گیج فشار (Pressure Gauge) یا فشارسنج صنعتی، ابزاری است که برای نمایش محلی و مستقیم فشار سیال (مایع یا گاز) در سیستم‌های صنعتی، لوله‌کشی‌ها، مخازن و ماشین‌آلات به کار می‌رود. برخلاف ترانسمیترهای فشار که خروجی الکتریکی (مانند سیگنال ۴-۲۰ میلی‌آمپر) تولید کرده و داده‌ها را به سیستم‌های کنترل مرکزی ارسال می‌کنند، گیج فشار یک دستگاه کاملاً مکانیکی یا الکترومکانیکی ساده است که فشار را به صورت آنالوگ و به صورت بصری برای اپراتور در محل نمایش می‌دهد.

اهمیت حیاتی گیج‌های فشار

گیج‌های فشار یکی از رایج‌ترین و حیاتی‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری در هر تأسیسات صنعتی هستند و نقش اصلی آن‌ها تضمین ایمنی، کنترل فرآیند و بهره‌وری است:

1. ایمنی (Safety): مهم‌ترین وظیفه گیج، نظارت بر فشار سیستم برای جلوگیری از تجاوز از حداکثر فشار کاری مجاز (MAWP) است. این امر از ترکیدگی خطوط لوله، آسیب به مخازن تحت فشار و حوادث فاجعه‌بار جلوگیری می‌کند.

2. کنترل فرآیند: اپراتورها از طریق گیج‌ها می‌توانند وضعیت عملکرد پمپ‌ها، کمپرسورها، فیلترها و دیگ‌های بخار را در لحظه بررسی کنند.

3. عیب‌یابی: افت ناگهانی فشار یا نوسانات غیرعادی، به اپراتورها در تشخیص سریع گرفتگی فیلترها، نشتی‌ها یا خرابی پمپ‌ها کمک می‌کند.

قیمت پرشر گیج در ابزار سنجش آریا

انواع فشار قابل اندازه‌گیری

گیج‌های فشار برای اندازه‌گیری سه نوع اصلی فشار طراحی شده‌اند:

• فشار نسبی ((Gauge Pressure رایج‌ترین نوع، که فشار را نسبت به فشار اتمسفر محیط اندازه‌گیری می‌کند.

• فشار مطلق (Absolute Pressure): فشار را نسبت به خلأ کامل اندازه‌گیری می‌کند. این گیج‌ها برای فرآیندهای خلأ یا محیط‌هایی که فشار اتمسفر متغیر است، ضروری هستند.

• فشار تفاضلی (Differential Pressure): اختلاف فشار بین دو نقطه از یک سیستم را اندازه‌گیری می‌کند (مثلاً قبل و بعد از یک فیلتر یا اوریفیس پلیت).

اصول عملکرد و انواع مکانیکی اصلی

گیج‌های فشار مکانیکی عمدتاً بر اساس تبدیل نیروی ناشی از فشار به حرکت مکانیکی عمل می‌کنند. سه عنصر اصلی حسگر در گیج‌های مکانیکی وجود دارد.

۱. گیج فشار بوردون (Bourdon Tube Gauge)

این رایج‌ترین نوع گیج فشار در کاربردهای صنعتی عمومی است.

• اصل عملکرد: حسگر اصلی، یک لوله فلزی بیضوی یا دایره‌ای است که خم شده و به شکل حرف “C” یا یک مارپیچ درآمده است. یک سر لوله به سیال فرآیند متصل است و سر دیگر آن آزاد است.

• نحوه عملکرد: وقتی فشار سیال وارد لوله بوردون می‌شود، تمایل دارد لوله را صاف کند. این حرکت کوچک سر آزاد لوله، از طریق یک مجموعه اهرم و چرخ‌دنده کوچک (مکانیزم حرکتی) تقویت شده و به عقربه روی صفحه نمایش منتقل می‌شود.

• مزایا: طراحی مستحکم، دقت خوب و هزینه پایین، مناسب برای رنج وسیعی از فشارها (از خلأ تا فشارهای بسیار بالا). از این نوع گیج فشار در ساخت کلید خودرو در اسلامشهر استفاده می شود.

۲. گیج فشار دیافراگمی (Diaphragm Gauge)

این گیج‌ها اغلب در فشارهای پایین، محیط‌های خورنده یا لجن‌دار استفاده می‌شوند.

• اصل عملکرد: یک دیسک فلزی نازک و منعطف (دیافراگم) است که مرز بین سیال فرآیند و مکانیسم اندازه‌گیری را تشکیل می‌دهد.

