مفاهیم فشار و تبدیل واحدهای فشار

در این مقاله به آشنایی با فشار و تبدیل واحدهای فشار می پردازیم موضوعی که در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و فعالیتهای پایش و کنترل سیستم های صنعتی و

حتی مطالعات میدانی و دانشگاهی بسیار کاربرد و مورد توجه می باشد.

با توجه به مقدمه ای که بیان شد شما با کمیت فشار و واحدهای اندازه گیری آن با کمک سیستم های مختلف آشنا می شوید و با کمک جدول تبدیل واحدها به راحتی و

اطمینان می توانید واحدهای مختلف سیستم ها را به هم تبدیل نموده و به راحتی محاسبات خود را انجام دهید.

فشار

فشار با نماد P نیرویی است که به صورت عمود بر واحد سطح یک شی وارد می شود. گیج فشار، فشاری است که مرتبط با فشار محیط است.

واحدهای مختلفی برای بیان فشار استفاده می شوند. بعضی از این واحدها از تقسیم نیروی بر مساحت سطح به دست می آید.

فرمول فشار

رابطه فشار به صورت ریاضی به صورت زیر تعریف می شود.

P فشار    F نیروی وارد بر سطح           A سطحی که نیرو به آن وارد می شود

فشار یک کمیت اسکالر(عددی) است. در واقع فشار یک کمیت اسکالر است که دو بردار نرمال را به هم مرتبط می کند.

واحد پاسکال

واحد اندازه گیری فشار در سیستم SI است. این واحد به صورت تقسیم یک نیوتون بر یک متر مربع تعریف می شود.

در سیستم های سنتی و آمریکایی واحد فشار پوند بر اینچ مربع است.

فشار را ممکن است به صورت استاندارد اتمسفریک بیان شود (atm).

بیان فشار از دید ارتفاع ستون یک مایع خاص در یک فشار سنج از چه واحدی استفاده می شود؟

واحدهای مانومتری مانند، سانتی متر آب ، میلی متر جیوه، اینچ جیوه برای بیان فشار از زاویه ارتفاع استفاده می شود.

واحدهای فشار

در پاسخ به این سوال که واحد اندازه گیری فشار چه می باشد می توان به نکاتی که در ادامه ذکر گردید توجه کنید.

واحد SI برای فشار پاسکال(Pa) است که به صورت (N/m²  or kg/(ms²)) تعریف می شود. این نام از سال ۱۹۷۱ برای واحد فشار استفاده شده است و قبل از آن واحد

فشار به صورت نیوتون بر متر مربع متداول بوده است.

سایر واحدهای فشار مانند، پوند بر هر اینچ مربع از واحدهای معمول فشار است.

واحد متداول فشار در سیستم CGS واحد barye )Ba ) است که معادل ۰٫۱ پاسکال است.

واحدهای نامناسب برای بیان فشار

• نیرو-گرم بر مربع سانتی متر
• نیرو-کیلوگرم بر مربع سانتی متر

واحدهای متداول فشار

• پاسکال (pascal (Pa
• (megapascal (MPa
• (kilopascal (kPa
• بار bar
• اتمسفر تکنیکال
• اتمسفر استاندارد
• تور
• پوند بر اینچ( psi )

تبدیل واحدهای فشار به یکدیگر

برای انجام محاسبات در سیستمهای مختلف نیاز به تبدیل کمیت های فشار به هم داریم لذا برای این کار با رجوع به جدول تبدیل واحد های فشار به راحتی می توانید کمیتهای مختلف سیستم را به هم تبدیل کرده و روند محاسبات خود را بهبود بخشید.

برای مهندسان در حوزه های ابزار دقیق برق نفت و پتروشیمی و دانشجویان و اساتید و حتی دانش آموزان این جدول بسیار کاربردی بوده و لازمه انجام محاسبات در حوزه فشار می باشد.

با مراجعه به جدول فوق می توانید به راحتی و به سرعت پاسخ سوالات زیر در مورد واحدهای مختلف فشار در یابید و آنها را به هم تبدیل نمایید.

