واقعاً به چه نوع فشارسنج نیاز دارید و چگونه آن را درست انتخاب می کنید؟

گیج های فشار یکی از متداول ترین ابزارهای نصب شده در هر تاسیسات صنعتی هستند، اما در عین حال از جمله مواردی هستند که اغلب به اشتباه مشخص می شوند. در هر کارخانه فرآیند، سیستم هوای فشرده، یا مدار هیدرولیک قدم بزنید و فشار سنج‌ها را خواهید یافت - برخی از آنها با دقت و قابل اطمینان می‌خوانند، برخی دیگر فراتر از خوانایی ارتعاش می‌کنند، توسط رسانه‌های فرآیندی ناسازگار خورده شده‌اند، یا به سادگی در محدوده فشار اشتباه برای کاربرد نصب شده‌اند. عواقب آن از ناخوشایند - یک گیج ناخوانا که اطلاعات مفیدی ارائه نمی دهد - تا خطرناک است که در آن یک گیج که به درستی مشخص نشده است در شرایط فشار بیش از حد ساختاری از کار می افتد. درک انواع مختلف گیج‌های فشار، مشخصاتی که مناسب بودن آن‌ها را برای کاربردهای خاص تعیین می‌کند، و شیوه‌های نصب و نگهداری که طول عمر آنها را افزایش می‌دهد، دانش اساسی برای مهندسین فرآیند، تکنسین‌های تعمیر و نگهداری و متخصصان ابزار دقیق است که با هر نوع سیستم‌های تحت فشار کار می‌کنند.

چگونه فشارسنج ها کار می کنند: اصول اندازه گیری اصلی

بیشتر فشارسنج های صنعتی از یک عنصر حسگر مکانیکی استفاده می کنند که تحت فشار اعمال شده تغییر شکل می دهد - تغییر شکل الاستیک عنصر حسگر به طور مکانیکی به یک اشاره گر متصل می شود که در یک مقیاس کالیبره شده حرکت می کند و تغییر شکل فیزیکی را به یک نشانگر فشار قابل خواندن تبدیل می کند. لوله بوردون پرکاربردترین عنصر حسگر در گیج های صنعتی است: این یک لوله منحنی یا مارپیچ با سطح مقطع بیضی یا بیضی است که در یک انتها مهر و موم شده است (متصل به مکانیسم اشاره گر) و در انتهای دیگر باز است (متصل به اتصال فرآیند). هنگامی که فشار داخلی اعمال می شود، به دلیل اختلاف فشاری که بر روی هندسه منحنی آن تأثیر می گذارد، لوله تمایل به صاف شدن دارد و این حرکت صاف کننده - که از طریق مکانیزم چرخ دنده و اهرمی به نام حرکت تقویت می شود - نشانگر را در سراسر مقیاس حرکت می دهد. ظرافت لوله بوردون ترکیبی از سادگی، قابلیت اطمینان و قابلیت دامنه فشار گسترده آن است - گیج های لوله بوردون به دقت فشارها را از زیر 1 بار تا بالای 10000 بار بسته به جنس لوله، ضخامت دیواره و هندسه اندازه گیری می کنند.

برای محدوده‌های فشار کمتر - معمولاً زیر 0.6 بار - که در آن لوله بوردون حساسیت کافی ندارد، به جای آن از عناصر حسگر دیافراگم و کپسول استفاده می‌شود. یک گیج دیافراگمی از یک دیسک موجدار نازک که بین دو فلنج بسته شده است به عنوان عنصر حسگر خود استفاده می کند. فشار وارد شده به یک وجه دیافراگم باعث انحراف آن می شود و این انحراف به مکانیسم اشاره گر منتقل می شود. گیج‌های کپسول از دو دیافراگم موجدار استفاده می‌کنند که در محیط خود به یکدیگر جوش داده شده‌اند تا یک کپسول مهر و موم شده را تشکیل دهند - فشار اعمال شده از بیرون یا داخلی باعث انبساط یا انقباض کپسول می‌شود و حساسیت بیشتری نسبت به یک دیافراگم منفرد برای اندازه‌گیری اختلاف فشار بسیار پایین ایجاد می‌کند. این فناوری‌های سنجش، قابلیت بازه فشار اساسی گیج را تعیین می‌کنند و باید قبل از در نظر گرفتن هر مشخصات دیگری با محدوده فشار فرآیند مورد انتظار مطابقت داده شوند.

