فشار گیج چیست؟ راهنمای جامع و کاربردی
آنچه در این مطلب میخوانید:
یکی از مفاهیم کلیدی در اندازه‌گیری فشار، فشار گیج (Gauge Pressure) است. این کمیت، فشار یک سیال را نسبت به فشار اتمسفر (فشار هوای اطراف) اندازه‌گیری می‌کند و در بسیاری از کارهای صنعتی و روزمره مورد استفاده قرار می‌گیرد و ابزار اندازه‌گیری آن انواع گیج فشار می‌باشد.
در این مقاله، به بررسی جامع مفهوم فشار گیج می‌پردازیم. پس با ما همراه باشید تا با تعریف، اهمیت، کاربردها، روش‌های محاسبه و واحدهای اندازه‌گیری آن آشنا شوید و تفاوتش را با فشار مطلق و اتمسفری درک کنید.
فرمول محاسبه فشار گیج چیست؟
فشار گیج (Gauge Pressure) به فشاری گفته می‌شود که یک سیال (مایع یا گاز) نسبت به فشار اتمسفر (فشار هوای اطراف) به یک سطح وارد می‌کند. به عبارت دیگر فشار گیج، اختلاف فشار بین فشار مطلق یک سیال و فشار اتمسفری است.
فشار گیج (Pg) = فشار مطلق (Pa) – فشار اتمسفری (Patm)
نکات مهم در مورد فشار گیج
- فشار مرجع: فشار اتمسفر به عنوان فشار مرجع برای اندازه‌گیری فشار گیج در نظر گرفته می‌شود.
- صفر گیج: وقتی فشار مطلق یک سیال برابر با فشار اتمسفر باشد، فشار گیج برابر با صفر است. به این حالت “صفر گیج” گفته می‌شود.
- واحدهای اندازه‌گیری: این نوع فشار معمولاً با واحدهای “بار ” (bar)، “پوند بر اینچ مربع ” (psi) یا “کیلوپاسکال ” (kPa) اندازه‌گیری می‌شود.
- کاربردها: این فشار در بسیاری از صنایع و کارهای روزمره برای اندازه‌گیری و کنترل فشار سیستم‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، در صنعت نفت و گاز، فشار گیج برای اندازه‌گیری فشار در خطوط لوله، مخازن و تجهیزات حفاری استفاده می‌شود.
- مثبت یا منفی بودن: فشار گیج می‌تواند مثبت یا منفی باشد. نوع مثبت آن به این معنی است که فشار مطلق سیال بیشتر از فشار اتمسفر است، در حالی که نوع منفی آن به این معنی است که فشار مطلق سیال کمتر از فشار اتمسفر است.
- کمیت نسبی: این فشار یک کمیت نسبی است و به فشار اتمسفری بستگی دارد. بنابراین، فشار گیج یک سیال در مکان‌های مختلف با ارتفاع‌های مختلف می‌تواند متفاوت باشد.
فرق فشار گیج با گیج فشار چیست؟
فشار گیج و گیج فشار دو مفهوم متفاوت‌اند که نباید با هم اشتباه گرفته شوند. فشار گیج به نوعی از اندازه‌گیری فشار گفته می‌شود که بر اساس اختلاف فشار بین محیط و نقطه اندازه‌گیری محاسبه می‌شود. از طرف دیگر، گیج فشار ابزاری است که برای اندازه‌گیری فشار به‌کار می‌رود و می‌تواند انواع مختلفی از فشار، مانند فشار مطلق یا فشار گیج، را اندازه‌گیری کند. اشتباه گرفتن این دو می‌تواند منجر به انتخاب نادرست ابزار و در نتیجه داده‌های غیر دقیق شود.
بیشتر بخوانید :
تفاوت فشار گیج با فشار مطلق (Gauge Pressure vs. Absolute Pressure)
فشار گیج و فشار مطلق دو مفهوم اساسی در اندازه‌گیری فشار هستند که درک تفاوت آن‌ها برای انتخاب ابزار اندازه‌گیری و تفسیر صحیح نتایج بسیار مهم است.
