ما هو مقياس الضغط؟ الأنواع والعمل والتطبيقات

ما هو مقياس الضغط؟

يقوم الفني بفحص القرص الموجود على خط تفريغ المضخة للتأكد من أن القراءة ضمن النطاق الآمن. يعتمد هذا الفحص البصري السريع، الذي يتكرر آلاف المرات يوميًا، على واحدة من أقدم الأدوات في الصناعة: مقياس الضغط.

مقياس الضغط هو أداة تقيس ضغط الغاز أو السائل في نظام مغلق وتظهر القيمة على قرص أو شاشة رقمية. لا تحتاج معظم أجهزة القياس الميكانيكية إلى طاقة خارجية: فالضغط نفسه يحرك المؤشر عبر مقياس معاير، مما يجعلها الطريقة الأكثر اقتصادا لمراقبة الضغط عبر المعدات الصناعية والتجارية والمنزلية.

مقياس الضغط ليس جهاز إرسال. يوفر المقياس قراءة محلية. يقوم جهاز الإرسال بتحويل الضغط إلى إشارة كهربائية، مثل 4-20 مللي أمبير أو Modbus، لـ PLC أو العرض عن بعد. تستخدم العديد من الأنظمة كليهما: مقياس للتحقق في الموقع وجهاز إرسال للتحكم الآلي.

التكوين الأكثر شيوعًا هو المقياس التناظري المثبت مباشرة مع أنبوب بوردون وأجزاء مبللة من النحاس أو الفولاذ المقاوم للصدأ. على سبيل المثال، تعد مقاييس الضغط الشائعة للأغراض العامة مثل سلسلة Y60 نقطة بداية نموذجية لمعدات OEM.

كيف يعمل مقياس الضغط؟

داخل مقياس الضغط، يدفع ضغط العملية ضد عنصر استشعار مرن، وتقوم مجموعة التروس بتحويل هذه الحركة إلى دوران المؤشر.

عنصر استشعار الضغط: أنبوب بوردون

يعتبر أنبوب بوردون هو عنصر الاستشعار الأكثر استخدامًا. وهو عبارة عن أنبوب معدني منحني أو حلزوني ذو مقطع عرضي بيضاوي. عندما يدخل الضغط، يحاول المقطع العرضي أن يصبح مستديرًا، مما يتسبب في استقامة الأنبوب قليلاً. تؤدي هذه الإزاحة الصغيرة، والتي غالبًا ما تكون أقل من ملليمتر، إلى تشغيل رابط متصل بالحركة. تتميز أنابيب بوردون بأنها دقيقة، وقوية، وغير مكلفة، وتغطي أوسع نطاق، من 60 ملي بار إلى عدة آلاف من البار.

عناصر الاستشعار البديلة: الحجاب الحاجز والكبسولة

ليست كل الوسائط مناسبة لأنبوب بوردون. عنصر الحجاب الحاجز عبارة عن قرص معدني رفيع ينحرف تحت الضغط؛ تقيس مقاييس الحجاب الحاجز الضغوط المنخفضة، ويمكنها، باستخدام ختم الحجاب الحاجز، التعامل مع الوسائط اللزجة أو الملوثة أو المسببة للتآكل. يتكون عنصر الكبسولة من غشاءين مموجين ملحومين معًا، وهو حساس بدرجة كافية لضغوط منخفضة جدًا مثل مسودة الفرن. يؤدي اختيار عنصر الاستشعار إلى تحديد نطاق الضغط القابل للاستخدام والوسائط التي يمكن للمقياس الاتصال بها بأمان.

الحركة والقضية الجمعية

تعمل الحركة، وهي عبارة عن مجموعة تروس دقيقة، على تضخيم الانحراف إلى دوران المؤشر. القضية تحمي الآلية. يتطلب الاهتزاز أو النبض المستمر علبة مملوءة بالزيت، حيث يعمل سائل التخميد على تثبيت المؤشر وتزييت التروس. اتصال العملية، عادة 1/4 بوصة. NPT أو 1/2 بوصة. BSP، يتم توصيله بالأنبوب أو الخزان أو الآلة.

قياس الضغط مقابل الضغط المطلق مقابل الضغط التفاضلي

تشير قراءة الضغط دائمًا إلى نقطة مرجعية، ويحدد المرجع ما يظهره المقياس.