انواع اندازه گیری فشار و معنی آنها

قبل از انتخاب یک فشارسنج، ضروری است که بفهمیم چه نوع فشاری اندازه گیری می شود - فشار گیج، فشار مطلق یا فشار دیفرانسیل - زیرا این مقادیر اساساً متفاوت هستند که به انواع مختلف گیج نیاز دارند و نتایجی را تولید می کنند که نمی توان مستقیماً بدون اصلاح مقایسه کرد.

• فشار گیج (PSIG / bar g): فشار را نسبت به فشار اتمسفر محلی اندازه گیری می کند. این رایج‌ترین نوع در کاربردهای صنعتی است - فشار سنج صفر به این معنی است که فشار اندازه‌گیری شده برابر با فشار اتمسفر است، نه اینکه سیستم در خلاء است. سیستم‌های هوای فشرده، مدارهای هیدرولیک، خطوط بخار و سیستم‌های تامین آب معمولاً با ابزارهای فشار سنج کنترل می‌شوند. درگاه مرجع گیج (در صورت وجود) برای ارائه مرجع به اتمسفر باز است.
• فشار مطلق (PSIA / bar a): فشار را نسبت به خلاء کامل (فشار صفر) اندازه گیری می کند. در کاربردهایی استفاده می شود که در آن مقدار فشار مطلق برای محاسبات ترمودینامیکی، تعیین فشار بخار یا اندازه گیری های جبران شده با ارتفاع مورد نیاز است. گیج های فشار مطلق دارای یک محفظه مرجع مهر و موم شده در خلاء هستند تا یک درگاه مرجع اتمسفر. فشارسنج های هوا و مانیتورهای سیستم خلاء نمونه هایی از کاربردهای اندازه گیری فشار مطلق هستند.
• فشار دیفرانسیل (ΔP): تفاوت فشار بین دو نقطه در یک سیستم را بدون توجه به فشار مطلق در هر نقطه اندازه می گیرد. برای نظارت بر وضعیت فیلتر (در جایی که افزایش ΔP نشان دهنده بارگذاری فیلتر است)، اندازه گیری جریان (جایی که فشار دیفرانسیل در سراسر صفحه روزنه یا Venturi متناسب با مجذور سرعت جریان است) و اندازه گیری سطح در مخازن تحت فشار استفاده می شود. گیج های فشار دیفرانسیل دارای دو اتصال فرآیندی - سمت بالا و پایین - هستند و تفاوت بین این دو را نشان می دهند.
• اندازه گیری خلاء: فشار زیر اتمسفر با فشار گیج منفی (گاهی اوقات به صورت اینچ جیوه یا خلاء میلی بار در مقیاس های تخصصی نشان داده می شود) یا به صورت فشار مطلق نزدیک به صفر اندازه گیری می شود. گیج های خلاء از یک لوله بوردون یا دیافراگم کالیبره شده برای خواندن در محدوده خلاء استفاده می کنند، با مقیاس معمولاً از -1 بار (یا 29.9- اینچ جیوه) تا صفر.

مشخصات کلیدی برای انتخاب گیج فشار

انتخاب گیج فشار صحیح برای یک کاربرد مستلزم تطبیق مجموعه ای از مشخصات وابسته به هم با شرایط فرآیند، محیط نصب و الزامات دقت نقطه اندازه گیری است. جدول زیر مهمترین پارامترها و اهمیت عملی آنها را خلاصه می کند.

انتخاب محدوده فشار: قانون دو سوم

محدوده فشار گیج باید به گونه ای انتخاب شود که فشار عملیاتی معمولی در یک سوم وسط مقیاس قرار گیرد - معمولاً بین 25٪ تا 75٪ فشار مقیاس کامل، با نقطه عملکرد ایده آل تقریباً 50 تا 65٪ از مقیاس کامل. کارکردن یک گیج به طور مداوم در بالای محدوده خود، عنصر حسگر را در معرض تنش های نزدیک به حد الاستیک خود قرار می دهد، خستگی را تسریع می کند و عمر مفید آن را کاهش می دهد. کار کردن با آن در پایین محدوده، وضوح خواندن را کاهش می دهد و تشخیص تغییرات فشار ظریف را دشوار می کند. انتهای پایینی محدوده باید هرگونه شرایط گذرا یا افزایش فشار مورد انتظار را بدون تجاوز از حد فشار اضافه تعیین شده گیج - معمولاً 130٪ مقیاس کامل برای گیج‌های استاندارد، در خود جای دهد.