تبدیل پاسکال به بار

‌تبدیل پاسکال به سانتی متر جیوه

تبدیل اتمسفر به پاسکال

یک اتمسفر چند پاسکال است

تبدیل psi به بار

واحد psi چیست

آموزش روش تبدیل پاسکال به سانتی متر جیوه

یک بار چند پاسکال است

تبدیل مگا پاسکال به بار

تبدیل psi به kpa

گیج فشار چیست؟

هنگام طراحی سیستم های فرآیندی و محاسبه فشار در خطوط و تعیین موارد به کار گیری گیج فشار اتصالات و شیر های صنعتی استفاده از واحدهای اندازه گیری فشار

ضروری می باشد لذا استفاده از واحد یکسان در طول محاسبات اشتباه ها را کاهش می بخشد.

همانطور که می دانید تجهیزات اندازه گیری فشار که گیج فشار آنالوگ و گیج فشار دیجیتال هستند و از هر کدام با توجه به سیستم مورد نیاز انتخاب میشوند.

اگر قصد خرید اینترنتی گیج فشار را دارید و به دنبال تجربه فرآیند خرید صنعتی به صورت اینترنتی هستید ما سایت اویلی کالا را به شما پیشنهاد می کنیم.

گیج فشار مدل ۲۳۲٫۵۰ و ۲۳۳٫۵۰

پرکاربرد در صنایع پتروشیمی

 گیج فشار مدل ۲۱۳٫۵۳

پرکاربرد برای صنایع هیدرولیک و کشتی سازی

روش های اندازه گیری فشار

در این مقاله به بررسی روش های اندازه گیری فشار در علم فیزیک می پردازیم.

اندازه گیری فشار یکی از پراهمیت ترین موارد در صنایع مختلف است. بنابراین باید مقادیر فشار مطابق استانداردها و اصول بین المللی اندازه گیری شود.

همچنین باید توجه داشت که در انتخاب تجهیزات فشار کیفیت محصول اهمیت بالایی دارد.

در ادامه به معرفی روش های اندازه گیری فشار و خصوصیات فنی هر کدام از روش ها می پردازیم.

 اندازه گیری فشار مقاومتی

قاعده اندازه گیری فشار مقاومتی بر اساس تغییرات مقاومت در رسانای الکتریکی است که باعث تغییر در تابع فشار میشود.

از معادله زیر برای محاسبه مقاومت در رسانای الکتریکی به کار میرود:

R: مقاومت الکتریکی

r:  مقاومت ویژه

L: طول

A: سطح مقطع

اگر نیرو به رسانای قابل انبساط اعمال شود، طول رسانا افزایش می یاید. همانگونه که در شکل مشاهده می فرمائید با افزایش طول مساحت ناحیه عبور کاهش می یابد.

با توجه به اینکه مقاومت ویژه برای رسانای فلزی (وابسته به دما) برای فلزهای خاصی ثابت است، بنابراین افزایش مقاومت الکتریکی در یک رسانا نتیجه افزایش طول است.

روش اندازه گیری فشار با استفاده از مقاومت با مقدار انحراف کنترل شده ای در بدنه اصلی در زمان اعمال فشار تعریف می شود.

بدنه اصلی در این حالت معمولا خیلی نازک است و دیافراگم نام گذاری می شود.

همانگونه که در شکل مشاهده می فرمائید، مقدار انحرافی که به دلیل تغییر فشار ایجاد می شود با استفاده از استرین گیج اندازه گرفته می شود.

به طور متداول از ۴ عدد استرین گیج در ساخت دیافراگم استفاده می شود.

با اعمال فشار بر دیافراگم تعدادی از استرین گیج ها طولشان افزایش می یابد و تعدادی دیگر فشرده می شوند.

اگر با اعمال فشار دیافراگم انحراف پیدا کند، استرین گیج ها نیز انحراف پیدا می کنند.

مقاومت الکتریکی متناسب با مقدار انحراف استرین گیج ها کاهش یا افزایش می یابد.

برای اندازه گیری تغییرات مقاومت، استرین گیج ها را به روش پل وتسون به یک دیگر وصل می کنند.

 اندازه گیری فشار پیزو-مقاومتی

اندازه گیری فشار به روش پیزو مقاومتی مشابه اندازه گیری فشار مقاومتی است.

