گیج فشار چیست و چگونه کار می‌کند؟

گیج فشار ابزاری است که برای اندازه‌گیری و نمایش فشار سیالات (مایعات و گازها) به‌کار می‌رود. این تجهیز معمولاً دارای یک صفحه مدرج و عقربه است که مقدار فشار را به‌صورت مستقیم نشان می‌دهد و اپراتور می‌تواند در لحظه وضعیت سیستم را بررسی کند.

تعریف گیج فشار

گیج فشار وسیله‌ای مکانیکی یا دیجیتال است که فشار واردشده توسط سیال را دریافت کرده و آن را به یک مقدار قابل خواندن (عقربه یا نمایشگر دیجیتال) تبدیل می‌کند.

اصول عملکرد گیج فشار

روش کار گیج فشار بسته به نوع آن متفاوت است، اما رایج‌ترین مکانیزم‌ها عبارت‌اند از:

• بوردون تیوب (Bourdon Tube): یک لوله خمیده که با افزایش فشار تمایل به صاف شدن دارد. این حرکت مکانیکی به عقربه منتقل می‌شود.

• دیافراگم یا کپسول: فشار باعث تغییر شکل دیافراگم فلزی یا کپسول می‌شود و حرکت آن به عقربه انتقال می‌یابد.

• مدل‌های دیجیتال: از سنسورهای فشار الکترونیکی (Strain Gauge یا Piezoelectric) برای اندازه‌گیری استفاده کرده و داده را روی نمایشگر نشان می‌دهند.

اجزای اصلی گیج فشار

1. مکانیزم حسگر فشار: بوردون تیوب، دیافراگم یا سنسور الکترونیکی.

2. صفحه مدرج و عقربه: نمایش مقدار فشار به‌صورت آنالوگ.

3. بدنه و شیشه محافظ: محافظت از اجزا در برابر ضربه، گردوغبار و رطوبت.

4. اتصالات فرآیندی: محل اتصال گیج به سیستم لوله‌کشی یا تجهیز.

به زبان ساده، گیج فشار وسیله‌ای است که فشار سیال را به یک نشانه دیداری دقیق و قابل اعتماد برای اپراتور تبدیل می‌کند.

انواع گیج فشار بر اساس طراحی و کاربرد

گیج‌های فشار در مدل‌های مختلفی تولید می‌شوند تا متناسب با شرایط فرآیندی و نوع سیال بتوانند بهترین کارایی را ارائه دهند. در ادامه مهم‌ترین انواع آن‌ها معرفی می‌شود:

گیج فشار بوردونی (Bourdon Tube Gauge)

• پرکاربردترین نوع گیج فشار در صنایع.

• از یک لوله خمیده تشکیل شده که با افزایش فشار، تمایل به صاف شدن پیدا می‌کند.

• حرکت مکانیکی لوله از طریق اهرم‌ها به عقربه منتقل می‌شود.

• مزایا: سادگی، قیمت مناسب، دوام بالا.

• معایب: حساسیت به ارتعاش و ضربه.

گیج فشار کپسولی و دیافراگمی

• برای اندازه‌گیری فشارهای پایین (Low Pressure) استفاده می‌شوند.

• دیافراگم فلزی یا کپسول با تغییر فشار تغییر شکل می‌دهد.

• کاربرد: پایش فشار گازهای سبک، هوا و سیالات با فشار کم.

گیج فشار پرشده با مایع (Liquid Filled Gauge)

• محفظه گیج با مایعی مثل گلیسیرین یا سیلیکون پر می‌شود.

• ارتعاش و شوک‌های مکانیکی را جذب کرده و عقربه پایدارتر عمل می‌کند.

• کاربرد: محیط‌های پرارتعاش مانند پمپ‌ها و کمپرسورها.

گیج فشار دیجیتال

• به جای مکانیزم مکانیکی از سنسورهای فشار الکترونیکی استفاده می‌کند.

• داده‌ها را روی نمایشگر دیجیتال نشان می‌دهد.

• مزایا: دقت بالا، امکان اتصال به PLC و سیستم‌های کنترلی.

• معایب: قیمت بیشتر و نیاز به برق یا باتری.

این تنوع باعث شده گیج فشار در انواع صنایع، از سیستم‌های ساده تاسیساتی گرفته تا فرآیندهای پیچیده پالایشگاهی و نیروگاهی، کاربرد گسترده داشته باشد.