انتخاب مواد خیس شده برای سازگاری با فرآیند

مواد خیس شده یک فشارسنج - لوله بوردون، سوکت (بدنه اتصال فرآیند) و هر اتصالات خیس شده داخلی - باید از نظر شیمیایی با سیال فرآیند سازگار باشند. ناسازگاری باعث خوردگی یا ترک خوردگی تنشی عنصر حسگر می شود که منجر به رانش اندازه گیری، شکست ساختاری یا شکستگی ناگهانی می شود که می تواند سیال فرآیند تحت فشار را از محفظه گیج آزاد کند. راهنمای انتخاب مواد زیر رایج ترین دسته بندی سیالات صنعتی را پوشش می دهد.

• برنج (آلیاژ مس): مواد مرطوب شده استاندارد برای سیالات غیر خورنده از جمله آب، بخار، هوا، نیتروژن و گازهای خنثی. برای آمونیاک (که باعث ترک خوردگی آلیاژهای مس در اثر خوردگی تنشی می شود)، استیلن (که استیلید مس انفجاری را تشکیل می دهد)، یا محیط های اسیدی یا قلیایی قوی مناسب نیست. گیج های خیس شده برنجی هزینه کمتری دارند و مشخصات مناسبی برای اکثر برنامه های کاربردی خدمات عمومی هستند.
• فولاد ضد زنگ 316: مواد استاندارد برای خدمات فرآیندهای شیمیایی، برنامه های غذایی و دارویی، آب دریا، آب نمک و مایعات اسیدی یا قلیایی خفیف. مقاومت در برابر خوردگی در برابر طیف وسیعی از مواد شیمیایی صنعتی دارد و با اکثر اسیدها به جز اسید کلریدریک در غلظت‌ها و دماهای بالا سازگار است که باعث ایجاد حفره‌های کلرید می‌شود. همچنین مواد استاندارد برای گیج های سرویس اکسیژن که در آن برنج به دلیل خطر اشتعال ناشی از آلودگی روغن ممنوع است.
• مونل (آلیاژ Ni-Cu): برای خدمات اسید هیدروفلوئوریک و برخی کاربردهای اسید معدنی بسیار خورنده که در آن فولاد زنگ نزن در اثر سوراخ شدن یا خوردگی عمومی از بین می رود، مشخص شده است. همچنین در آب دریا و خدمات دریایی استفاده می شود که در آن ترکیب کلرید و اکسیژن شرایط خوردگی تهاجمی خاصی ایجاد می کند که فولاد ضد زنگ ممکن است به اندازه کافی در داخل گیج های مستعد شکاف مقاومت نکند.
• Hastelloy C276: آلیاژ نیکل-مولیبدن-کروم با کارایی بالا برای سخت ترین خدمات خورنده از جمله اسید سولفوریک غلیظ، اسید هیدروکلریک، گاز کلر، و خدمات اسید مخلوط که در آن تمام مواد استاندارد دیگر به طور غیر قابل قبولی خورده می شوند. به طور قابل توجهی گران تر از فولاد ضد زنگ است، اما عمر مفیدی را در شرایطی فراهم می کند که جایگزین ها ظرف چند روز یا چند هفته شکست بخورند.
• مهر و موم دیافراگم (سیل شیمیایی): برای سیالات بسیار تهاجمی، محیط های بسیار چسبناک، دوغاب ها، یا سیالات متبلور که می توانند راه های داخلی گیج را مسدود یا به آنها حمله کنند، یک مهر و موم دیافراگمی (همچنین به عنوان مهر و موم شیمیایی یا دیافراگم از راه دور نامیده می شود) گیج را به طور کامل از سیال فرآیند جدا می کند. مهر و موم شامل یک دیافراگم انعطاف پذیر (در یک ماده سازگار با سیال فرآیند) است که به یک سیستم مایع پرکننده متصل شده است که فشار را از دیافراگم به گیج از طریق یک مایع پرکننده هیدرولیک غیر خورنده مانند روغن سیلیکون یا گلیسیرین منتقل می کند. سپس خود سنج به جای محیط فرآیند، فقط با مایع پرکننده تماس می گیرد.

