخش رزوه‌دار گیج است که به لوله یا مخزن فرآیند متصل می‌شود (مانند NPT، BSP).

• شیشه محافظ (Window): پوشش شفاف (از جنس شیشه یا پلاستیک) که از صفحه مدرج و عقربه محافظت کرده و امکان مشاهده مقدار فشار را فراهم می‌کند.

۵. نحوه عملکرد گیج فشار

نحوه عملکرد یک گیج فشار مکانیکی، به خصوص نوع لوله بوردون (که رایج‌ترین است)، بر پایه اصل تغییر شکل الاستیک عنصر حسگر استوار است:

1. اعمال فشار: سیال تحت فشار از طریق اتصال فشار وارد عنصر حسگر (مانند داخل لوله بوردون) می‌شود.

2. تغییر شکل عنصر حسگر: فشار سیال باعث می‌شود عنصر حسگر دچار تغییر شکل الاستیک شود (مثلاً لوله بوردون سعی می‌کند صاف شود). میزان این تغییر شکل مستقیماً با فشار اعمال شده متناسب است.

3. انتقال و تقویت حرکت: حرکت بسیار کوچک عنصر حسگر (مثلاً نوک لوله بوردون) از طریق یک اهرم به مکانیزم چرخ‌دنده‌ای منتقل می‌شود. این مکانیزم، حرکت کوچک را تقویت کرده و آن را به یک حرکت چرخشی بزرگ‌تر برای عقربه تبدیل می‌کند.

4. نمایش فشار: عقربه به سمت مقدار فشار صحیح روی صفحه مدرج حرکت می‌کند و نمایش بصری و لحظه‌ای فشار سیستم را فراهم می‌آورد.

5. پر شدن با مایع (اختیاری): در برخی گیج‌ها، محفظه با مایعی مانند گلیسیرین یا روغن سیلیکون پر می‌شود. این مایع به جذب لرزش‌های ناشی از فرآیند یا محیط کمک کرده، از نوسانات شدید عقربه جلوگیری می‌کند، قطعات متحرک را روغن‌کاری می‌کند و از تشکیل میعان در داخل گیج (که می‌تواند دید را مختل کند) جلوگیری می‌نماید.

کاربردهای گیج فشار

گیج‌های فشار در طیف وسیعی از صنایع و کاربردها ضروری هستند:

• صنایع فرآیندی: نفت و گاز، پتروشیمی، شیمیایی، نیروگاه‌ها، آب و فاضلاب، داروسازی، غذا و نوشیدنی (برای پایش فشار در مخازن، خطوط لوله، پمپ‌ها، کمپرسورها، فیلترها).

• سیستم‌های حرارتی و برودتی (HVAC): بویلرها، چیلرها، سیستم‌های تبرید و داکت اسپلیت ogeneral.

• پمپ‌ها و کمپرسورها: پایش فشار خروجی و ورودی.

• سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک: ماشین‌آلات صنعتی، ابزارهای بادی.

• تجهیزات پزشکی: دستگاه‌های اندازه‌گیری فشار خون، مخازن اکسیژن.

• صنایع خودرو: گیج فشار تایر، گیج فشار روغن موتور.

• کاربردهای عمومی: سیستم‌های آبیاری، کپسول‌های آتش‌نشانی، سیلندرهای گاز و ساخت پنل خورشیدی yinglisolar.

سخن پایانی

گیج فشار، با وجود سادگی ظاهری خود، یکی از پرکاربردترین و حیاتی‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری در دنیای مدرن است. این دستگاه‌ها با فراهم آوردن اطلاعات بصری و لحظه‌ای از وضعیت فشار، به اپراتورها کمک می‌کنند تا سیستم‌ها را ایمن‌تر، کارآمدتر و با کیفیت بالاتری مدیریت کنند. از ایمنی کارکنان و جلوگیری از آسیب به تجهیزات گرفته تا بهینه‌سازی مصرف انرژی و بهبود کیفیت محصول، گیج‌های فشار نقشی غیرقابل جایگزین در تمامی فرآیندهای متکی بر سیالات ایفا می‌کنند و حضور آن‌ها در هر گوشه از فناوری مدرن قابل مشاهده است.