X
تبلیغات
دسته: فیزیک این پاورپوینت در مورد فشار و انواع فشارسنج در 50 اسلاید جامع و قابل ویرایش می باشد
قیمت فایل فقط 6,000 تومان
بلز پاسکال، فیلسوف فرانسوی در سال 1648 برای اولین بار در آزمایشات خود متوجه نیرویی شد و آن را فشار نامید. مطالعات پاسکال در مورد سیالات (هیدرودینامیک و هیدروستاتیک) بر اساس اصول سیالات هیدرولیک بود. اختراعات او در این زمینه شامل فشار هیدرولیک (استفاده از فشار هیدرولیک برای افزایش نیرو) و سرنگ میباشد. در سال 1646 پاسکال از آزمایشهای «اوانجلیستا توریسلی» در ارتباط با فشارسنج آگاهی یافت. وی این آزمایشها را با لوله‌ای پر از جیوه تکرار کرد و این لوله را به صورت وارونه درون کاسه‌ای از جیوه قرار داد. پاسکال این سؤال را مطرح کرد که چه نیرویی، بخشی از جیوه را درون لوله نگهداشته و چه چیزی فضای بالای جیوه را در لوله پر کرده است. در آن زمان، بیشتر دانشمندان بر این باور بودند که غیر از خلاء، مادهای نامرئی در آن فضا وجود دارد
پاسکال با انجام آزمایشهای دیگری در این زمینه، در سال 1647، «تجربههای جدید از خلاء» را نوشت که در آن قوانین اصلی در مورد میزان تأثیر فشار هوا بر مایعات مختلف عنوان شده بود. در سال 1648، پاسکال مطالعات خود را ادامه داد و در همین راستا، شوهر خواهرش یک بارومتر را به ارتفاعات بالا برد و این نکته به اثبات رسید که سطح جیوه تغییر میکند و پاسکال این آزمایش را با انتقال بارومتر به بالای برج یک کلیسا در پاریس و سپس به پایین آن تکرار کرد. این آزمایشها که سرانجام منجر به بنیاد نهادن اساس بارومتر شد، در سراسر اروپا با استقبال مردم روبرو گردید. در پاسخ به این نقدها که باید چیزی نامرئی در فضای خالی‌ای که پاسکال عنوان کرده، وجود داشته باشد و در پاسخ به «استین نوئل»، یکی از مهمترین نظریههای قرن هفده در ارتباط با روش علمی از سوی پاسكال مطرح گردید:
«برای اثبات یک فرضیه، اینکه تمامی موارد مطابق با آن باشند، کافی نیست، اما اگر تنها یک مساله خلاف آن باشد، همان یک مورد برای نقض فرضیه مورد نظر کافی است».
تاکید و پافشاری وی در مورد وجود خلاء منجر به اختلاف او با برخی از دانشمندان مطرح زمان از جمله «دسکارتس[2]» شد (هاوارد، 1998؛ ویکیپدیا).
تاکنون وسایل بسیاری با مزایا و معایب خاص خود برای اندازهگیری فشار اختراع شده است كه با توجه به گستره اندازهگیری، حساسیت، پاسخ دینامیکی و هزینه طراحی و مشخصات فنی، این وسایل با هم فرق میکند. قدیمیترین وسیله اندازهگیری فشار مانومتر ستون مایع است (ویلانی، 1393) (یک لوله عمودی که با جیوه پر شده است) كه توسط توریچلی[3] در ۱۶۴۳میلادی اختراع شد (سلطانی، 1388). همچنین مانومتر ستون مایع U شکل نیز توسط کریستان هویگنس[4] در سال ۱۶۶۱ میلادی اختراع گردید.
فشارسنجهای هیدرواستاتیکی (مانند مانومتر ستون مایع) فشار را با نیروی هیدرواستاتیکی که بر واحد سطح در پائین‌ترین موقعیت ستون سیالی که درون لوله (مانومتر ستون مایع) قرار دارد مقایسه میکند (ویلانی ،1393). اندازهگیری فشار به روش هیدرواستاتیکی مستقل از نوع گازی است که اندازهگیری میشود و بنابراین طراحی آن می‌تواند بگونهای باشد كه بطور خطی عمل نماید و منحنی کالیبراسیون آن بسیار خطی باشد. علیرغم این مزیت، این قبیل وسایل پاسخ دینامیکی ضعیفی دارند (سلطانی، 1388).