سنج های پر از مایع: چه زمانی و چرا باید از آنها استفاده کرد

گیج‌های فشار پر از مایع - معمولاً با گلیسیرین (گلیسرول) یا روغن سیلیکون پر می‌شوند - برای کاربردهایی که شامل فشار ضربانی، ارتعاش یا جایی که گیج مستقیماً روی تجهیزات ارتعاشی مانند پمپ‌ها، کمپرسورها و موتورهای رفت و برگشتی نصب می‌شود، مشخص می‌شوند. پر کردن مایع دو مزیت متمایز دارد: نوسان نشانگر ناشی از ضربان‌های فشار (که باعث می‌شود نشانگرهای گیج خشک به‌طور قابل مشاهده ارتعاش کنند و خواندن را غیرممکن می‌کند و در عین حال سایش حرکت را تسریع می‌کند) را کاهش می‌دهد، و مکانیزم حرکت را روان‌کاری می‌کند تا اصطکاک و سایش ناشی از ارتعاش را کاهش دهد و اهرم‌های حرکت ریز دنده را کاهش دهد.

گیج های پر از گلیسیرین برای دماهای محیط و متوسط ​​- معمولاً -20 درجه سانتیگراد تا 60 درجه سانتیگراد - مناسب هستند و برای نصب در فضای باز که دمای انجماد رخ می دهد مناسب نیستند، زیرا گلیسیرین بسته به محتوای آب در حدود -12 درجه سانتیگراد (گلیسیرین خالص) تا -40 درجه سانتیگراد یخ می زند. گیج های پر از سیلیکون محدوده دمایی بسیار گسترده تری دارند - معمولاً -60 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد - و انتخاب صحیحی برای نصب در فضای باز در آب و هوای سرد، کاربردهای خدماتی در دمای بالا، یا جایی که گیج ممکن است در معرض حرارت مستقیم خورشیدی در محفظه های کارخانه فرآیند قرار گیرد، هستند. هر دو نوع پرکننده محفظه گیج و پنجره را در پشت و کناره ها مات می کنند اما جلوی شفافی برای خواندن فراهم می کنند. گیج‌های پر شده با گلیسیرین و سیلیکون گران‌تر از گیج‌های خشک هستند و برای جلوگیری از اتلاف سیال پرکننده به یک محفظه آب‌بندی شده نیاز دارند - بنابراین، مواد کیس و کیفیت آب‌بندی پنجره‌ها پارامترهای کیفی مهم‌تری برای گیج‌های پر شده نسبت به معادل‌های خشک هستند.

کلاس های دقت و زمانی که دقت بالاتر مهم است

دقت گیج فشار با کلاس دقت آن تعریف می شود - عددی که نشان دهنده حداکثر خطای مجاز به عنوان درصدی از محدوده مقیاس کامل است که در هر نقطه از مقیاس در شرایط مرجع (معمولاً 20 درجه سانتیگراد محیط، نصب عمودی) اندازه گیری می شود. گیج کلاس 1.0 با محدوده 0 تا 10 بار دارای حداکثر خطای مجاز ± 0.1 بار در هر نقطه از مقیاس خود است. یک گیج کلاس 2.5 با همان محدوده دارای حداکثر خطای مجاز ± 0.25 بار است - 2.5 برابر دقت کمتر. تعیین کلاس از استاندارد EN 837 در عمل اروپایی و ASME B40.100 در عمل در آمریکای شمالی پیروی می کند.