يشير الضغط المطلق إلى الفراغ المثالي. إنه الضغط الحقيقي للسائل، ويرتبط بالضغط الجوي بمقدار P _{القيمة المطلقة} = ص _مقياس P _{أجهزة الصراف الآلي} . تحتوي المقاييس المطلقة على غرفة مرجعية داخلية مفرغة، لذلك لا تتغير القراءات مع الطقس أو الارتفاع. الاستخدامات النموذجية: المراقبة الجوية وطلاء الفراغ.

يشير قياس الضغط إلى الضغط الجوي. يقرأ المقياس القياسي صفرًا عندما يكون مفتوحًا في الغلاف الجوي؛ يظهر القرص الضغط فوق المحيط. تعرض معظم أجهزة القياس الصناعية، بدءًا من أجهزة استقبال الهواء وحتى المكابس الهيدروليكية ومضخات المياه، ضغط المقياس.

الضغط التفاضلي هو الفرق بين نقطتين. يحتوي المقياس التفاضلي على وصلتين للعمليتين ويظهر الفرق مباشرة؛ تشمل الاستخدامات الشائعة مراقبة انسداد الفلتر، ومستوى السائل في الخزانات المغلقة، والتدفق عبر لوحة الفتحة.

يقرأ المقياس المركب كلا من الضغط الفراغي والإيجابي على مقياس واحد، متجاوزًا الصفر في المنتصف. يُظهر مقياس ضغط الإطارات ضغط المقياس؛ يحتاج فراغ مراقبة المقياس في غرفة التغليف إلى تصميم مطلق أو مركب.

وحدات الضغط المشتركة المستخدمة في أجهزة القياس

يتم تصنيع أجهزة قياس الضغط بمقاييس وحدات مختلفة وفقًا للمعايير الإقليمية. يسرد الجدول أدناه الوحدات التي ستقابلها في أغلب الأحيان.

للتحويل السريع، 1 بار يساوي تقريبًا 14.5 رطل لكل بوصة مربعة أو 100 كيلو باسكال، و1 ميجا باسكال يساوي 10 بار. غالبًا ما تستخدم معدات التصدير أقراصًا مزدوجة النطاق، مثل psi وbar، لتجنب الأخطاء.

الأنواع الرئيسية لأجهزة قياس الضغط

يمكن تصنيف أجهزة قياس الضغط حسب المرجع وعنصر الاستشعار والبناء. تتوافق وجهات النظر الثلاث هذه مع مقياس لظروف العمل.

حسب المرجع: المقياس والمطلق والتفاضلي

يتبع هذا التصنيف المرجع الموضح أعلاه. مقياس قياسي يقيس نسبة إلى الغلاف الجوي؛ يحتوي المقياس المطلق على غرفة مفرغة؛ يحتوي المقياس التفاضلي على منفذين ويظهر الفرق.

بواسطة عنصر الاستشعار: أنبوب بوردون، الحجاب الحاجز، كبسولة

تغطي مقاييس أنبوب بوردون النطاق الأوسع، من حوالي 60 ملي بار إلى آلاف البار، وتناسب معظم الواجبات العامة. تتعامل مقاييس الحجاب الحاجز مع الضغوط المنخفضة وتتحمل الوسائط القذرة أو العدوانية. يتم حجز أجهزة قياس الكبسولة للضغوط المنخفضة جدًا، عادةً ما تكون أقل من 600 ملي بار، مثل مسودة الفرن.

من خلال البناء الخاص: مختوم، مقاوم للتآكل، مقاوم للصدمات، مقاوم للانفجار

عندما يكون وسط العملية لزجًا، أو يحمل جزيئات، أو يميل إلى سد عنصر الاستشعار، فإن ختم الحجاب الحاجز يعزل الأجزاء الداخلية للمقياس. في محطات المياه البلدية والصناعية، تعمل أجهزة القياس ذات الأغشية المختومة المستخدمة في خطوط معالجة المياه على منع الحمأة والمواد الصلبة العالقة من عرقلة العنصر مع توفير قراءة ثابتة.

عندما تكون البيئة مسببة للتآكل، مثل المصانع الكيميائية أو المنصات البحرية، فإن الهيكل المصنوع بالكامل من الفولاذ المقاوم للصدأ يحمي الأجزاء المبللة والعلبة. تجمع منشآت البتروكيماويات بين الفولاذ المقاوم للصدأ وعلبة مملوءة بالزيت؛ تعد مقاييس الضغط المقاومة للصدمات المملوءة بالنفط والمخصصة لاستخدام البتروكيماويات من المواصفات القياسية في المصافي ومحطات النقل.

