ایشاپ صنعت

همه چیز درباره مانومترها - چیست و چگونه کار می کنند

در قلمرو ابزار دقیق، مانومترها به عنوان ابزار ضروری طراحی شده برای اندازه گیری دقیق فشار، اندازه گیری نیروی اعمال شده توسط گازها یا مایعات در واحد سطح ظاهر می شوند. این مقاله سفری جامع را در دنیای پیچیده مانومترها آغاز می‌کند و انواع مختلف، مکانیسم‌های عملیاتی، کاربردها و ملاحظات حیاتی مربوط به کالیبراسیون آنها را آشکار می‌کند. از فشارسنج آشنای مورد استفاده در تنظیمات پزشکی گرفته تا انواع آنالوگ و دیجیتالی آنالوگ و دیجیتال، هر نوع فشارسنج برای ارائه درک کاملی از ساختار و عملکرد آن تشریح می شود. با تعمیق در تعاریف فشار، مفاهیم اساسی از جمله فشار مطلق، گیج، و فشار تفاضلی روشن می‌شوند که زمینه را برای اکتشاف دقیق این ابزارهای حیاتی فراهم می‌کند.

این مقاله انواع مختلف مانومترها را توضیح می‌دهد، نحوه عملکرد آنها را توضیح می‌دهد، کاربردهای آنها را ارائه می‌کند و ملاحظات ضریب تصحیح مورد استفاده برای مانومترها را مورد بحث قرار می‌دهد.

مانومتر چیست؟

مانومتر ابزار دقیقی است که برای اندازه گیری فشار استفاده می شود، که نیرویی است که توسط یک گاز یا مایع در واحد سطح به دلیل تأثیرات وزن آن گاز یا مایع از گرانش اعمال می شود. بسته به نوع و نحوه پیکربندی آنها، مانومترها را می توان برای اندازه گیری مقادیر مختلف فشار تنظیم کرد. یک نوع مانومتر رایج که اکثر مردم با آن آشنا هستند، مانومتری است که پزشکان و متخصصان پزشکی از آن برای اندازه گیری و پایش فشار خون بیمار استفاده می کنند. به این نوع فشارسنج فشارسنج می گویند.

مانومتر چه چیزی را اندازه گیری می کند؟

تعاریف فشار

مرور چند اصل اساسی مربوط به فشار مفید است. فشار اندازه گیری مقدار نیروی (F) است که در واحد سطح (A) اعمال می شود:

بنابراین، واحد اندازه گیری فشار، یک مقدار نیرو تقسیم بر یک مقدار فاصله است. در واحدهای متریک، واحد اندازه گیری فشار نیوتن/(متر)2 است که به نام پاسکال (Pa) شناخته می شود. سایر واحدهای اندازه گیری فشار رایج عبارتند از: پوند بر اینچ مربع (psi)، میلی بار، اتمسفر (اتمسفر)، میلی متر جیوه (میلی متر جیوه)، و اینچ آب (به H2O).

فشار را می توان در سه دسته خاص نشان داد:

فشار مطلق

فشار سنج

فشار دیفرانسیل

فشار مطلق

فشار مطلق مقدار فشاری را که نسبت به فشار صفر مطلق یک خلاء اعمال می شود اندازه گیری می کند. فشار گیج تفاوت بین مقدار اندازه گیری شده فشار و فشار اتمسفر محلی را نشان می دهد (به عنوان یک فشارسنج لاستیک فکر کنید). فشار دیفرانسیل برای توصیف اندازه گیری استفاده می شود که تفاوت بین دو سطح فشار (ناشناخته) است، جایی که فشار مرجع مشخص نشده است، اما اندازه گیری مقدار فشاری که این دو با آن تفاوت دارند هنوز مهم است.

بنابراین فشار کل یا مطلق را می توان بر حسب فشار گیج و فشار اتمسفر به صورت زیر تعریف کرد:

انواع مانومتر

مانومترها را می توان به طور کلی به دو نوع اصلی تقسیم کرد، مانومترهای آنالوگ و مانومترهای دیجیتال، که هر کدام در زیر مورد بحث قرار می گیرند.