برای اکثر برنامه‌های نظارت بر فرآیند و نشانه‌های ایمنی، دقت کلاس 1.6 یا کلاس 2.5 کافی است - گیج دقت کافی برای نظارت بر شرایط فرآیند، شناسایی روندها و هشدار به اپراتورها در مورد انحرافات قابل‌توجه را فراهم می‌کند. برای کاربردهایی که قرائت گیج مستقیماً برای تصمیمات کنترل فرآیند، تأیید نقطه تنظیم یا مرجع کالیبراسیون استفاده می شود، کلاس 1.0 یا بهتر است. گیج‌های آزمایشی که به‌عنوان مرجع کالیبراسیون استفاده می‌شوند معمولاً کلاس 0.25 یا کلاس 0.1 هستند، با حرکات دقیق و قطر صفحه‌های بزرگ‌تر که امکان درجه‌بندی مقیاس دقیق‌تر را برای درونیابی قرائت‌ها بین علامت‌های فارغ‌التحصیلی فراهم می‌کند. تعیین گیج‌های کلاس 0.25 با دقت بالا برای کاربردهای عمومی نظارت بر فرآیند از نظر اقتصادی بیهوده است و از نظر عملیاتی غیر ضروری است - اگر برنامه به دقت بالاتر نیاز نداشته باشد، هزینه اضافی هیچ سود عملیاتی ندارد و گیج‌های دقیق بیشتر در معرض آسیب ناشی از ضربان و ارتعاش موجود در بیشتر محیط‌های صنعتی هستند.

بهترین روش‌های نصب برای عملکرد گیج قابل اعتماد

گیج فشاری که به درستی مشخص شده است که به درستی نصب شده باشد، عملکرد یا عمر مفید خود را ارائه نمی دهد. چندین روش نصب به طور مداوم از شایع ترین علل خرابی و عدم دقت گیج در کاربردهای صنعتی جلوگیری می کند.

• یک شیر جداکننده فشار سنج (کوک گیج) بین فرآیند و گیج نصب کنید: یک شیر سوزنی یا شیر توپی در خط اتصال گیج به گیج اجازه می دهد تا بدون خاموش کردن سیستم، از فرآیند برای نگهداری، تعویض یا صفر کردن جدا شود. این افزوده به طور چشمگیری اختلال عملیاتی ناشی از تعمیر و نگهداری معمول گیج را کاهش می دهد و حذف گیج را برای کالیبراسیون بدون وقفه در فرآیند امکان پذیر می کند.
• برای سیستم های ضربان دار یک دمپر ضربان یا پیچ محدود کننده نصب کنید: برای گیج‌های روی خطوط تخلیه پمپ رفت و برگشتی یا کمپرسور که گیج پر از مایع برای مدیریت ضربان کافی نیست، یک اسنابر هیدرولیک (دستگاهی با دهانه محدود یا دیسک متخلخل که انتقال فشار به گیج را کند می‌کند) گذرهای فشار سریع را بدون تأثیر بر دقت خواندن ثابت جذب می‌کند.
• برای سرویس بخار از سیفون (دم خوک) استفاده کنید: گیج های فشار on steam lines must be protected from direct contact with high-temperature steam, which would overheat the Bourdon tube and accelerate material creep and fatigue. A pigtail siphon — a coiled or U-shaped section of tubing installed between the steam line and the gauge — traps condensate that forms a water barrier, protecting the gauge from steam temperature while still transmitting steam pressure accurately. The siphon must be filled with water before the gauge is put into service.
• گیج‌ها را به صورت عمودی نصب کنید، مگر اینکه طور دیگری مشخص شده باشد: اکثر فشار سنج ها در موقعیت عمودی (شماره رو به جلو، اتصال فرآیند در پایین) کالیبره می شوند. نصب یک گیج در جهت غیر استاندارد - به ویژه افقی یا وارونه - یک جابجایی صفر ناشی از گرانش را به دلیل وزن اجزای حرکتی که در جهت متفاوتی نسبت به نیروی فنر عمل می کنند، ایجاد می کند. در صورت نیاز به نصب غیر عمودی، گیج باید در جهت نصب شده خود صفر تنظیم شود، یا یک سنج با حرکت پر از مایع مهر و موم شده که اثرات گرانش ناشی از جهت گیری را جبران می کند، باید مشخص شود.
• درزگیر رزوه مناسب را برای اتصالات فرآیند اعمال کنید: از نوار PTFE یا درزگیر رزوه مایع مناسب برای سیال فرآیند و دمای روی رزوه اتصال فرآیند گیج استفاده کنید. درزگیر را فقط روی رزوه نر بمالید - هرگز داخل سوکت گیج جایی که می تواند وارد قسمت های داخلی گیج شود و عبور فشار را مسدود کند، استفاده نکنید. گیج را با دست و یک تا دو دور با استفاده از آچار روی قسمت شش گوش سوکت بچرخانید، هرگز روی بدنه گیج، که برای مقاومت در برابر بار پیچشی ناشی از سفت شدن نخ طراحی نشده است و اگر به عنوان سطح سفت کننده استفاده شود، ترک می خورد یا منحرف می شود.

