انواع فشارسنج در صنعت + بررسی کاربرد، شباهت‌ها و تفاوت

فشار یک کمیت مهم در صنعت برای کنترل پروسه‌های مختلف است و اندازه‌گیری دقیق و سریع  آن هم از اهمیت بسیاری برخوردار است. این کمیت در مواردی مانند ارتفاع‌سنجی سطح مایعات و اندازه‌گیری سرعت سیالات و فلو کاربرد دارد، ازاین‌رو فشارسنج‌های مختلفی ابداع شده‌اند. فشارسنج صنعتی ابزاری است که توانایی اندازه‌گیری فشار را در زمان کم و با دقت بالا دارد و می‌تواند میزان فشار اندازه‌گیری شده را در لحظه نمایش دهد.

در فرآیندهای صنعتی لازم است فشار به‌صورت مداوم کنترل شود، در غیر این صورت آسیب‌های جبران ناپذیری نظیر خراب شدن بخشی و یا کل سیستم، آسیب به اپراتور، خراب شدن محصولات تولیدی، آتش‌سوزی و… رخ می‌دهد. فشارسنج‌های صنعتی انواع مختلفی دارند و از آن‌ها به‌طور گسترده در صنایعی مانند صنعت نفت، گاز، پتروشیمی، پالایشگاه، فولاد، نیروگاه‌ها و… استفاده می‌شود. برای آشنایی کامل با انواع فشارسنج‌های صنعتی و اطلاع از کاربردها، شباهت‌ها و تفاوت‌های آن‌ها با یکدیگر در ادامه همراه ما باشید.

فشارسنج صنعتی چیست؟

فشارسنج صنعتی تجهیزی است که فشار سیالات را اندازه‌گیری کرده و نمایش می‌دهد. فشارسنج‌های صنعتی که با نام مانومتر نیز شناخته می‌شوند، بر اساس نوع کاربرد، محل نصب، چگونگی استفاده از آن‌ها و سیال مورد اندازه‌گیری، در انواع مختلفی وجود دارند.

چرا اندازه‌گیری فشار فرآیندها مهم است؟

کنترل فرآیند‌های صنعتی برای عملکرد ایمن و بهینه تجهیزات، موضوعی بسیار مهم است. صنایع، مواد اولیه همچون نفت خام، مواد معدنی، مواد گیاهی و… را به پلاستیک، لاستیک، کاغذ، منسوجات، مواد مصرفی و سایر محصولات مورد نیاز تبدیل می‌کنند. برای اطمینان از صحت و رعایت استانداردهای لازم، از فشارسنج‌های مناسب استفاده می‌شود تا دستگاه‌ها و تجهیزات عملکرد درستی داشته باشند.

اندازه‌گیری و کنترل فشار سیال در فرآیندها امری ضروری و مهم است، چراکه فشارسنج‌ها می‌توانند مقدار فشار سیالات را اندازه‌گیری کنند و سیگنالی الکتریکی را به‌عنوان تابعی از فشار واردشده تولید کنند.

انواع فشارسنج صنعتی کدام است؟

همانطور که اشاره شد، فشارسنج یکی از مهم‌ترین دستگاه‌های اندازه‌گیری صنعتی است که در اغلب صنایع کاربرد دارد. این دستگاه انواع مختلفی داشته که باید قبل از انتخاب و خرید با آن‌ها آشنا شوید. در هنگام انتخاب فشارسنج مناسب باید به قطر صفحه نمایش، دقت اندازه‌گیری، محدوده فشار خلاء، سیال موردنظر، بودجه، مقیاس اندازه‌گیری و… توجه کنید.

فشارسنج صنعتی باید بتواند فشار محیط یا سیستم را با دقت و سرعت بالا اندازه‌گیری کند. به عبارت دیگر یک گیج فشار خوب، فشار سیستم را به دقت اندازه‌گیری می‌کند و فشار اندازه‌گیری شده را در کمترین زمان روی صفحه نمایش خود نشان می‌دهد. در ادامه با انواع فشارسنج‌های صنعتی آشنا خواهید شد.

انواع فشارسنج‌های صنعتی از نظر نوع محصول

در این قسمت از مقاله به معرفی انواع فشارسنج‌های صنعتی از نظر نوع محصول پرداخته‌ایم و مزایا و معایب هر یک از آن‌ها را بررسی کرده‌ایم.