مانومترهای آنالوگ و نحوه کار آنها

مانومترهای آنالوگ از سیالی استفاده می کنند که در یک لوله U شکل قرار دارد و با استفاده از اصل تعادل هیدرواستاتیک کار می کند. هنگامی که هر دو انتهای لوله در برابر فشار اتمسفر باز باشد، سیال داخل لوله در هر پایه لوله به ارتفاع مساوی ته نشین می شود. اما اگر فشار مثبت به یکی از پایه های لوله U شکل وارد شود، سطح مایع در آن پا پایین می آید و در پای دیگر بالا می رود. این به این دلیل است که فشار سیال را مجبور می کند که در یک پایه سقوط کند و در پای دیگر بالا بیاید تا زمانی که وزن ستون سیال حاصل از فشار اعمال شده برای مخالفت با مقدار فشار کافی باشد. از این رو، فاصله عمودی بین سطح سیال در دو پایه لوله نشان دهنده میزان فشار اعمال شده است. به این نوع مانومترهای معمولی آنالوگ، مانومترهای لوله U گفته می شود. مقدار فشار (P) که مشاهده می شود تابعی از ارتفاع (h) و چگالی (ρ) سیال مورد استفاده در مانومتر است که مقدار (g) نشان دهنده ثابت گرانشی است.

نوع دیگری از مانومتر آنالوگ، مانومتر چاهی است که گاهی به آن مانومتر مخزن نیز گفته می شود. مانومتر نوع چاه مانند نوع لوله U است، تفاوت در این است که یکی از پایه های U دارای سطح مقطعی است که بسیار بزرگتر از پایه دوم است. این آرایش منجر به حرکت کوچکتر سطح سیال در پای بزرگتر در هنگام قرار گرفتن در معرض فشار می شود، که به طور موثر امکان استفاده از یک ترازو را برای خواندن مقدار فشار می دهد، برخلاف دو مقیاس در سبک لوله U.

مانومترهای شیبدار همانطور که از نام آن پیداست با لوله ای طراحی شده اند که به صورت عمودی قرار نمی گیرد، بلکه در یک زاویه کم نسبت به صفحه افقی قرار می گیرد. این طراحی اجازه می دهد تا مقدار نسبتا کمی تغییر فشار توسط دستگاه مشاهده شود، بنابراین حساسیت و وضوح بهبود یافته را ارائه می دهد.

نوع دیگری از مانومتر، مانومتر مطلق نامیده می شود. مانومترهای مطلق از یک پایه مهر و موم شده استفاده می کنند که اجازه می دهد تنها یک پایه لوله مانومتر در معرض فشار خارجی قرار گیرد. در سمت مهر و موم شده، یک شرایط خلاء وجود دارد که نشان دهنده فشار صفر مطلق مهر و موم شده توسط ستونی از جیوه است. بنابراین، مانومتر به جای فشار سنج یا فشار دیفرانسیل، فشار مطلق را اندازه گیری می کند. این نوع مانومتر می تواند سبک چاهی سبک لوله U که در بالا توضیح داده شد باشد. فشارسنج های جیوه ای که فشار اتمسفر را اندازه گیری می کنند نمونه ای رایج از مانومتر مطلق هستند.

در مانومترهای آنالوگ از سیالات مختلفی استفاده می شود. سیالات معمولی در جدول 1 در زیر نشان داده شده است که گاهی اوقات به آنها سیالات مانومتری نیز گفته می شود. با تغییر سیال مورد استفاده می توان دقت، برد و حساسیت مانومتر آنالوگ را تغییر داد. سیالات با چگالی بالاتر از آب محدوده بالاتر اما وضوح کمتری دارند. به همین ترتیب، کاهش چگالی سیال مانومتریک که سیال نشان دهنده نیز نامیده می شود، دامنه فشار را کاهش می دهد اما حساسیت آن را افزایش می دهد.

مانومترهای دیجیتال و نحوه کار آنها

از مانومترهای دیجیتال می توان برای بررسی نشت گاز و عیوب در سیستم های تهویه مطبوع استفاده کرد. مانومترهای دیجیتال که به عنوان مانومترهای الکترونیکی نیز شناخته می شوند، برای تعیین فشار به تعادل هیدرواستاتیک سیالات متکی نیستند. در عوض، آنها حاوی یک مبدل فشار هستند، دستگاهی که می تواند سطح فشار مشاهده شده را به سیگنال الکتریکی تبدیل کند که مقدار مشخصه آن متناسب یا نماینده ای برای بزرگی فشار است. بخش الاستیک مبدل تحت فشار منحرف می‌شود و سپس آن انحراف به یک مقدار پارامتر الکتریکی تبدیل می‌شود که می‌تواند تشخیص داده شود و به اندازه فشار کالیبره شود. مبدل‌های فشار معمولاً از یکی از سه نوع پارامتر الکتریکی - مقاومتی، خازنی یا القایی استفاده می‌کنند.