اجزای تشکیل‌دهنده گیج فشار

گیج فشار از چند بخش اصلی ساخته شده که هر کدام وظیفه‌ای مشخص برای دریافت، انتقال و نمایش فشار دارند. شناخت این اجزا برای انتخاب درست و نگهداری صحیح بسیار مهم است.

صفحه مدرج و عقربه

• رابط اصلی بین دستگاه و اپراتور است.

• صفحه معمولاً با واحدهای بار، psi یا پاسکال مدرج می‌شود.

• عقربه با حرکت مکانیزم داخلی جابه‌جا شده و مقدار فشار را نمایش می‌دهد.

مکانیزم حسگر فشار

• بوردون تیوب: رایج‌ترین نوع، لوله خمیده که با فشار باز شده و عقربه را حرکت می‌دهد.

• دیافراگم: ورق فلزی نازک که با تغییر فشار خم می‌شود.

• کپسول: مناسب برای فشارهای پایین، از دو دیافراگم متصل تشکیل شده است.

بدنه و شیشه محافظ

• بدنه معمولاً از استیل ضدزنگ یا آلیاژهای مقاوم ساخته می‌شود.

• شیشه مقاوم (Mineral Glass یا Polycarbonate) از صفحه و عقربه در برابر گردوغبار، ضربه و رطوبت محافظت می‌کند.

اتصالات فرآیندی

• محل اتصال گیج به سیستم است.

• می‌تواند به صورت رزوه‌ای، فلنجی یا کلمپی باشد.

• انتخاب نوع اتصال به فشار کاری و نوع صنعت بستگی دارد.

این اجزا در کنار هم باعث می‌شوند گیج فشار بتواند فشار سیال را به‌طور مستقیم، دقیق و قابل اعتماد نمایش دهد و به یکی از مهم‌ترین ابزارهای پایش صنعتی تبدیل شود.

کاربردهای گیج فشار در صنایع مختلف

گیج فشار به دلیل سادگی، دوام و قابلیت اعتماد بالا، در طیف گسترده‌ای از صنایع استفاده می‌شود.

نفت، گاز و پتروشیمی

• کنترل فشار خطوط انتقال نفت و گاز.

• پایش فشار مخازن، راکتورها و برج‌های تقطیر.

• استفاده از مدل‌های ضدانفجار برای محیط‌های پرخطر.

نیروگاه‌ها و صنایع انرژی

• اندازه‌گیری فشار بخار در بویلرها.

• کنترل فشار سیستم‌های خنک‌کننده توربین‌ها.

• پایش فشار روغن و گاز در ژنراتورها.

صنایع غذایی و دارویی

• اطمینان از فشار مناسب در فرآیندهای استریلیزاسیون و پاستوریزه کردن.

• استفاده از گیج‌های استیل بهداشتی برای رعایت استانداردهای سلامت.

• پایش فشار در سیستم‌های بسته‌بندی و خطوط تولید حساس.

سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک

• نظارت بر فشار مدارهای هیدرولیکی در ماشین‌آلات صنعتی.

• کنترل فشار هوای فشرده در کمپرسورها و تجهیزات پنوماتیکی.

• جلوگیری از آسیب ناشی از افت یا افزایش فشار ناگهانی.

تاسیسات و HVAC

• پایش فشار در سیستم‌های حرارت مرکزی، سرمایش و تهویه.

• کنترل فشار آب در پمپ‌ها و مخازن تاسیساتی.

• افزایش راندمان انرژی با تنظیم فشار در محدوده استاندارد.

به این ترتیب، گیج فشار نه تنها ابزار اندازه‌گیری است، بلکه ضامن ایمنی، کیفیت و بهره‌وری در بسیاری از صنایع محسوب می‌شود.

مزایا و محدودیت‌های گیج فشار

گیج فشار به‌دلیل طراحی ساده و قابلیت اطمینان بالا، یکی از پرکاربردترین ابزارهای اندازه‌گیری در جهان صنعت است. با این حال، مانند هر تجهیز دیگری مزایا و محدودیت‌های خاص خود را دارد.

مزایا

• سادگی و کاربری آسان: نمایش مستقیم فشار بدون نیاز به تجهیزات جانبی.

• هزینه مناسب: قیمت پایین‌تر نسبت به ترانسمیترها و سنسورهای دیجیتال.

• دوام بالا: قابلیت استفاده در محیط‌های صنعتی سخت با ارتعاش و دماهای متغیر.

• تنوع گسترده: وجود انواع مختلف (بوردونی، دیافراگمی، دیجیتال و …) برای کاربردهای متفاوت.