- فشار گیج: این مدل فشار نسبت به فشار اتمسفر (فشار هوای اطراف) اندازه‌گیری می‌شود. به عبارت دیگر، فشار اتمسفر به عنوان نقطه صفر یا مرجع برای فشار گیج در نظر گرفته می‌شود. از این نوع فشار در بسیاری از کارهای صنعتی و روزمره که فشار نسبت به فشار اتمسفر اهمیت دارد، استفاده می‌شود. به عنوان مثال، در اندازه‌گیری فشار تایر خودرو، فشار آب در لوله‌ها و فشار گاز در کپسول‌ها.
- فشار مطلق: این مدل فشار نسبت به خلأ کامل (فشار صفر مطلق) اندازه‌گیری می‌شود. در واقع، فشار مطلق کل فشاری است که یک سیال به یک سطح وارد می‌کند، از جمله فشار اتمسفر. از فشار مطلق در مواردی که فشار کل سیال اهمیت دارد، استفاده می‌شود. به عنوان مثال، در اندازه‌گیری فشار در سیستم‌های خلأ، اندازه‌گیری فشار اتمسفر و محاسبات ترمودینامیکی.
تفاوت فشار گیج با فشار اتمسفری (Gauge Pressure vs. Atmospheric Pressure)
تا اینجای مطلب با تعریف فشار نسبی آشنا شدیم اما فشار اتمسفری (Atmospheric Pressure) به فشاری گفته می‌شود که هوا بر روی سطح زمین و اجسام موجود در آن وارد می‌کند. این فشار به دلیل وزن لایه‌های هوا بالای سطح زمین ایجاد می‌شود و با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد. فشار اتمسفری در سطح دریا به عنوان فشار استاندارد (1 اتمسفر یا 101.325کیلوپاسکال) در نظر گرفته می‌شود و با افزایش ارتفاع کاهش می‌یابد. فشار اتمسفریک در هواشناسی، هوانوردی و برخی کاربردهای صنعتی برای اندازه‌گیری فشار هوا و پیش‌بینی آب و هوا استفاده می‌شود.
چرا از فشار گیج استفاده می‌کنیم؟
فشار گیج، به عنوان یک مفهوم کلیدی در اندازه‌گیری فشار، در صنایع و کاربردهای مختلف به دلایل متعددی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در این بخش، به بررسی دلایل اصلی استفاده و اهمیت آن در اندازه‌گیری و کنترل فشار می‌پردازیم:
- سادگی و سهولت استفاده
فشار گیج به دلیل سادگی و سهولت استفاده، یکی از پرکاربردترین مفاهیم اندازه‌گیری فشار است. این کمیت به راحتی قابل اندازه‌گیری است و نیازی به تجهیزات پیچیده و گران‌قیمت ندارد.
- کاربردهای عملی
فشار گیج در بسیاری از کاربردهای عملی و صنعتی اهمیت دارد. به عنوان مثال، در صنعت نفت و گاز، از آن برای اندازه‌گیری فشار در خطوط لوله، مخازن و تجهیزات حفاری استفاده می‌شود. در صنعت خودروسازی، فشار گیج برای اندازه‌گیری فشار باد تایرها و فشار روغن موتور استفاده می‌شود. در بسیاری از سیستم‌های صنعتی، از این نوع فشار به عنوان یک پارامتر کنترلی برای تنظیم و بهینه‌سازی عملکرد سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- ایمنی
اندازه‌گیری و کنترل فشار گیج در بسیاری از سیستم‌ها برای حفظ ایمنی بسیار مهم است. به عنوان مثال، در بویلرها و مخازن تحت فشار، این نوع فشار باید در محدوده ایمن نگه داشته شود تا از انفجار و آسیب جلوگیری شود. در سیستم‌های پنوماتیک و هیدرولیک، این نوع فشار برای اطمینان از عملکرد صحیح سیستم و جلوگیری از خرابی تجهیزات مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- عیب‌یابی و نگهداری
اندازه‌گیری فشار گیج می‌تواند به شناسایی و عیب‌یابی مشکلات در سیستم‌ها کمک کند. به عنوان مثال، کاهش این فشار در یک سیستم هیدرولیک می‌تواند نشان‌دهنده نشتی یا خرابی پمپ باشد. با پایش مداوم فشار گیج، می‌توان مشکلات احتمالی را در مراحل اولیه شناسایی و از خرابی‌های جدی و پرهزینه جلوگیری کرد.