1- فشارسنج عقربه‌ای

فشارسنج آنالوگ یا عقربه‌ای از قدیمی‌ترین ابزار دقیق در صنایع برای نشان دادن مقدار فشار است که به‌دلیل قیمت مناسبی که دارد یکی از پرمصرف‌ترین فشارسنج‌های صنعتی محسوب می‌شود. این فشارسنج از طریق لوله‌ای با دیواره‌ای نازک که در انتهای آن لوله‌ای دیگر است که به مخزن حاوی سیال متصل می‌شود، میزان فشار را اندازه‌گیری می‌کند. یک عقربه بر روی صفحه فشارسنج کالیبره شده است که به‌سادگی مقادیر فشار در گستره‌ای وسیع تا 1000 بار را اندازه‌گیری می‌کند. از انواع فشارسنج عقربه‌ای می‌توان به گیج فشار لوله بردون، گیج فشار دیفرانسیل و گیج اختلاف فشار اشاره کرد.

مزایای فشارسنج عقربه‌ای:

• فشارسنج‌های عقربه‌ای به‌دلیل ساختار ساده و عدم استفاده از قطعات الکترونیکی پایداری بالایی دارد.
• این نوع فشارسنج به‌دلیل عدم استفاده از قطعات پیچیده، نسبتاً ارزان است و می‌تواند جایگزین مناسبی برای فشارسنج‌های گران‌قیمت باشد.
• فشارسنج‌های آنالوگ به‌دلیل عدم استفاده از قطعات الکترونیکی، در مقابل نوسانات و اختلالات برقی مقاوم هستند و عملکرد مطمئنی دارند.

معایب مانومتر عقربه‌ای:

• فشارسنج عقربه‌ای نسبت به دیگر نمونه‌های مشابه دقت کمتری دارد.
• این نوع فشارسنج برای داشتن دقت بالا نیاز به کالیبره کردن دارد.
• برای تغییر محدوده فشار، باید به‌صورت دستی دستگاه را تنظیم کرد.
• فشارسنج‌های عقربه‌ای به‌دلیل استفاده از مایع درون دستگاه، حساسیت بالایی نسبت به تغییرات دما دارند و ممکن است در دماهای بسیار بالا یا پایین، دقت آن‌ها کاهش پیدا کند.

2- فشارسنج دیجیتال

این نوع فشارسنج صنعتی، داده‌ها را به‌صورت عدد نشان می‌دهد. فشارسنج دیجیتال برای قرائت دقیق از ارتفاع مناسب است و برای مراکز هواشناسی که به‌دنبال اطلاعات دقیق از فشار هوا هستند، مناسب است. فشارسنج‌های دیجیتال دارای یک سنسور حساس هستند که به کمک مدار الکترونیکی می‌توانند مقادیر نیروی وارد شده بر سنسور را به‌صورت پارامتر الکتریکی نشان دهند. فشارسنج‌های دیجیتال دارای امکاناتی نظیر ثبت مقادیر ماکزیمم و مینیمم در حافظه داخلی و همچنین امکان کالیبره کردن آسان هستند.

اگر در شرایطی دقت بالا موردنیاز باشد، فشارسنج‌های دیجیتال می‌توانند جایگزین مناسبی برای گیج‌های فشار عقربه‌ای باشند. فشارسنج‌های دیجیتال در انواع مختلفی نظیر خازنی، پیزو مقاومتی، پیزو الکتریک، نوری، تشدیدی و پتانسیومتری موجود هستند.

مزایای فشارسنج دیجیتال:

• قابلیت ذخیره و نگهداری اطلاعات قبلی بر روی حافظه
• کاربری آسان و راحتی استفاده از فشارسنج
• دقت بالاتر نسبت به فشارسنج‌های عقربه‌ای

معایب فشارسنج دیجیتال:

• برای کاربر کار با گیج‌های عقربه‌ای آسان‌تر بوده و مقایسه بصری بین مقادیر راحت‌تر است.
• فشار سنج دیجیتال همواره به منبع تغذیه نیاز دارد.
• از آنجایی که در دستگاه‌های دیجیتال از تجهیزات پیشرفته استفاده می‌شود، این فشارسنج از قیمت بالاتری برخوردار است.