• عدم نیاز به برق: بسیاری از مدل‌های مکانیکی بدون منبع تغذیه کار می‌کنند.

محدودیت‌ها

• دقت کمتر: نسبت به ترانسمیترهای فشار و تجهیزات دیجیتال.

• فاصله خوانش محدود: فقط در محل نصب قابل مشاهده است، مگر اینکه مدل دیجیتال یا با خروجی الکتریکی باشد.

• حساسیت به ارتعاش: در مدل‌های معمولی عقربه ممکن است دچار لرزش و خطای خوانش شود (به جز مدل‌های پرشده با مایع).

• فرسودگی مکانیکی: پس از سال‌ها استفاده، فنر یا بوردون تیوب ممکن است خاصیت اولیه خود را از دست بدهد.

به طور کلی، گیج فشار ابزاری اقتصادی و کاربردی برای پایش سریع و ایمن فشار است، اما در فرآیندهای فوق‌حساس باید در کنار تجهیزات دقیق‌تر استفاده شود.

معیارهای انتخاب گیج فشار مناسب

انتخاب گیج فشار باید متناسب با شرایط فرآیندی و نیاز سیستم انجام شود. در غیر این صورت، هم دقت اندازه‌گیری پایین می‌آید و هم خطر خرابی یا کاهش عمر تجهیز وجود دارد.

محدوده فشار و دقت مورد نیاز

• باید محدوده کاری گیج حداقل ۲۵٪ بیشتر از فشار عملیاتی سیستم باشد.

• در فرآیندهای حساس، انتخاب گیج با دقت بالاتر (کلاس ۱ یا ۱.۶) ضروری است.

نوع سیال و شرایط کاری

• برای سیالات خورنده باید از بدنه و مکانیزم استیل ضدزنگ استفاده شود.

• برای محیط‌های پرارتعاش، مدل‌های پرشده با مایع توصیه می‌شوند.

• در دماهای بالا باید از گیج‌های مقاوم به حرارت استفاده کرد.

سایز صفحه و نوع اتصال

• سایز صفحه: معمولاً ۶، ۱۰ یا ۱۶ سانتی‌متر. هرچه بزرگ‌تر باشد، خوانایی بیشتر خواهد بود.

• نوع اتصال: رزوه‌ای، فلنجی یا کلمپی بسته به سیستم لوله‌کشی انتخاب می‌شود.

استانداردها و الزامات ایمنی

• گیج فشار باید با استانداردهایی مانند EN 837 یا معادل‌های بین‌المللی همخوانی داشته باشد.

• در محیط‌های پرخطر، استفاده از مدل‌های ضدانفجار (Ex-proof) ضروری است.

هزینه و نگهداری

• انتخاب مدلی با طول عمر بالا و قابلیت کالیبراسیون دوره‌ای، هزینه‌های بلندمدت را کاهش می‌دهد.

• گیج‌های دیجیتال گرچه گران‌ترند، اما قابلیت اتصال به سیستم‌های کنترلی را دارند.

انتخاب درست گیج فشار تضمین‌کننده ایمنی، دقت و کارایی سیستم در بلندمدت است.

نصب و نگهداری گیج فشار

گیج فشار تنها زمانی عملکرد دقیق و مطمئن خواهد داشت که به‌درستی نصب و به‌طور منظم نگهداری شود. نصب نادرست یا بی‌توجهی به سرویس‌های دوره‌ای می‌تواند موجب خطای اندازه‌گیری و کاهش عمر تجهیز شود.

اصول نصب صحیح

• استفاده از شیر سه‌راهه یا سوپاپ جداکننده: برای ایزوله کردن گیج در زمان سرویس یا کالیبراسیون.

• انتخاب محل نصب مناسب: باید در نقطه‌ای از سیستم نصب شود که فشار واقعی فرآیند را نشان دهد.

• محافظت در برابر ارتعاش: استفاده از گیج‌های پرشده با مایع یا براکت‌های ثابت‌کننده در محیط‌های پرارتعاش.

• جهت نصب: صفحه باید به‌گونه‌ای باشد که اپراتور بتواند عقربه را به‌راحتی بخواند.

نکات ایمنی در نصب

• قبل از نصب، باید خط لوله از فشار تخلیه شود.

• در سیستم‌های با سیالات خورنده یا داغ، استفاده از سیفون (Syphon) یا جداکننده (Diaphragm Seal) ضروری است.

• در محیط‌های پرخطر (نفت و گاز، پتروشیمی) باید از مدل‌های ضدانفجار و استاندارد استفاده شود.