بالنسبة للغازات القابلة للاشتعال أو الغبار القابل للاشتعال، تمنع أجهزة القياس المقاومة للانفجار المزودة بحالات الخدمة الشاقة والمفاصل المقاومة للاشتعال الشرر الداخلي من إشعال الغلاف الجوي.

تعتبر المقاييس المقاومة للصدمات والمملوءة بالزيت شائعة أيضًا في الأجهزة المحمولة؛ تولد وحدات الطاقة الهيدروليكية والضواغط والمحركات البحرية اهتزازات من شأنها أن تؤدي إلى إرهاق مقياس الحالة الجافة بسرعة.

التناظرية مقابل أجهزة قياس الضغط الرقمية

تظل المقاييس الميكانيكية التناظرية هي الخيار الافتراضي للمؤشر المحلي: فهي لا تحتاج إلى طاقة وتتحمل الاستخدام القاسي. توفر أجهزة القياس الرقمية دقة أعلى، غالبًا ما تتراوح بين 0.1% إلى 0.5% من النطاق الكامل، وتوفر مخرجات لتسجيل البيانات أو المراقبة عن بعد. إنها تتحمل الاهتزاز جيدًا ولكنها تحتاج إلى بطارية ولا تحب درجات الحرارة القصوى. وهما متكاملان: التناظري للقراءة المباشرة، والرقمي للدقة.

تطبيقات الصناعة لأجهزة قياس الضغط

تخلق الصناعات المختلفة ظروف ضغط مختلفة، ولهذا السبب يقوم المصنعون ببناء أجهزة القياس بشكل مختلف.

• البتروكيماويات والطاقة: تعتمد خطوط الأنابيب وصهاريج التخزين ومحطات الضخ على الفولاذ المقاوم للصدأ، والمملوءة بالزيت، والمقاييس المقاومة للانفجار للوسائط المسببة للتآكل والمناطق الخطرة.
• معالجة المياه: أنظمة التناضح العكسي وألواح الترشيح تراقب التغذية والضغط التفاضلي؛ تعمل المقاييس المختومة بغشاء على منع الانسداد من الطمي والجزيئات.
• التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والتبريد: تسبب دوائر التبريد والمبردات ارتفاعًا في الضغط؛ أجهزة قياس الضغط HVAC مع الشعرية دع القرص يجلس بعيدًا عن الأنابيب الساخنة، لحماية الحركة.
• المعدات الطبية: تحتاج أجهزة قياس ضغط الدم، ومنظمات الأكسجين، والشفاطات الكهربائية إلى أجهزة قياس دقيقة وقابلة للتنظيف؛ أجهزة قياس الضغط الطبية بنيت لهذه التطبيقات الحساسة.
• الأجهزة المنزلية: وتقوم آلات صنع القهوة بفحص ضغط الاستخراج وتقوم أجهزة تنقية المياه بمراقبة ضغط الغشاء؛ تستخدم هذه المقاييس المدمجة مواد ملامسة للأغذية وتحتاج إلى القليل من الصيانة.
• البحرية والسيارات: تستخدم غرف المحركات ولوحات العدادات مقاييس مقاومة للاهتزاز لضغط الزيت وأنظمة فرامل الهواء؛ حافظات محكمة الغلق أو مملوءة بالزيت تحافظ على ثبات الإبرة.
• الإنتاج الصناعي: تستخدم معدات الغاز الطبيعي المضغوط، والمفاتيح الكهربائية المعزولة بغاز SF6، وأنظمة اللحام مقاييس مطابقة لمتطلبات الغازات والسلامة المحددة.

يتم تطبيق نفس المبدأ الفيزيائي، حيث يؤدي الضغط إلى انحراف عنصر الاستشعار، بشكل مختلف في كل صناعة. إن مقياس درجة التكرير عديم الفائدة داخل ماكينة القهوة: فالوسائط والبيئة والمساحة ومعايير السلامة مختلفة ببساطة.

كيفية اختيار مقياس الضغط المناسب لتطبيقك

النهج المنهجي يمنع معظم أخطاء الاختيار. العمل من خلال هذه الخطوات الخمس.