فشارسنجهای نوع پیستونی، براساس ایجاد توازن بین فشار یک سیال با جرم یک جسم جامد (مثل وزنه) یا نیروی کشش فنر کار میکند. نام دیگر این نوع فشارسنجها آزمونگر بار راكد است (ویلانی، 1393). معمولاً آزمونگرهای بار راكد از درستی بالایی برخوردار بوده و بعنوان وسیله استاندارد مرجع برای کالیبراسیون سایر وسایل اندازهگیری فشار بکار می‌رود (مجیدی، ۱۳۹۲).
فشارسنجهای ستون مایع از یک ستون عمودی مایع تشکیل شده که در درون یک لوله که دو انتهای آن در معرض دو فشار مختلف هست قرار دارد. ستون مایع تا زمانیکه وزنش در تعادل با اختلاف فشار بین دو انتهای لوله بشود بالا یا پایین می‌رود تا تثبیت شود(اینترنت). شکل ساده این نوع مازومترها U شکل است (مجیدی، ۱۳۹۲). که نصف آن از مایع پرشده است و یک طرف آن به فشار تحت اندازهگیری و طرف دیگر آن به یک فشار مرجع (مثلاً فشار اتمسفر یا خلاء) وصل میشود. اختلاف سطح مایع در دو طرف لوله U شکل، معیاری برای بیان فشار اعمالی به وسیله میباشد. فشار اعمالی بوسیله ستون مایع به ارتفاع h و چگالی ρ از معادله فشار هیدرواستاتیکی P=ρgh بدست می‌آید (سلطانی، 1388). بنابراین اختلاف فشار بین فشار اعمالی Pa و فشار مربع P در لوله U شکل مانومتر، را می‌توان از رابطه زیر حساب کرد (هاوارد، 1998؛ ویلانی، 1393):
P-P0= ρgh (رابطه (2-1
با اینکه در این مانومتر می‌توان از هر نوع سیالی استفاده کرد ولی استفاده از جیوه بخاطر چگالی بالای آن (213.534g/cm) و فشار بخار پایین ترجیح داده میشود.
برای اختلاف فشارهای کم و بیشتر از فشار بخار آب، معمولاً از آب معمولی بعنوان سیال درون مانومتر استفاده می‌کنند و واحد اندازهگیری متداول آن اینچ آب است. علیرغم اینکه این نوع مانومتر مستقل از نوع گازی هستند که فشار آنها می‌خواهد اندازهگیری شود و همچنین بسیار خطی عمل می‌کنند؛ ولی پاسخ دینامیكی ضعیفی دارند. در اندازهگیری خلاء، اگر سیال مایع مورد استفاده دارای فشار بخار خیلی بالا باشد ممکن است بخار شده و محیط خلاء را آلوده کند (مجیدی، ۱۳۹۲).
وقتی که از این نوع وسایل برای اندازهگیری فشار مایعات استفاده میشود، یک حلقه پر شده از گاز یا یک سیال سبک بایستی بعنوان ایزوله کننده سیال درون مانومتر و مایع تحت اندازهگیری استفاده شود تا از مخلوط شدن آنها جلوگیری كند.
فشارسنجهای هیدرواستاتیکی ساده می‌توانند فشار کم از100 Paتا چند اتمسفر (تقریباً 1,000,000 Pa) را اندازهگیری کنند.
فشارسنجهای آنرویدی براساس خاصیت الاستیكی جزء حسگر فشار که فلزی است کار میکند. در این وسیله هیچگونه سیالی (مانند مایع در مانومترهای هیدرواستاتیکی) استفاده نمی‌شود؛ لذا به آن آنروید (یعنی بدون سیال) می‌گویند. فشارسنجهای آنرویدی را فشارسنجهای مکانیکی نیز می‌نامند. فشار سنجهای بوردونی[5] و دیافراگمی از دسته فشارسنجهای آنرویدی محسوب میشوند (هاوارد، 1998؛ مجیدی، ۱۳۹۲).
این فشارسنجها می‌توانند فشار مایعات و گازها را اندازهگیری کنند؛ ولی به نوع گازی که فشار آن را اندازه می‌گیرند وابستگی نداشته و برخلاف مانومترهای هیدرواستاتیکی منجر به آلودگی سیستم تحت اندازهگیری نمی‌شوند (هاوارد، 1998).