تعمیر و نگهداری، کالیبراسیون و تعویض گیج فشار

گیج‌های فشار اغلب به‌عنوان ابزارهای نصب‌شده دائمی و بدون نیاز به تعمیر و نگهداری در نظر گرفته می‌شوند - رویکردی که منجر به گیج‌هایی می‌شود که از نظر مکانیکی دست نخورده هستند اما به‌طور دقیق نمی‌خوانند، یا گیج‌هایی که بدون هشدار ساختاری از کار می‌افتند، زیرا تخریب شناسایی نشد. یک رویکرد تعمیر و نگهداری سیستماتیک از یکپارچگی اندازه گیری و ایمنی پرسنل در محیط های سیستم تحت فشار محافظت می کند.

راستی‌آزمایی کالیبراسیون - مقایسه قرائت گیج با یک گیج مرجع معتبر یا تستر وزن مرده در چندین نقطه در مقیاس - باید در تمام گیج‌هایی که برای کنترل فرآیند یا عملکردهای ایمنی استفاده می‌شوند در فواصل زمانی تعیین‌شده توسط بحرانی بودن اندازه‌گیری و پایداری تاریخی گیج انجام شود. برای کاربردهای حیاتی ایمنی مانند نشانگر فشار دیگ بخار، تأیید نقطه تنظیم سوپاپ تخلیه مخزن تحت فشار، و گیج سیلندر گاز فشرده، تأیید کالیبراسیون سالانه معمولاً حداقل فاصله قابل قبول است، با بررسی‌های مکرر برای گیج‌ها در محیط‌های سخت یا سرویس‌های چرخه بالا.

• نشانه هایی که گیج نیاز به تعویض فوری دارد: هنگامی که فشار آزاد می شود اشاره گر به صفر بر نمی گردد (نشان دهنده تغییر شکل عنصر حسگر دائمی). پنجره شکسته یا ابری که از خواندن جلوگیری می کند. خوردگی قابل مشاهده روی کیس، اتصال یا شماره گیری؛ نشت مایع را از گیج پر از مایع پر کنید (نشان دهنده خرابی آب بندی موردی است که اجازه ورود رطوبت را می دهد). یا هر قرائتی که با گیج مرجع بیشتر از تحمل کلاس دقت سنج متفاوت است.
• روش حذف گیج ایمن: شیر ایزوله (کوک گیج) را ببندید تا گیج از فشار خط جدا شود. اتصال سنج را به آرامی شل کنید - اگر شیر جداکننده از نوع قطع مثبت نیست، تا زمانی که فشار از طریق تخلیه یا دریچه تخلیه نشده است، آن را به طور کامل جدا نکنید. از PPE مناسب برای مایع فرآیند خاص استفاده کنید - محافظ صورت و دستکش های مقاوم در برابر مواد شیمیایی برای خدمات خورنده، دستکش های مقاوم در برابر حرارت برای سرویس بخار. هرگز سعی نکنید گیج فشار را از یک خط تحت فشار خارج کنید بدون اینکه قبلاً تأیید کنید که شیر جداسازی بسته است و هرگونه فشار محبوس شده در اتصال گیج به طور ایمن تخلیه شده است.

گیج‌های فشار ابزارهای فریبنده‌ای ساده‌ای هستند که در صورت عدم تعیین صحیح، نصب نادرست یا نگهداری ناکافی، عواقب بسیار ساده‌ای دارند. رشته مهندسی تطبیق نوع گیج، محدوده فشار، مواد خیس شده، پر کردن، کلاس دقت و رتبه بندی مورد با شرایط فرآیند خاص و نیازهای محیطی هر نقطه اندازه گیری - همراه با نصب سیستماتیک، کالیبراسیون و شیوه های جایگزینی - پایه و اساس اندازه گیری فشار قابل اعتماد در هر سیستم تحت فشار در هر تاسیسات صنعتی است.