1. التعرف على وسائل الإعلام. هل هي قابلة للتآكل أم لزجة أم مليئة بالمواد الصلبة؟ سوف تسد المياه المحملة بالطمي أنبوب بوردون القياسي، لذا حدد ختم الحجاب الحاجز أو المادة المبللة المناسبة. الهواء النظيف والزيت والبخار جيد مع الأجزاء النحاسية أو الفولاذ المقاوم للصدأ.
2. تحديد نطاق الضغط والدقة. تجنب الجري في أعلى الميزان؛ تتراوح نقطة التشغيل المثالية بين 25% و75% من النطاق الكامل. تناسب عملية 50 بار الثابتة مقياسًا من 0 إلى 100 بار.
3. تقييم بيئة التثبيت. يستدعي الاهتزاز علبة مملوءة بالزيت؛ قد تحتاج درجة الحرارة المحيطة المرتفعة إلى التركيب عن بعد؛ تتطلب الأجواء الخطرة بناءًا وشهادة مقاومة للانفجار.
4. اختر الاتصال والتركيب. قم بمطابقة نوع الخيط وحجمه (NPT، BSP، المتري) مع التركيب الموجود، واختر بين التثبيت السفلي أو الخلفي أو اللوحة.
5. قرر ما إذا كنت بحاجة إلى مخرج كهربائي. القراءة المحلية تعني فقط أن المقياس الميكانيكي يكفي؛ إذا كان يجب أن تصل الإشارة إلى وحدة التحكم، فاختر جهاز إرسال أو مقياسًا هجينًا مزودًا بقرص ومخرج.

عندما تكون هذه المعلمات واضحة، يضيق نطاق التحديد بسرعة. للاطلاع على واجبات الهواء والماء والزيت والهيدروليكية القياسية، تصفح مجموعة كاملة من أجهزة قياس الضغط العامة على صفحة المنتج الخاصة بالشركة المصنعة، وتأكد من توافق الوسائط مع المورد قبل الطلب.

أساسيات الصيانة والمعايرة

يمكن الاعتماد على أجهزة قياس الضغط، ولكنها أدوات دقيقة تستحق الرعاية الأساسية. أربع عادات تغطي معظم المواقف:

• تحقق من موقف الصفر. عندما يتم خفض ضغط النظام، يجب أن يستقر المؤشر على الصفر؛ الإزاحة الثابتة تعني عنصر استشعار مشوه أو حركة مهترئة.
• مشاهدة سلوك المؤشر. الرفرفة الطفيفة أمر طبيعي، ولكن الرفرفة الشديدة تشير إلى فقدان التخميد الداخلي أو فتحة مسدودة.
• فحص النافذة والحالة. الرطوبة داخل مقياس الحالة الجافة تعني فشل الختم؛ استبدله قبل أن يؤدي التآكل إلى إتلاف الحركة.
• معايرة على جدول زمني. إن إعادة المعايرة السنوية هي خط الأساس للخدمة العامة؛ تحتاج التطبيقات ذات الجودة الحرجة إلى عمليات فحص متكررة. قارن بمعيار مرجعي واستبدله إذا تجاوز الخطأ فئة الدقة الخاصة به.

يسمح صمام العزل بإزالة المقياس دون إيقاف العملية، كما تحمي حلقة الصنبور أو السيفون من المطرقة المائية والبخار. مع هذه الرعاية، يمكن أن يستمر مقياس الجودة لسنوات. استبدل الجهاز عندما يصبح القرص غير مقروء، أو تلتصق الإبرة، أو تتلف العلبة؛ الفشل غير المتوقع يكلف أكثر من مجرد مقياس جديد.

الاستنتاج

مقياس الضغط يجيب على سؤال يظهر باستمرار في الهندسة: ما هو الضغط في هذا النظام الآن؟ تجيب عليه المقاييس الميكانيكية بدون كهرباء وبتكلفة منخفضة وبدقة كافية لمعظم التطبيقات الصناعية والتجارية.

إن فهم كيفية عمل عنصر الاستشعار، وكيف يختلف ضغط المقياس عن القراءات المطلقة والتفاضلية، ولماذا تتطلب الصناعات إنشاءات مختلفة، سيساعدك على تحديد الأداة الصحيحة. ابدأ بالوسائط ونطاق الضغط وبيئة التثبيت. إذا كانت أي تفاصيل غير واضحة، فاتصل بالشركة المصنعة وتزويدها بمعلومات عملية محددة ودع أحد المتخصصين يوصي بنموذج تم اختباره لتطبيقك.