گیج فشار یک دستگاه اندازه گیری است که برای محاسبه نیرو اعمال شده توسط سیال بر روی سطح استفاده می شود. گیج فشار روغنی یا پر شده با مایع، با مایعاتی مانند روغن سیلیکون یا گلیسیرین پر شده است.
استفاده از روغن سیلیکون یا گلیسیرین باعث می شود تا عملکرد گیج فشار روغنی در شرایط واقعی و خاص بهبود یابد. مایع درون گیج فشار روغنی را می توان مشاهده کرد زیرا گیج فشار به طور کامل پر نشده است که یک حباب هوا در قسمت بالایی گیج ایجاد می کند و این اتفاق درون صفحه نمایش (Dial) گیج فشار نیز می افتد. گیج فشار به طور گسترده در کاربردهای خانگی، تجاری و صنعتی استفاده می شوند. آنها یک ابزار سریع برای نمایش فشار در یک سیستم از نظر نصب، پیکربندی و عملکرد ارائه می دهند
دلایل مختلفی برای پر کردن گیج فشار خشک (که به عنوان گیج فشار سنتی نیز شناخته می شود) با مایع وجود دارد. با این حال، برای درک اساس گیج فشار پر شده با مایع، باید مکانیسم عملکرد گیج فشار را بررسی کنیم. نام های دیگر که برای گیج های فشار پر شده با مایع مورد استفاده قرار می‌گیرند عبارتند از : گیج فشار تر ، گیج فشار روغنی و Filled Fluid Pressure Gauges
مکانیزم و عملکرد گیج فشار روغنی
رایج ترین مکانیزم جهت اندازه گیری فشار سیال (گاز و مایع)، لوله بوردونی (Bourdon Tube) است. لوله بوردونی، لوله ای است به شکل حرف C و یک سر آن نیز مسدود نیز می باشد. در اثر اعمال فشار به لوله بوردونی، این لوله به سمت بیرون (باز شدن) منحرف می شود و این انحراف اساس کار این المان اندازه گیری فشار می باشد که بوسیله آن مقدار فشار اعمالی آشکار می شود. گیج فشاری که از لوله بوردونی بهره می برد از چندین بخش تشکیل شده است که در زیر نشان داده شده است و عبارتند از :
شکل 2 مکانیسم داخلی گیج فشار لوله بوردون را نشان می دهد. سیال از لوله ورودی (A) وارد می شود. لوله ورودی توسط بلوک سوکت (B) نگه داشته می شود، که علاوه بر آن دستگاه را به خط فرآیند متصل نگه می دارد. فشار سیال به سمت ابتدای ثابت لوله بوردون (C) جریان می یابد. فشار از طریق این لوله C شکل به انتهای متحرک لوله بوردون (D) نیز منتقل می شود. این فشار باعث می شود که لوله C شکل انحراف یافته و کمی از انحنای آن نیز کاهش یابد یعنی در واقع این لوله باز می شود.
در انتهای متحرک لوله بوردون ، یک Pivot (E) حرکت لوله C شکل را به چرخ دنده سکتور (F) انتقال می دهد. سیستم چرخ دنده حرکت انتهای متحرک لوله بوردون را تقویت می کند به طوری که تغییر فشار بسیار کمی به حرکت قابل توجه سوزن نشانگر(عقربه) (G) تبدیل گردد. عقربه در یک مسیر دایره ای ، معمولاً از چپ به راست ، در یک مقیاس مدرج حرکت می کند.
گیج فشار نشان داده شده در شرایط محیطی ایده آل و خطوط و فرآیندهای بدون لرزش به اندازه کافی دقیق و پایدار است. اتصالات حساس، محور، اهرم، چرخ دنده ها و عقربه که اندازه گیری دقیق را ارائه می دهند در شرایط عملیاتی پرتنش مستهلک شده و آسیب می بینند. این آسیب منجر به ناهماهنگی در اندازه‌گیری‌ها می‌شود، خواندن عقربه را به چالش کشیده و منجر به خرابی گیج فشار می‌شود و استفاده از گیج فشار پر شده با مایع را ایده‌آل می‌کند.
گیج های فشار پرشده با مایع در واقع همان گیج های فشار خشکی هستند که عمدتا با روغن هایی از جمله روغن سلیکون ، روغن گلیسیرین و سایر روغن های با ویسکوزیته بالا پرشده اند که این امر سبب محافظت از اجزا گیج فشار و همچنین بهبود عملکرد گیج فشار در فرآیند اندازه گیری فشار می شود.