جزء حسگر این وسایل می‌تواند لوله بوردون، یک دیافراگم، یک کپسول یا مجموعه‌ای از ششها باشد که در پاسخ به فشار تحت اندازهگیری شکل آن تغییر میکند. مقدار تغییر شکل جزء حسگر براثر فشار را می‌توان توسط یک عقربه که با مکانیزم متحرک به جزء حسگر وصل شده است یا توسط یک مبدل ثانویه مورد قرائت قرار دارد (عبدالکریم ماندگاری، 1393).
در سیستمهای مدرن سنجش خلاء، معمولاً مبدل ثانویه یک خازن متغییر است که با تغییر شکل مکانیکی، ظرفیت آن تغییر میکند. به فشارسنجهای که با تغییر خازن فشار را نشان می‌دهند، فشارسنجهای باراتون می‌گویند.
فشارسنجهای بوردونی براساس این اصل کار می‌کنند که اگر یک لوله تخت تحت فشار تمایل دارد به سطح مقطعی دایره‌ای تغییر شکل پیدا کند. اگر لوله به صورت شکل C یا مارپیچ باشد، با اعمال فشار و افزایش كشش، کل لوله تمایل به راست شدن شکل خود یا باز شدن مارپیچها پیدا میکند و از این تمایل در تغییر شکل می‌توان برای اندازهگیری فشار استفاده کرد (هاوارد، 1998؛ ویلانی، 1393). در سال 1849 میلادی این اختراع به نام ایگنه بوردن در فرانسه ثبت و به دلیل حساسیت عالی، عملکرد خطی و درستی آن بطور گستردهای در حاضر از آن در اندازهگیری فشار استفاده میشود. در 1852 میلادی اشکرافت حق ثبت اختراع بوردن را در آمریکا خریداری کرد و به بزرگترین سازنده فشارسنج تبدیل شد (مجیدی، ۱۳۹۲). همچنین در 1849 میلادی برنادر شائفر در ماگدبرگ آلمان فشارسنج دیافراگمی را با موفقیت بعنوان اختراع به ثبت رساند که همراه با فشارسنجهای بوردنی انقلابی در اندازهگیری فشار درصنعت بوجود آورد. اما در 1875میلادی پس از اینکه ثبت اختراع بوردن به پایان رسید، شرکت شائفر و بودنبرگ نیز فشارسنجهای بوردنی را تولید کرد (هاوارد، 1998).
در عمل اندازهگیری فشار در فشار سنجهای بوردونی، از طریق یک لوله ته بسته با دیواره نازک که در انتهای باز آن به یک لوله حاوی سیال که فشار آن تحت اندازهگیری است بصورت ثابت شده وصل میشود انجام میگیرد. هر چه فشار بیشتر شود، قسمت ته بسته لوله بصورت یک قوس (کمان) حرکت میکند و این حرکت از طریق یک پیوند ارتباطی به چرخش چرخ دنده‌ای منجر میشود و معمولاً این مکانیزم متحرک قابل تنظیم است (سلطانی، 1388).
یک چرخ دنده با قطر کوچک نیز که بر روی محور عقربه قرار دارد، باعث میشود حرکت مکانیزم متحرک به نسبت تعداد دنده‌های دو چرخ دنده درگیر تقویت شود. برای اینکه این مکانیزم بتواند از طریق تنظیم و کالیبراسیون، فشار را بدرستی نمایش دهد نیاز به تنظیم درست صفحه مدرج که پشت عقربه قرار میگیرد، تنظیم موقعیت قرارگیری محور عقربه و تنظیم طول پیوند ارتباطی میباشد. برای اندازهگیری اختلاف فشار نیز می‌توان از فشار سنجی که دارای دو لوله بوردون مختلف که بطور مناسبی با هم ارتباط دارند استفاده کرد. فشارسنجهای بوردنی فشارسنجش یعنی فشار نسبت به فشار اتمسفر را اندازه می‌گیرند که با فشار مطلق که نسبت به خلاء سنجیده میشود متفاوت است.