معایب استفاده از فشار گیج
وابستگی به فشار اتمسفری: فشار گیج نسبت به فشار اتمسفر اندازه‌گیری می‌شود و بنابراین، مقدار آن به فشار اتمسفری بستگی دارد. این موضوع می‌تواند در مکان‌هایی با ارتفاع‌های مختلف یا در شرایط آب و هوایی متغیر مشکل‌ساز باشد.
عدم نمایش فشار مطلق: فشار گیج فقط اختلاف فشار با فشار اتمسفر را نشان می‌دهد و فشار مطلق سیال را نمایش نمی‌دهد. در برخی کاربردها، دانستن فشار مطلق سیال ضروری است.
محدودیت در اندازه‌گیری فشارهای بسیار پایین: گیج‌های فشار معمولاً برای اندازه‌گیری فشارهای پایین‌تر از فشار اتمسفر مناسب نیستند. در این موارد، از ابزارهای اندازه‌گیری فشار مطلق مانند فشارسنج‌های خلأ استفاده می‌شود.
واحدهای اندازه‌گیری فشار گیج
فشار گیج با واحدهای مختلفی اندازه‌گیری می‌شود که هر کدام در صنایع و کاربردهای خاصی رایج هستند. در این بخش، به معرفی برخی از واحدهای رایج اندازه‌گیری و نحوه تبدیل بین آن‌ها می‌پردازیم.
- واحدهای متریک
- پاسکال (Pa): واحد اصلی فشار در سیستم بین‌المللی واحدها (SI) است. یک پاسکال برابر با نیروی یک نیوتن بر متر مربع است .
- کیلوپاسکال (kPa): معادل 1000 پاسکال است و در بسیاری از کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود.
- مگاپاسکال (MPa): معادل 1 میلیون پاسکال است و برای اندازه‌گیری فشارهای بالا استفاده می‌شود.
- بار (bar): واحدی است که در برخی صنایع اروپایی استفاده می‌شود و معادل 100,000 پاسکال است.
- واحدهای انگلیسی
- پوند بر اینچ مربع (psi): واحدی است که در ایالات متحده و برخی کشورهای دیگر استفاده می‌شود و معادل نیروی یک پوند بر سطح یک اینچ مربع است.
- اینچ آب (inH₂O): واحدی است که برای اندازه‌گیری فشارهای بسیار کم استفاده می‌شود و معادل فشار ناشی از یک ستون آب به ارتفاع یک اینچ است.
- اینچ جیوه (inHg): واحدی است که در برخی کاربردها مانند اندازه‌گیری فشار خون استفاده می‌شود و معادل فشار ناشی از یک ستون جیوه به ارتفاع یک اینچ است.
- واحدهای رایج دیگر
- میلی‌متر جیوه (mmHg): واحدی است که در پزشکی و برخی کاربردهای علمی استفاده می‌شود و معادل فشار ناشی از یک ستون جیوه به ارتفاع یک میلی‌متر است.
- تور (Torr): واحدی است که به افتخار اوانجلیستا توریچلی، فیزیکدان ایتالیایی، نام‌گذاری شده و معادل یک میلی‌متر جیوه است.