شرایط پرتنش می تواند به گیج های فشار نیز آسیب رساند که این حالات پرتنش می تواند به صورت نوسان فشار(Fluctuation) ، ضربه ناشی از عبور فرآیند در خطوط(Pulsation) ، رطوبت شدید و غیر عادی و . . . باشد. مایع یا روغن در کل گیج فشار پر می شود ، هم در سمت قابل مشاهده که صفحه نمایش با یک عقربه در مقیاس مدرج می باشد و هم در قسمت پشت صفحه نمایش مدرج گیج فشار که اجزاء مکانیکی گیج فشار می باشند. وجود حباب هوا بر خواندن گیج بدون توجه به جهت گیری تأثیر نمی گذارد.
این نکته فراموش نشود که وجود مایع روغنی با ویسکوزیته بالا در گیج های فشار پرشده با مایع علاوه بر اینکه می تواند بر عملکرد دقیق و صحیح گیج فشار بیفزاید می تواند سبب جلوگیری از زنگ زدن ، اکسید شدن و خوردگی قسمت های مختلف داخل گیج فشار در اثر قرار گرفتن در محیط های مرطوب نیز شود که این به نوبه خود نکته حائز اهمیتی می باشد زیرا در اثر زنگ زدگی قسمت های مختلف گیج فشار می تواند عملکرد آنرا مختل نموده و هم می تواند بر هزینه های نگهداری و تعمیر نیز بیفزاید.
مایع های روغنی پرکننده گیج های پر شده با مایع دارای ویسکوزیته بالا هستند که این خاصیت باعث میرا بودن این مایعات می گردد. عوامل متعددی مانند زمان واکنش، ارتعاش ، حساسیت فشار و دما بر انتخاب نوع مایع و ویسکوزیته خاص آن مایع تأثیر می‌گذارند. از آنجایی که فشار باید بر ویسکوزیته مایع درون مانومتر پر شده با مایع غلبه کند، بنابراین پاسخ گیج به تغییر فشار کندتر خواهد بود. که این اصل تضمین می کند که فشار پایدارتر و با نوسان کمتری نمایش داده شده و گیج فشار با سرعت کمتری فرسوده می شود.
مقایسه گیج های فشار روغنی با گیج های فشار خشک (مزایا و معایب)
در جدول زیر به مزایا و معایب گیج های فشار تر و خشک پرداخته شده است. این جدول می تواند اطلاعات مفیدی را در جهت مقایسه این دو نوع از گیج های فشار ارائه دهد.
معیارهای انتخاب گیج فشار
معیارهای کلی انتخاب برای گیج های فشار روغنی عمدتاً با گیج های فشار خشک یکسان می باشد. با این حال، در هنگام انتخاب گیج های فشار پر شده با مایع، ملاحظات دیگری نیز وجود دارد.
نوع مایع مورد استفاده
نوع مایع پر شده تعیین می کند که گیج فشار در برابر چه شرایط غیر ایده آلی محافظت می شود. روغن گلیسیرین معمولاً برای محافظت گیج فشار در برابر لرزش در دمای اتاق استفاده می شود، در حالی که روغن سیلیکون جهت کاربردهای با دمای بالا و نوسانات شدید دما رایج است. اگر سیستم در معرض تماس های الکتریکی در محیط قرار دارد، نوع روغن انتخابی باید دارای خاصیت عایقی باشد.
ضرورت در مقابل هزینه
در حالی که گیج‌های فشار روغنی مزایای واضحی نسبت به گیج های فشار خشک دارند، اغلب برای اندازه‌گیری معمول فشار گران‌تر هستند. برای استفاده طولانی مدت، کاهش استهلاک و سایش گیج های فشار پر شده با مایع مزیت هزینه ای را ارائه می دهد. اگر پروژه دارای ارتعاشات، ضربات، نگرانی از تشکیل مه یا دمای شدید نباشد، لازم نیست از گیج های فشار پر شده با مایع استفاده کنید. به جای آن یک گیج فشار خشک را نیز در نظر بگیرید.
مشکلاتی که در استفاده از گیج های فشار روغنی ممکن است با آنها مواجه شویم، معمولا جزئی بوده و مشکلی که در صورت آسیب دیدن مواد آب بندی و تغییر رنگ مقیاس و نشانگرها ممکن است پس از سال ها استفاده رخ دهد، می تواند شامل نشت باشد.