3- گیج اختلاف فشار

گیج اختلاف فشار یا فشارسنج تفاضلی، هم می‌تواند آنالوگ و هم دجیتال باشد که توانایی اندازه‌گیری و مقایسه فشار دو یا چند نقطه را دارد. این نوع فشارسنج در برخی موارد خروجی سوئیچ هم می‌دهد و برای کنترل اختلاف فشار کم مورد استفاده قرار می‌گیرد. فشارسنج‌های تفاضلی معمولاً اختلاف فشار را با پاسکال و یا میلی‌بار نشان می‌دهند.

گیج اختلاف فشار بر مبنای فشارسنج بوردون طراحی شده است و صرفاً نحوه تشخیص فشار در این دو دستگاه با یکدیگر متفاوت است. در فشارسنج بوردون از یک لوله آلیاژی برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌شود، اما در فشارسنج‌های تفاضلی، اختلاف فشار به‌صورت سیلندری اندازه‌گیری می‌شود.

در سیستم‌هایی که واکنش شیمیایی به‎صورت سربسته انجام می‌شود، کنترل فشار در دو طرف واکنش اهمیت ویژه‌ای دارد، ازاین‌رو گیج اختلاف فشار به کاربر کمک می‌کند که این اختلاف را حفظ کرده و به انجام‌پذیری واکنش کمک کند.

کاربردهای متعددی برای استفاده از گیج اختلاف فشار وجود دارد که به‌طور مستقیم بر نحوه انجام یک فرآیند تأثیرگذار است. به همین خاطر در صنایع مختلف و به‎ویژه در صنعت نفت و پتروشیمی فشارسنج‌های تفاضلی به وفور دیده می‌شوند و مهندسین اهمیت ویژه‌ای به این ابزار می‌دهند.

مزایای گیج اختلاف فشار:

• قابلیت اندازه‌گیری اختلاف فشار برای سیالات گازی و مایع در مخزن یا سیستم لوله‌کشی
• امکان مانیتورینگ و نظارت بر فرآیند فیلتراسیون در پالایشگاه‌ها
• مقرون‌به‌صرفه‌تر از سایر ابزارهای پیچیده اندازه‌گیری سطح مایع

معایب گیج اختلاف فشار:

• دقت محدود در بسیاری از کاربردها
• عمرمحدود به‌ازای شوک یا لرزش مداوم

4- ترانسمیتر فشار

ترانسميتر فشار از تجهيزات پرکاربرد ابزار دقيق در كنترل فرآیندهای مختلف صنعتی است. این ابزار یکی از قطعاتی است که در فشارسنج نهایی تولید شده مورد استفاده قرار می‌گیرد. اين دستگاه علاوه بر كنترل فشار و نمايش میزان آن، به‌عنوان ترانسميتر مقدار سطح مايعات استفاده می‌شود و همچنين مدل ديفرانسيلي آن در مانيتورينگ فلو و فلومتري کاربرد دارد.

ترانسمیتر فشار سیگنال‌های مرتبط به فشار را از طریق سنسور دریافت می‌کند، سپس این سیگنال‌ها را به سیگنال‌های قابل تفسیری تبدیل کرده و سپس نتیجه را مستقیماً به خروجی که ممکن است نمایشگر دیجیتال یا آنالوگ باشد، ارسال می‌کند و یا اطلاعات را به کنترلر ارسال می‌فرستد. این ابزار برای اندازه‌گیری فشار در ماشین‌آلات صنعتی به کار می‌رود و به کاربر پیش از وقوع حادثه هشدار می‌دهد.

مزایای ترانسمیتر فشار:

• مقاومت بالا در برابر میدان‌های الکترومغناطیسی و میدان‌های تابشی
• قابلیت اتصال به سیستم‌های جانبی نظیر مدار‌های الکترونیکی
• انعطاف‌پذیری و ایمنی بالا
• مناسب برای اندازه‌گیری مواد پرخطر در محیط‌های کاری خطرناک
• امکان تشخیص فرسودگی و شکستگی ابزار و یا تشخیص تراکم و گرفتگی آن ها

معایب ترانسمیتر فشار:

• بالا بودن قیمت آن در مقایسه با سایر ابزارآلات مربوط به اندازه‌گیری فشار
• عدم مقاومت کافی در برابر رطوبت
• نیاز به نصب تخصصی توسط افراد ماهر

انواع فشارسنج صنعتی از نظر روش اندازه‌گیری

در این قسمت قصد داریم به معرفی انواع فشارسنج‌های صنعتی از نظر روش اندازه‌گیری بپردازیم و مزایا و معایب هر یک از آن‌ها را مورد بررسی قرار دهیم.