با این تفاوت که استرین گیج هایی که برای اندازه گیری فشار در روش پیزوالکتریک به کار می رود، از متریال نیمه رسانا ساخته شده است، تا تغییرات فشار را نمایش دهند.

تفاوت متریال به کار رفته باعث متفاوت بودن این دو روش می شود.

همانگونه که در بالا مشاهده کردید، مقاومت الکتریکی وابسته به مقاومت ویژه است.

اثر پیزورزستیو در فلزات ناچیز است، اما در نیمه رساناهایی مانند سیلیکون، تغییرات طول و ناحیه عبور با ضریبی بین ۱۰ تا ۱۰۰ بیان می شود.

برخلاف استرین گیج های فلزی که به هر متریالی میتوانند وصل شوند. استرین گیج های نیمه هادی تنها در دیافراگم هایی با ساختار میکرو به کار می رود.

بنابراین در تجهیزات ابزار دقیق پیزوالکتریکی، استرین گیج ها و بدنه (قسمت اتصال استرین گیج) از متریال یکسانی ساخته می شوند.

معمولا استرین گیج ها را برای دیافراگم هایی که از سیلیکون ساخته شده اند، با سیم کشی پل وتسون به کار می برند.

از آنجایی که ساختار میکرو در برابر بسیاری از فشارها مقاوم نیست لازم است که این سنسورها برای محافظت بیشتر در تراشه قرار بگیرند.

دلیل اصلی استفاده از محافظ، اعمال فشار غیرمستقیم به نیمه هادی است.

ساختار محافظ معمولا شامل دیافراگم و یک روغن انتقال دهنده می شود.

اگر رنج فشار کاری کم باشد میتوان سنسور را مستقیم به کار برد.

اندازه گیری فشار خازنی

در اندازه گیری فشار خازنی از یک باطری که بین صفحات آن فاصله وجود دارد، استفاده می شود.

خازن در نظر گرفته‌ شده‌ از دو صفحه تشکیل می شود. ظرفیت خازنی برای دو صفحه به صورت زیر محاسبه میشود:

C:   ظرفیت خازنی

e: نفوذ پذیری الکتریکی

A: مساحت صفحات خازن

d: فاصله بین دو صفحه

در طراحی سیستم اندازه گیری فشار خازنی، بدنه اصلی دیافراگم با ماده رسانا پوشش‌ داده‌ می‌شود و بین دو صفحه خازن قرار می‌گیرد.

با اعمال فشار به دیافراگم، فاصله بین دو صفحه کاهش می یابد.

کاهش فاصله موجب افزایش ظرفیت خازنی می شود. (سایر متغیرها در این روش همواره مقدار ثابتی دارند)

با روش خازنی می توان فشار را با دقت بسیار بالایی اندازه گرفت.

با توجه به دقت بالای اندازه گیری فشار به روش خازنی، می توان برای فرآیندهایی با رنج فشار بسیار پایین از آن استفاده کرد.

فشارسنج های خازنی حتی برای سیستم هایی با محدوده فشار میلی باری نیز انتخاب مناسبی است.

اندازه گیری فشار با پیزو الکتریک

اندازه گیری فشار با روش پیزو الکتریک با کمک ویژگی های فیزیکی است که در بعضی از کریستالهای نیمه هادی وجود دارد.

به عنوان مثال می توان کوارتزهای مونو کریستال را نام برد.

با اعمال فشار به کوارتزهای مونو کریستال، صفحات مخالف کریستال، مثبت و منفی به ترتیب شارژ می شوند.

به دلیل جابه جایی الکتریکی عناصر شارژ‌ شده‌، یک دو قطبی الکتریکی ایجاد می شود.

مقدار شارژ متناسب با مقدار نیرویی است که وارد می شود و جهت آن متناسب با جهت نیرویی است که وارد می شود.

ولتاژ الکتریکی ایجاد‌ شده‌ در سطح پیزوالکتریک را می توان اندازه گرفت و تقویت کرد.

از تکنولوژی پیزوالکتریک برای اندازه گیری فشار دینامیکی استفاده می شود.