اندازه گيري فشار و خلاء

اندازه گيري فشار و خلاء

وسايلي كه براي اندازه گيري فشار استفاده مي شوند را فشار سنج يا خلاء سنج مي نامند. تكنيك هاي زيادي براي اندازه گيري فشار و خلاء وجود دارد. بطور معمول به وسايل اندازه گيري كه فشارهاي نزديك فشار اتمسفر رااندازه گيري مي كنند، مانومتر اطلاق مي شود.
همچنين در اغلب موارد به وسايل هيدرواستاتيكي كه در آنها ستوني از مايع وجود دارد نيز مانومتر اطلاق مي شود.

فشار يك كميت مطلق نيست و براي همين در اندازه گيري فشار ، هميشه مقدار آنرا نسبت به يك فشار مرجع تعيين مي كنند. بطور مثال فشار تاير يك اتومبيل نسبت به فشار اتمسفر سنجيده مي شود. گاهي نيز فشار نسبت به فشار خلاء  سنجيده مي شود. معمولا فشار خلاء به سه پله فشار خلاء پايين، فشار خلاء بالا و فشار خلاء خيلي بالا (تا حدود ۱۱-۱۰ ميلي بار) تقسيم مي شود. ولي بايستي توجه داشت رسيدن به خلاء مطلق (صفر ميلي بار) بسيار دشوار است.

براساس مبناي تعيين شده براي اندازه گيري فشار آنرا به سه صورت زير در نظر ميگيرند:

1- فشار مطلق : فشاري است كه برمبناي خلاء كامل اندازه گيري مي شود و خلاء كامل بعنوان مرجع اندازه گيري يا صفر مبنا درنظر گرفته مي شود.

2- فشار سنجش : فشاري است كه برمبناي فشار اتمسفر سنجيده مي شود و فشار اتمسفر بعنوان مرجع اندازه گيري يا صفر مبنا درنظر گرفته مي شود.

3- اختلاف فشار: عبارتست از اختلاف فشار بين دو نقطه.

بنابراين فشار سنجش برابر است با فشار مطلق منهاي فشار اتمسفر يا فشار مطلق جمع جبري فشار مطلق و فشار اتمسفر است:

Absolute Pressure= Gauge pressure + atmospheric pressure

فشار لاستيك اتومبيل و فشار خون جانداران ازنوع فشار سنجش است در حالي كه فشار اتمسفر و دستگاه هاي اندازه گيري ارتفاع كه براساس فشار اتمسفر ارتفاع راتعيين مي كنند، از نوع مطلق هستند (هرچه ارتفاع بيشتر شود فشار اتمسفر كمتر مي شود).

از اختلاف فشار نيز در صنعت بطور گسترده براي اندازه گيري استفاده مي شود. اين وسايل داراي دو ورودي براي اعمال فشار فرايند تحت اندازه گيري هستند و بصورتي مكانيكي اختلاف فشار رياضي را اندازه گيري مي كنند. معمولا از اين روش بيشتر براي تعيين مقدار جريان مواد يا سيال در يك مسير مثلا لوله استفاده مي شود.
اغلب در بيان مقدار فشار خلاءهاي مياني ، بسته به اينكه بر مبناي فشار مطلق يا فشار سنجش بخواهد بيان شود ابهام پيش مي آيد. دليل آن اين است كه چون خلاء هميشه كمتر از فشار اتمسفر است، بنابراين برخلاف فشار مطلق كه هميشه مقداري مثبت دارد، فشار سنجش براي خلاء مقدارش منفي مي شود، ولي معمولأ آنرا بصورت مثبت بيان مي كنند.
بطور مثال اگر فشار اتمسفر در دماي 20 درجه سلسيوس 101.325 Kpa تعيين شده باشد ، آنگاه فشار سنجش 80 Kpa معادل با فشار مطلق 21.325 Kpa (101.325-80=21.325) خواهد شد.
معمولأ فشار اتمسفر در سطح دريا 100Kpa در نظر گرفته مي شود ولي مقدار آن با ارتفاع و شرايط آب و هوايي تغيير مي كند. بهمين دليل عليرغم اينكه اگر فشار مطلق سيالي ثابت بماند ، ولي فشار سنجش آن با تغيير فشار اتمسفر تغيير مي كند. به همين دليل وقتي يك اتومبيل به سمت ارتفاعات مي رود و فشار اتمسفر كم مي شود ، در همان حال فشار سنجش آن زياد مي شود.
در بسياري از دستگاه هاي اندازه گيري فشار یا فشارسنج،  بجاي اينكه مرجع اندازه گيري فشار سنجش (صفر مرجع) مقدار واقعي فشار اتمسفر در نظر گرفته شود ، فشار اتمسفر را مقداري ثابت فرض كرده (بطور مثال  100 Kpa يا  101.325 Kpa) و بقيه اندازه گيري ها را نسبت به آن انجام مي دهند، به همين دليل اين قبيل دستگاه ها در ارتفاعات زياد ممكن است به درستي كار نكنند.

در بسياري از موارد با استفاده از ترانسميترهاي (ديفرانسيلي) فشار ، اندازه گيري ها بسادگي نسبت به فشار اتمسفر واقعي انجام مي شود. بطور مثال در ترانسميترهاي فشار كه از ديافراگم استفاده مي كنند، يكي از دو طرف ديافراگم ( اصطلاحأ طرف منفي آن) از طريق يك لوله يا يك سوراخ تعبيه شده با محيط بيرون در ارتباط است و فشار اتمسفر و تغييرات آنرا حس ميكند و طرف ديگر ديافراگم به فشار تحت اندازه گيري متصل است ،  فشار سنجش را بصورت درستي اندازه گيري مي كند. به همين دليل اگر ورودي اندازه گيري فشار اين وسايل بطور آزاد در معرض هواي محيط قرار گيرد ، خروجي آنها صفر را نشان مي دهد.
در عوض در كاربردهاي فشار بالا  طرف منفي را مي توان كاملأ بست و آنرا از محيط بيرون ايزوله كرد و اجازه اعمال تغييرات فشار اتمسفر در فشار اندازه گيري شده را نداد. اينكار در فشارهاي بالا كه تغييرات فشار اتمسفر نسبت به مقدار فشار تحت اندازه گيري مقدار كوچك و قابل صرف نظري دارد و بنابراين درستي اندازه گيري را خراب نمي كند كاملا توجيه فني دارد ، درحاليكه در اندازه گيري هاي فشار پايين و در حد فشار اتمسفر توجيهي ندارد. اين وسايل هيچ گاه صفر را به درستي اندازه گيري نمي كنند زيرا فشار اتمسفر تغيير مي كند ولي يكي از ورودي هاي آنها كاملا بسته و فشار آن روي يك فشار ثابت (بطور مثال 1bar يا 100Kpa) تثبيت و آب بندي شده است.

سازندگان وسايل اندازه گيري فشار براي فراهم كردن امكان اندازه گيري فشار مطلق ، در يكي از طرفهاي ديافراگم موجود در ترانسميتر فشار يا فشار سنج، خلاء كامل برقرار و آنرا بطور آب بندي شده اي مي بندند و با اينكار يك حسگر فشار مطلق ساخته مي شود. در اين صورت اگر آن طرفي از ديافراگم كه وظيفه اندازه گيري فشار  را دارد در محيط آزاد (هواي آزاد) قرار داده شود، يك وسيله اندازه گيري فشار اتمسفر يا بارومتر ساخته شده است.