کاربردها و موارد استفاده گیج فشار روغنی
گیج های فشار پر شده با مایع کاربردهای متعددی در فرآیندهای با شرایط غیر ایده آل دارند. اگرچه می‌توان از آنها برای اندازه‌گیری فشار استاندارد نیز استفاده کرد. گیج های فشار خشک به اندازه کافی خوب هستند ، اما گیج‌های فشار پر شده با مایع برای کاربردهای زیر مناسب‌تر هستند که عبارتند از :
فشار تخلیه کمپرسور
به دلیل دمای بالا و ارتعاشات کمپرسور از گیج های فشار پر شده با مایع در تخلیه کمپرسور استفاده می شود. گاهی اوقات استفاده از گیج های فشار روغنی به تنهایی برای این شرایط کافی نیست و علاوه بر آن نیاز به اسنابر (Snubber) نیز می باشد.
گیج فشار هیدرولیک
گیج های فشار هیدرولیک اغلب از نوع پر شده با مایع هستند که دلیل آن عملکرد فشار بالا (1000 بار) می‌باشد. از گیج های فشار روغنی در پمپ های هیدرولیک، خطوط روغن کاری، سیستم های کنترل، پرس هیدرولیک و … استفاده می شود.
گرد و غبار ، هوای مرطوب یا احتمال میعان
گیج های فشار پر شده با مایع در کاربردهایی استفاده می شوند که گیج در معرض آب و هوا و محیط مرطوب قرار می گیرد. به عنوان مثال می توان به واشرهای تحت فشار اشاره کرد. آنها مهر و موم و آب بندی شده و در برابر نفوذ گرد و غبار یا رطوبت محافظت می شوند که می تواند مکانیسم های داخلی گیج فشار خشک را تحت تأثیر قرار دهد. در این رابطه تعیین رتبه IP گیج های فشار از اهمیت ویژه ای نیز برخوردار می باشد.
شرایط انجماد
گیج های فشار پر شده با مایع در سیستم های تبرید مانند سوپرمارکت ها، انبارها ، مراکز پزشکی و غیره که زیر صفر درجه کار می کنند با مایع پرکننده ای که نقطه انجماد بسیار زیر صفر دارد، استفاده می شود. (گلیسیرین تا 20- درجه سانتیگراد و روغن سیلیکون تا 40- درجه سانتیگراد کار می کند.)
محیط های خورنده
همچنین برای محیط های خورنده مانند اسیدها در کارخانه های تولید مواد شیمیایی که می تواند به مکانیزم داخلی گیج های فشار خشک آسیب برساند ، می بایست جهت عملکرد بهتر و دوام بیشتر از گیج های فشار روغنی نیز استفاده شود.
جمع بندی
به طور کلی هر دو نوع از انواع گیج های فشار (روغنی و خشک) نیز دارای معایب و محاسن خاص خود هستند و کاربردهای خاص خود را دارند. با توجه به عملکرد نسبتا خوب گیج های فشار خشک در انواع فرآیندها و پروسه ها ، گیج های فشار روغنی نیز دارای برتری نسبتا ویژه ای نسبت به آن ها هستند. مشخصات و ویژگی های مطلوب گیج های فشار روغنی آن ها را جهت قرار گرفتن در انواع شرایط محیطی، تنش ها و چالش ها، استهلاک و . . . مناسب می‌سازد.
اما گیج های فشار خشک دارای چنین ویژگی خاصی نبوده و می بایست حتما انتخاب گیج فشار خشک با توجه به شرایط کاری و شرایط محیطی انجام گیرد زیرا بدون توجه به چنین مواردی می تواند انتخابی غلط صورت گیرد و این امر می تواند علاوه بر صرف هزینه بی مورد، کارایی لازم را نیز به همراه نداشته باشد.
در پایان می توان چنین گفت که گیج های فشار روغنی با وجود گران تر بودن نسبت به گیج های فشار خشک گزینه خوبی هم برای شرایط غیر ایده آل و غیر نرمال و هم برای شرایط عادی و معمولی نیز هستند در صورتی که گیج های خشک فقط در شرایط معمولی عملکرد مطلوبی دارند و در شرایط غیر ایده آل می توانند با مشکل روبه رو شوند و عملکرد مطلوبی نداشته باشند و سبب تحمیل هزینه های تعمیر و نگهداری شوند.
برگرفته از مقاله گیج فشار پر شده با مایع