1- فشارسنج هيدرواستاتيكی

فشارسنج هیدرواستاتیکی فشار را از طریق نيروي هيدرواستاتيکی که بر واحد سطح در پائينی‌ترين موقعيت ستون سيالی که درون لوله قرار دارد، محاسبه می‌کند. اندازه‌گيري فشار به‌وسیله این نوع فشارسنج مستقل از نوع سیالی است که اندازه‌گيري مي‌شود.

مزایای فشارسنج هيدرواستاتيکی:

1. هزینه نصب و تعمیر پایین
2. کالیبراسیون آسان
3. طول عمر بالا
4. دقت بالا

معایب فشارسنج هيدرواستاتيکی:

1. پاسخ ديناميکي ضعيف
2. گران‌قیمت‌تر از فشارسنج‌های ساده‌تر

2- فشارسنج پيستونی

اين نوع فشارسنج که با نام آزمونگر بارراكد نیز شناخته می‌شود، از دقت بالايي برخوردار بوده و به‌عنوان استاندارد مرجع براي کاليبراسيون دیگر وسايل اندازه‌گيري فشار استفاده می‌شوند. این ابزار براساس ايجاد توازن و تعادل بين فشار يک سيال با يک جسم جامد يا نيروي کشش فنر کار می‌کند.

مزایای فشارسنج پیستونی:

• دقت و سرعت بالا
• مناسب برای صنایع مهندسی
• قیمت پایین

معایب فشارسنج پیستونی:

از آنجایی که پیستون و سیلندر پیستون از کاربید تنگستن ساخته شده‌اند و جنس گیج فشار نیز از فولاد ضدزنگ (استنلس استیل) است، وزن این فشارسنج صنعتی کمی بالاست.

3- فشارسنج ستون مايع

این ابزار همانطور که از نامش مشخص است، از يک ستون عمودی مايع ساخته شده است که درون يک لوله که دو انتهای آن در معرض دو فشار مختلف هستند، قرار دارد. فشارسنج‌های ستون مایع، به شکل U ساخته می‌شوند و نصف آن‌ها از مايع پرشده است؛ يک سمت این نوع فشارسنج به فشار تحت اندازه‌گيری و سمت ديگر آن به فشار مرجع وصل می‌شود. اختلاف سطح مايع در دو طرف لوله، معياری براي تشخيص فشار اعمالی به وسيله است.

مزایای فشارسنج ستون مايع:

• دقت بالا
• امکان تحمل فشار بسیار بالا
• طراحی ساده

معایب فشارسنج ستون مايع:

• پاسخ ديناميكي ضعيف
• احتمال خطا در اندازه‌گیری سیال‌هایی با فشار بخار بسیار بالا

4- فشارسنج‌های مكانيكی

فشارسنج مکانیکی یا آنرويدی براساس خاصيت الاستيكی کار می‌کند. در اين نوع فشارسنج هيچ‌گونه سيالی استفاده نمی‌شود، ازاین‌رو به آن آنرويدی یا بدون سيال گفته می‌شود. فشارسنج های بوردونی و ديافراگمی نوعی فشارسنج آنرويدی محسوب می‌شوند.

اين نوع فشارسنج می‌تواند فشار سیالات را اندازه‌گيری کند، اما به نوع سیالی که فشار آن را اندازه می‌گيرد، بستگی ندارد. حسگر فشارسنج مکانیکی می‌تواند لوله بوردون، ديافراگم و یا کپسول باشد که در هنگام اندازه‌گیری فشار تغییر شکل می‌دهد و مقدار تغيير شکل حسگر، نشان‌دهنده میزان فشار است.

مزایای فشارسنج مکانیکی:

• مدل‌های مختلف این فشارسنج برای اندازه‌گیری فشارهای پایین و بالا مناسب هستند.
• فشارسنج مکانیکی دارای حساسیت بالایی است.
• کار با این نوع فشارسنج آسان است.
• قیمت مدل‌های مختلف فشارسنج آنرویدی مناسب است.