نگهداری و بازبینی دوره‌ای

• بررسی سلامت عقربه و صفحه مدرج برای اطمینان از خوانش صحیح.

• کنترل وضعیت اتصالات رزوه‌ای یا فلنجی برای جلوگیری از نشتی.

• بازبینی دوره‌ای بدنه برای جلوگیری از خوردگی یا ترک.

• در صورت مشاهده هرگونه خطا یا عملکرد غیرعادی، گیج باید تست و در صورت لزوم تعویض شود.

با رعایت این اصول، گیج فشار می‌تواند سال‌ها بدون خطا و با دقت پایدار به کار خود ادامه دهد.

کالیبراسیون و صحت‌سنجی گیج فشار

گیج فشار به مرور زمان و تحت تأثیر شرایط کاری (ارتعاش، دما، فشار زیاد) ممکن است دقت خود را از دست بدهد. به همین دلیل، کالیبراسیون و صحت‌سنجی منظم آن برای اطمینان از عملکرد صحیح ضروری است.

اهمیت کالیبراسیون دوره‌ای

• تضمین دقت قرائت فشار در فرآیندهای حساس.

• جلوگیری از خرابی تجهیزات ناشی از خطای اندازه‌گیری.

• الزامی در صنایع دارویی، غذایی و پتروشیمی بر اساس استانداردهای کیفی.

روش‌های تست و کالیبراسیون

1. مقایسه با فشارسنج مرجع: گیج روی دستگاه تست قرار گرفته و فشار مشخص اعمال می‌شود، سپس مقدار نمایش‌داده‌شده با مرجع مقایسه می‌گردد.

2. استفاده از Dead Weight Tester: دقیق‌ترین روش کالیبراسیون که بر اساس اعمال وزن‌های استاندارد روی پیستون مرجع فشار کار می‌کند.

3. کالیبراسیون میدانی: تست سریع در محل نصب با تجهیزات پرتابل برای کاهش زمان توقف سیستم.

نشانه‌های خرابی و زمان تعویض

• انحراف محسوس عقربه از مقدار واقعی.

• گیرکردن یا حرکت کند عقربه.

• ایجاد بخار یا رطوبت در داخل صفحه.

• ترک یا خوردگی در بدنه و اتصالات.

با اجرای کالیبراسیون دوره‌ای، گیج فشار همواره آماده ارائه اطلاعات دقیق و قابل اعتماد خواهد بود و خطرات ناشی از فشارهای غیرمجاز به حداقل می‌رسد.

چالش‌ها و خطاهای رایج در گیج فشار

با وجود سادگی طراحی، گیج فشار در عمل می‌تواند تحت تأثیر عوامل محیطی و مکانیکی دچار خطا شود. آشنایی با این مشکلات به کاهش ریسک و افزایش عمر تجهیز کمک می‌کند.

خطاهای ناشی از ارتعاش

• لرزش زیاد باعث لرزش عقربه و خطای قرائت می‌شود.

• در طولانی‌مدت، ارتعاش مداوم می‌تواند مکانیزم داخلی را فرسوده کند.

• راهکار: استفاده از گیج‌های پرشده با مایع (Glycerin Filled).

خوردگی و اثر سیال

• سیالات خورنده یا اسیدی می‌توانند به لوله بوردونی، دیافراگم یا بدنه آسیب بزنند.

• راهکار: انتخاب جنس مناسب (استیل ضدزنگ، Hastelloy، Monel) یا استفاده از دیافراگم سیل (Diaphragm Seal).

خطاهای ناشی از دما

• دمای بسیار بالا یا پایین بر خاصیت فنری بوردون تیوب اثر گذاشته و دقت را کاهش می‌دهد.

• راهکار: استفاده از سیفون (Syphon) یا گیج‌های مخصوص دمای بالا.

مشکلات مکانیکی

• شکستگی فنر یا بوردون تیوب باعث از کار افتادن کامل گیج می‌شود.

• شل شدن اتصالات رزوه‌ای یا فلنجی موجب نشتی و خطا می‌شود.

خطاهای انسانی

• انتخاب محدوده فشار اشتباه (کمتر یا بیشتر از فشار واقعی سیستم).

• نصب در مکان نامناسب یا بدون تجهیزات حفاظتی.

با رعایت اصول انتخاب، نصب و نگهداری، می‌توان خطاهای رایج را به حداقل رساند و از گیج فشار به‌عنوان یک ابزار دقیق و قابل اعتماد استفاده کرد.