مبدل های مقاومتی منجر به تغییر شکل مقاومت الکتریکی یک کرنش سنج می شوند.

مبدل های خازنی به تغییرات در مقدار خازن مشاهده شده در نتیجه تغییر شکل تغییر موقعیت نسبی دو صفحه یک خازن متکی هستند.

مبدل های القایی از تغییر شکل بخش الاستیک برای تغییر حرکت خطی یک هسته فرومغناطیسی متصل در یک سیم پیچ یا سلف استفاده می کنند. این حرکت جریان القایی emf و AC تولید شده در سیم پیچ را تغییر می دهد.

برای انجام اندازه‌گیری در فشارهای بسیار پایین، انواع دیگری از سبک‌های مبدل فشار استفاده می‌شود، از جمله گیج پیرانی، مبدل نوع ترموکوپل و یونیزاسیون. مانومترهای کم فشار را میکرومانومتر نیز می نامند.

مانومترهای دیجیتال برخی از مزیت ها نسبت به مدل های آنالوگ. مانومتر دیجیتال:

از نظر اندازه قابل حمل هستند، وزن کمتری دارند و نمایشگرهایی برای خواندن آسان دارند.

می تواند با یک کامپیوتر یا کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) ارتباط برقرار کند.

به استفاده از مایعات مانومتری که برخی از آنها (مثلا جیوه) می توانند سمی باشند، اعتماد نکنید.

مشمول مسائل مربوط به خواص سیال که می تواند بر دقت اندازه گیری ها تأثیر بگذارد، نیستند.

می تواند انحراف از شرایط استاندارد را از طریق برنامه نویسی نرم افزار اصلاح کند.

با این حال، از آنجایی که آنها یک استاندارد اولیه نیستند، به کالیبراسیون دوره ای در برابر استاندارد اولیه نیاز دارند.

اصلاحات خواص سیال قابل اعمال در مانومتر

مانومترهای آنالوگ که به خواص سیالات متکی هستند، نیاز به اصلاح دارند. چگالی سیالات با دما ثابت نیست و قدرت میدان گرانشی به عنوان تابعی از ارتفاع از سطح دریا و عرض جغرافیایی متفاوت است. این حقایق استفاده از روش‌های اصلاحی و نیاز به ایجاد مراجع استاندارد را الزامی می‌سازد تا بتوان تعریفی از فشار ایجاد کرد و بر آن توافق کرد. مرجع 5 زیر حاوی توضیح کاملی از روش شناسی های اعمال شده برای این اصلاحات است که در اینجا فقط به طور خلاصه ارائه شده است.

تصحیح برای چگالی سیال - برای این واقعیت تنظیم می شود که چگالی سیال نشان دهنده با دما ثابت نیست.

تصحیح برای میدان گرانشی - برای تغییر در قدرت میدان گرانشی در یک ارتفاع و عرض جغرافیایی معین، نسبت به مقدار آن در سطح دریا و عرض جغرافیایی 45.54oN تنظیم می شود.

تصحیح برای سر فشار - تنظیم برای تفاضل بین چگالی ستون سیال و فشار محیط فشار با همان ارتفاع

تصحیح برای تغییرات مقیاس - این واقعیت را تنظیم می کند که درجه بندی های مقیاس مشخص شده به دلیل تغییر در دمایی که در آن اندازه گیری فشار انجام می شود فاصله جدایی خود را تغییر می دهد (این به دلیل انبساط/انقباض حرارتی ماده ای است که مقیاس از آن انجام می شود. ساخته شده)

تصحیح برای تراکم پذیری سیالات - این اصلاح عمدتاً در فشارهای بالاتر که در آن چگالی سیال ممکن است به دلیل فشرده شدن سیال تغییر کند، اعمال می شود.

اصلاحات دیگر - اینها شامل جذب گاز توسط سیال است که می تواند چگالی آن را تغییر دهد، و همچنین اثر مویرگی که بر نحوه تفسیر خوانش از مقیاس تأثیر می گذارد.

نحوه استفاده از مانومترها

مانومترها در صنایع مختلفی استفاده می شوند و می توانند فشار و دبی را اندازه گیری کنند. کاربردهای رایج عبارتند از:

تعمیر و نگهداری سیستم های HVAC

پایش هواشناسی و شرایط جوی

پایش فشار گاز در سیستم های لوله کشی

اندازه گیری جریان سیال

اندازه گیری های فیزیولوژیکی مانند فشار خون

نظارت بر عملکرد سیستم های کمپرسور