معمولاً هنگامیکه فشار تحت اندازهگیری بصورت پالسهای سریع تغییر میکند، از یک قطعه مکانیکی با یک سوراخ محدودکننده که درون لوله ارتباطی بین فشار تحت اندازهگیری و فشارسنج بوردنی قرار می‌دهند استفاده می‌کنند تا از صدمه دیدن و استهلاک چرخ دنده‌های فشارسنج جلوگیری کنند و همزمان قرائتی از میانگین فشار را در اختیار بگذارند.
همچنین هنگامیکه کل فشارسنج در معرض ارتعاشات مکانیکی باشد، تمامی اجزاء درونی فشارسنج شامل عقربه و مکانیزم متحرک را با روغن یا گلیسیرین پر می‌کنند. بطور نوعی فشارسنجهای با کیفیت بالا درستی تا 2 درصد دامنه اندازهگیری
و فشارسنجهای مخصوص درستی تا 0.1 درصد حداکثر مقدار اندازهگیری را می‌توانند برقرار کنند (سلطانی، 1388).
نوع دوم از فشارسنجهای آنرویدی (مکانیکی) به فشارسنجهای دیافراگمی معروف است که از خاصیت انحراف و جابجایی یک غشای انعطاف‌پذیری که دو منطقه با فشارهای مختلف را از هم جدا میکند برای اندازهگیری فشار استفاده میکند (سلطانی، 1388).
تغییر شکل یک دیافراگم نازک بستگی به اختلاف فشار بین دو طرف آن دارد. یکی از این طرفها طرف مرجع و طرف دیگر طرفی است که با فشار تحت اندازهگیری در ارتباط است. طرف مرجع می‌تواند به فشار اتمسفر وصل باشد تا فشارسنجش توسط فشارسنج اندازهگیری شود، یا به فشار نقطه‌ای دیگر از فرآیند وصل شود تا اختلاف فشار را اندازهگیری کند یا می‌تواند پس از خلاء بسته شود یا به فشار مرجعی ثابت وصل شود تا فشار مطلق را اندازه بگیرد (سلطانی، 1388). میزان تغییر شکل دیافراگم را می‌توان به روشهای مکانیکی، نوری یا خازنی اندازهگیری کرد. معمولاً دیافراگم بصورت فلزی یا سرامیکی ساخته میشوند و گستره مفید اندازهگیری آنها از 1Pa یا 0.01torr به بالاست (هاوارد، 1998).
برخی انواع فشار سنجها ی الكترونیكی كه در كاربردهای صنعتی بكار گرفته میشوند (مجیدی، ۱۳۹۲) عبارتند از: فشار سنج پیزو مقاومتی فشار مكانیكی (ویلانی، 1393) اعمال شده منجر به تغییر مقاومت یك نیمه هادی شده و فشار اعمال شده اندازهگیری میشود.
با استفاده از دیافراگم و ایجاد یك خازن متغیر فشار اعمالی را اندازه میگیرد.
میزان جابجایی دیافراگم منجر به تغییر در اندوكتانس(خاصیت سلفی) ،LVDT ، اثر هال یا جریان ادی شده و فشار اندازهگیری شود. LVDT نوعی مبدل الكتریكی (حاوی چندین سیم پیچ سلونوئیدی) است كه برای اندازهگیری جابجاییهای خطی بكار گرفته میشود (ویلانی، 1393).
از اثر پیزو الكتریك (تغییر ولتاژ خروجی یك ساختار كریستالی در اثر اعمال فشار مكانیكی) در برخی مواد خاص مانند كریستال كوارتز برای اندازهگیری فشار استفاده میشود (ویلانی، 1393).
از تغییرات فیزیكی بعمل آمده برروی فیبر نوری براثر اعمال فشار برای اندازهگیری فشار استفاده میشود (سلطانی، 1388).
از حركت یك لغزنده برروی یك مكانیزم مقاومتی كه بطور متناسب با فشار اعمالی به لغزنده
قیمت فایل فقط 6,000 تومان
برچسب ها : این پاورپوینت در مورد فشار و انواع فشارسنج در 50 اسلاید جامع و قابل ویرایش می باشد , فشار و انواع فشارسنج , انواع فشار سنج , فشار سیالات , سیستمهای اندازه گیری فشار , سیستمهاى اندازه گیرى , انواع فشار , دستگاه های اندازه گیری فشار , بارومتر , انواع فشار سنج های ارتجاعی , لوله بوردن , فشارسنج دیافراگمی , فشارسنج کپسولی