• نحوه عملکرد: افزایش فشار باعث انحراف دیافراگم می‌شود. این انحراف از طریق یک اتصال مکانیکی به عقربه منتقل می‌گردد.

• مزایا: مناسب برای اندازه‌گیری فشارهای بسیار پایین (کمتر از ۱ اتمسفر)، تحمل مواد چسبنده یا خورنده، و امکان طراحی بهداشتی (Sanitary) برای صنایع غذایی/دارویی.

۳. گیج فشار کپسولی یا دمی (Capsule/Bellows Gauge)

این نوع گیج معمولاً برای اندازه‌گیری فشارهای بسیار پایین یا فشار مطلق به کار می‌رود.

• اصل عملکرد: حسگر آن از دو دیافراگم موج‌دار به هم جوش داده شده تشکیل شده است که شبیه به یک کپسول یا آکاردئون است.

• نحوه عملکرد: با تغییر فشار، کپسول منبسط یا منقبض می‌شود. این حرکت خطی سپس به حرکت چرخشی عقربه تبدیل می‌شود.

• مزایا: حساسیت بسیار بالا در رنج‌های فشار پایین.

مشخصات فنی و کالیبراسیون

انتخاب صحیح یک گیج فشار نیازمند توجه به مشخصات فنی آن است تا دقت و ایمنی تضمین شود.

۱. رنج، دقت و اندازه صفحه نمایش

• رنج کاری: گیج باید طوری انتخاب شود که فشار عملیاتی نرمال در حدود ۳۰ تا ۷۰ درصد از کل رنج گیج قرار گیرد. استفاده از گیج در انتهای رنج آن (بالای ۷۵٪) به دلیل افزایش خطای گیج و کاهش طول عمر آن توصیه نمی‌شود.

• دقت (Accuracy Class): دقت گیج‌ها بر اساس درصدی از کل رنج (Full Scale Span) بیان می‌شود. رایج‌ترین کلاس‌های دقت در صنعت کلاس ۱ ($\pm ۱\%$)، کلاس ۰.۶ ($\pm ۰.۶\%$) و کلاس ۰.۲۵ ($\pm ۰.۲۵\%$) هستند.

• اندازه صفحه (Dial Size): اندازه صفحه (مانند ۴، ۶ یا ۱۰ اینچ) بسته به فاصله دید و اهمیت اندازه‌گیری انتخاب می‌شود.

۲. متریال ساخت (Wetted Parts)

مواد ساخت قطعات در تماس با سیال فرآیند (مانند بوردون تیوب یا دیافراگم) بسیار حیاتی است.

• استاندارد: رایج‌ترین متریال استنلس استیل ۳۱۶ (SS316) است که مقاومت خوبی در برابر خوردگی دارد و در محصولات mornsun استفاده میشود.

• محیط‌های خورنده: در صورت وجود اسیدها یا مواد بسیار خورنده، از متریال‌های خاص مانند مونل (Monel)، هستلوی (Hastelloy) یا استفاده از شیرهای دیافراگمی شیمیایی (Chemical Seals) استفاده می‌شود.

۳. حفاظت در برابر لرزش و پالس (Vibration and Pulsation)

در محیط‌هایی که پمپ‌ها یا کمپرسورها نوسانات یا لرزش ایجاد می‌کنند، از روش‌های زیر برای محافظت از گیج استفاده می‌شود:

• گیج‌های پر شده با مایع (Liquid-Filled Gauges): پر کردن بدنه گیج با مایعاتی مانند گلیسیرین یا روغن سیلیکون، نوسانات عقربه را کاهش می‌دهد، حرکت مکانیسم داخلی را روان می‌کند و از سایش زودرس قطعات جلوگیری می‌نماید.

• دمپرها (Dampers) و اسنوبرها (Snubbers): این ابزارهای خارجی در خط لوله نصب می‌شوند تا پالس‌های سریع فشار را قبل از رسیدن به گیج میرا کرده و کاهش دهند.

انواع تخصصی و ملاحظات نصب

در کاربردهای خاص، گیج‌های تخصصی برای اطمینان از صحت و ایمنی استفاده می‌شوند.

۱. گیج‌های دیافراگمی با جداکننده شیمیایی (Chemical Seal Gauges)

• کاربرد: در فرآیندهایی که سیال فرآیند بسیار خورنده، چسبنده یا سمی است و نباید مستقیماً با بوردون تیوب گیج تماس داشته باشد.