معایب فشارسنج مکانیکی:

• برای اندازه‌گیری فشارهای استاتیک یا شبه استاتیک مناسب است.
• دقت اندازه‌گیری فشارسنج مکانیکی در بسیاری از کاربردها محدود است.

5- فشارسنج هدايت حرارتی

هرچه چگالی گازهای واقعی بيشتر شود، توانايی آن‌ها در هدايت حرارت افزايش پيدا می‌کند. در فشارسنج هدایت حرارتی نیز از اين خاصيت گازها براي اندازه‌گيری فشار استفاده می‌شود. در این نوع فشارسنج‌ها یک سیستم فیلامتی وجود دارد که با جریان الکتریکی گرم می‌‌شود سپس دمای فیلامنت با یک دماسنج مقاومتی اندازه‌‌گیری می‌شود و از این رابطه می‌توان مقدار فشار را به دست آورد. دماسنج‌های هدایت حرارتی به دو نوع دو سیمه و یک سیمه تقسیم‌بندی می‌شوند.

مزایای فشارسنج هدایت حرارتی:

• امکان اندازه‌گیری فشار در محدوده خلاء پایین و خلاء متوسط
• دوام و استحکام بالا
• دقت قابل قبول
• عدم‌حساسیت به شرایط محیطی مختلف

معایب فشارسنج هدایت حرارتی:

• وابسته به نوع گاز
• حساس نسبت به آلودگی و ضربه
• تاثیرپذیری از دمای محیط در اندازه‌گیری فشار

فشارسنج يونيزاسيون

فشارسنج‌های يونيزاسيون، مانومترهای حساسی هستند که برای اندازه‌گیری فشارهای خيلی کم کاربرد دارند. این نوع فشارسنج، فشار را ازطريق يون‌های الکتریکی ايجاد شده در اثر بمباران الکترونی گاز، به‌صورت غیرمستقیم اندازه‌گیری می‌کند. هرچه چگالی گاز کمتر باشد، يون‌های کمتری ايجاد می‌شوند.

مزایای فشارسنج يونيزاسيون:

• حساسیت و دقت بالا در اندازه‌گیری فشار
• مناسب برای اندازه‌گیری فشار در خلاء شدید

معایب فشارسنج يونيزاسيون:

• فقط برای اندازه‌گیری فشارهای خیلی کم مناسب است.
• کالیبراسیون فشارسنج‌های یونی غیرپایدار است.
• اندازه‌گیری فشار به طبیعت گاز استفاده شده، وابسته است.

مانومتر چیست و چه تفاوتی با فشارسنج دارد؟

مانومتر یک فشارسنج است که می‌توان از آن برای اندازه‌گیری فشار سیالات استفاده کرد و نحوه عملکرد این دستگاه بر اساس اصل تعادل ستون مایع است. مانومتر در دو نوع ساده و دیفرانسیل موجود است. مانومترهای ساده، فشار را در یک نقطه از سیال اندازه‌گیری می‌کنند، اما مانومتر دیفرانسیل می‌تواند اختلاف فشار بین دو نقطه مشخص در سیال را اندازه بگیرد.

مانومتر در ماهواره‌ها، موشک‌ها، کشتی‌ها و… استفاده می‌شود و میزان فشار در این دستگاه‌ها از رابطه تغییر فشار متناسب با ارتفاع سنجیده می‌شود. از طریق این ابزار می‌توان به‌وسیله اثر ونتوری و ارتباط آن با فشار، میزان جریان را اندازه‌گیری کرد.

کدام حوزه‌های صنعتی به فشارسنج نیاز دارند؟

فشارسنج‌های صنعتی ابزاری هستند که برای اندازه‌گیری فشار در صنایع استفاده می‌شوند. از فشارسنج‌های صنعتی در حوزه‌های صنعتی مختلفی نظیر کارخانه‌های تولیدی، صنعت نفت و گاز، مشاغلی مانند جوشکاری و… استفاده می‌شود. این نوع فشارسنج‌ها نقش مهمی در صنعت ایفا می‌کنند، چراکه در تمامی فرآیندهای صنعتی باید فشار به‌طور مستمر کنترل شود، در غیر این صورت صدمات جدی و جبران‌ناپذیری به سیستم وارد می‌شود.