ابزارهای اندازه‌گیری فشار گیج چیست؟
برای اندازه‌گیری فشار گیج، از ابزارهای مختلفی استفاده می‌شود که هر کدام دارای ویژگی‌ها و کاربردهای خاصی هستند. در این بخش، به معرفی برخی از ابزارهای رایج اندازه‌گیری آن می‌پردازیم:
1. مانومتر آنالوگ یا گیج فشار عقربه‌ای
مانومترهای آنالوگ، ابزارهای مکانیکی هستند که با استفاده از یک عقربه و یک صفحه مدرج، فشار گیج را نمایش می‌دهند. این ابزارها معمولاً دارای یک عنصر حساس به فشار (مانند لوله بوردون، دیافراگم یا کپسول) هستند که با تغییر فشار، تغییر شکل می‌دهند و این تغییر شکل به حرکت عقربه تبدیل می‌شود.
• سادگی و قیمت مناسب
• عدم نیاز به منبع تغذیه
• مناسب برای اندازه‌گیری فشارهای استاتیک
• اندازه‌گیری فشار در سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک
• اندازه‌گیری فشار تایر خودروها
• اندازه‌گیری فشار در سیستم‌های HVAC
2. مانومترهای دیجیتال
مانومترهای دیجیتال، ابزارهای الکترونیکی هستند که با استفاده از یک سنسور فشار و یک صفحه نمایش دیجیتال، فشار گیج را نمایش می‌دهند. این ابزارها معمولاً دارای دقت و قابلیت اطمینان بیشتری نسبت به مانومترهای آنالوگ دارند.
• دقت بالا
• قابلیت نمایش واحدهای مختلف فشار
• امکان ذخیره و انتقال داده‌ها
• امکان اتصال به سیستم‌های کنترل
• اندازه‌گیری فشار در فرآیندهای صنعتی
• اندازه‌گیری فشار در تجهیزات پزشکی
• اندازه‌گیری فشار در آزمایشگاه‌ها
3. گیج‌های اختلاف فشار یا تفاضلی
مانومترهای تفاضلی، ابزارهایی هستند که برای اندازه‌گیری اختلاف فشار بین دو نقطه استفاده می‌شوند. این ابزارها می‌توانند آنالوگ یا دیجیتال باشند و در کاربردهای مختلفی مانند اندازه‌گیری فشار در فیلترها، اندازه‌گیری جریان سیالات و اندازه‌گیری سطح مایعات استفاده می‌شوند.
• قابلیت اندازه‌گیری اختلاف فشار
• مناسب برای اندازه‌گیری جریان و سطح
• امکان نمایش واحدهای مختلف فشار
• اندازه‌گیری افت فشار در فیلترها
• اندازه‌گیری جریان سیالات در لوله‌ها
• اندازه‌گیری سطح مایعات در مخازن
سایر ابزارهای اندازه‌گیری فشار گیج
علاوه بر ابزارهای ذکر شده، ابزارهای دیگری نیز برای اندازه‌گیری فشار گیج وجود دارند که برخی از آن‌ها عبارتند از:
- ترانسمیترهای فشار: ابزارهایی هستند که فشار گیج را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند و برای انتقال اطلاعات فشار به سیستم‌های کنترل استفاده می‌شوند.
- سنسورهای فشار: ابزارهای الکترونیکی هستند که فشار گیج را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند و در مانومترهای دیجیتال و ترانسمیترهای فشار استفاده می‌شوند.
انتخاب ابزار اندازه‌گیری فشار گیج مناسب بستگی به کاربرد مورد نظر، دقت مورد نیاز، محدوده فشار و بودجه شما دارد. با شناخت انواع ابزارهای اندازه‌گیری این نوع فشار و ویژگی‌های آن‌ها، می‌توانید بهترین ابزار را برای نیازهای خود انتخاب کنید.
نتیجه‌گیری
درک تفاوت‌های فشار گیج و فشار مطلق اهمیت زیادی در صنایع مختلف دارد. انتخاب صحیح نوع فشار به بهبود دقت و عملکرد دستگاه‌ها کمک می‌کند و از بروز خطاهای احتمالی جلوگیری می‌نماید. با توجه به کاربرد گسترده فشار گیج در صنعت و نقش مهم آن در کنترل فرآیندها، توجه به نوع فشار انتخابی در هر سیستم ضروری است.