• نحوه عملکرد: یک دیافراگم واسط، سیال فرآیند را از گیج جدا می‌کند. فضای بین دیافراگم و گیج با یک مایع پر کننده (مانند روغن سیلیکون) پر می‌شود. فشار فرآیند به دیافراگم و از طریق مایع پر کننده به بوردون تیوب گیج منتقل می‌گردد.

۲. گیج‌های فشار تفاضلی (Differential Pressure Gauges – DP)

• کاربرد: اندازه‌گیری اختلاف فشار در مواردی مانند:

  • نظارت بر گرفتگی فیلترها.

  • اندازه‌گیری جریان سیال با استفاده از یک عنصر اولیه مانند اوریفیس پلیت.

  • اندازه‌گیری سطح مایع در مخازن بسته.

• فناوری: این گیج‌ها دارای دو ورودی فشار (فشار بالا و فشار پایین) هستند و عقربه مستقیماً اختلاف فشار را نمایش می‌دهد.

۳. ملاحظات نصب

• محل نصب: گیج‌ها باید در محلی نصب شوند که اپراتور به راحتی و بدون نیاز به خم شدن یا بالا رفتن، بتواند آن‌ها را بخواند (ارتفاع دید).

• لوله سایفون (Siphon Tube): در کاربردهای بخار، یک لوله سایفون (به شکل حلقه یا کویل) باید بین خط بخار و گیج نصب شود. این لوله بخار را متراکم کرده و یک ستون آب ایجاد می‌کند تا بخار داغ مستقیماً به بوردون تیوب نرسد و آن را از آسیب حرارتی حفظ کند.

• شیر جداسازی (Isolation Valve): نصب یک شیر (مانند شیر سوزنی یا بال ولو) قبل از گیج ضروری است تا امکان جدا کردن گیج برای کالیبراسیون یا تعویض بدون توقف فرآیند فراهم شود.

نوآوری‌های مدرن و نتیجه‌گیری

اگرچه گیج‌های فشار بوردون قدمت زیادی دارند، اما نوآوری‌های امروزی آن‌ها را با عصر دیجیتال همگام کرده است.

۱. گیج‌های فشار دیجیتال (Digital Pressure Gauges)

• ویژگی‌ها: این گیج‌ها از سنسورهای پیزورزیستیو (مانند ترانسمیترهای فشار) استفاده کرده و فشار را روی یک صفحه نمایش $\text{LCD}$ نمایش می‌دهند.

• مزایا: دقت بسیار بالاتر (معمولاً $\pm ۰.۱\%$ تا $\pm ۰.۰۵\%$), قابلیت ذخیره داده‌ها، و امکان ارتباط دیجیتال. اغلب به عنوان ابزار کالیبراسیون مرجع در محیط‌های صنعتی استفاده می‌شوند.

• مدل‌های هیبریدی: برخی گیج‌های فشار مکانیکی امروزه مجهز به سوئیچ‌های الکتریکی هستند که در صورت رسیدن فشار به یک حد تعیین شده، یک سیگنال $\text{ON/OFF}$ به $\text{PLC}$ ارسال می‌کنند.

۲. استانداردها و کالیبراسیون

کالیبراسیون منظم گیج‌های فشار برای انطباق با استانداردها و تضمین ایمنی ضروری است.

• ابزار کالیبراسیون: کالیبراسیون گیج‌ها با مقایسه خوانش گیج در حال تست با یک گیج مرجع با دقت بالاتر (Standard Reference Gauge) انجام می‌شود. این فرآیند معمولاً در یک کالیبراتور پنوماتیک (Air) یا هیدرولیک (Liquid) انجام می‌پذیرد.

• استانداردسازی: سازمان‌هایی مانند $\text{ASME}$ و $\text{ISO}$ استانداردسازی‌هایی را برای ساخت، نصب و کالیبراسیون گیج‌های فشار تعیین کرده‌اند که تولیدکنندگان موظف به رعایت آن‌ها هستند.

سخن پایانی

گیج‌های فشار ابزارهایی ساده، اما با اهمیت حیاتی در هر واحد صنعتی هستند. آن‌ها به عنوان خط اول دفاع در برابر فشارهای خطرناک و ابزاری ضروری برای نظارت بر عملکرد تجهیزات عمل می‌کنند. از بوردون تیوب ساده در سیستم‌های هوای فشرده تا گیج‌های دیافراگمی با جداکننده شیمیایی در فرآیندهای خورنده، انتخاب صحیح گیج، با در نظر گرفتن متریال، لرزش و نیازهای فرآیندی، برای حفظ ایمنی، دقت و طول عمر تأسیسات شما امری ضروری است.