نحوه عملکرد گیج فشار کپسولیالمان اندازه گیری گیج فشار کپسولی از دو دیافراگم موجدار که از کناره ها برای تشکیل کپسول به هم جوش خورده اند، تشکیل شده است.فشار قابل اندازه گیری از طریق یک ورودی در مرکز اولین دیافراگم وارد کپسول می شود. مرکز دیافراگم دوم به بخش متحرک وصل شده است به طوری که می توان انحراف المان اندازه گیری را به عقربه منتقل کرد.وقتی فشار داخل کپسول بالا می رود ، هر دو دیافراگم کمی تغییر شکل می یابند. با استفاده از دو دیافراگم ، جمع شدن کلی المان اندازه گیری دو برابر بیشتر است.در انیمیشن گیج فشار از زیر فشار وارد کپسول می شود و از آن خارج می شود و عقربه را به سمت راست و به سمت چپ می چرخاند.
کپسول
همانطور که در تصاویر زیر مشاهده می کنید ، دو نوع کپسول وجود دارد: محدب (convex) و تو در تو (nested) . یک کپسول محدب با اتصال دو دیافراگم محدب مقابل یکدیگر شکل می گیرد. یک کپسول تو در تو متشکل از یک محدب و یک دیافراگم مقعر است ، که همچنین در امتداد حاشیه آنها به یکدیگر متصل میشوند.اگر فشار فرآیند در امتداد قسمت بیرونی کپسول اعمال شود ، کپسولهای توخالی از این مزیت برخوردار هستند که در برابر فشار بیش از حد مقاومت بیشتری دارند.
گیج فشار کپسولیبرای اندازه گیری اختلاف فشار بسیار کم ، تغییر شکل یک کپسول تک ممکن است بسیار کوچک باشد. بنابراین ، چندین کپسول را می توان در بالای یکدیگر قرار داد تا جابجایی کافی برای تغییر مکان عقربه در مقیاس کامل بدست آید. این مجموعه را می توان با دیافراگم های محدب یا تو در تو ساخت.
ویژگی گیج فشار کپسولی
با استفاده از دیافراگم های مسطح ، می توان از تغییرحد آلاستیکی سریع می توان انحرافات بسیار کوچک را به دست آورد. بنابراین ، دیافراگم ها معمولاً موجدار هستند. این راهها قبل از رسیدن به حد الاستیک ، امکان انحراف بیشتری از دیافراگم را دارند.یک کپسول به قطر 50 میلی متر (2 اینچ) ، متشکل از دو دیافراگم تو در تو است که به یکدیگر جوش داده می شوند ، می تواند به ضخامت 1.5 میلی متر (0.06 اینچ) برسد.بزرگی انحراف نیز به قطر دیافراگم بستگی دارد. واقعیت این است که تغییر شکل یک دیافراگم با قدرت چهارم قطر آن متناسب است. در نتیجه ، با بزرگتر شدن قطر دیافراگم ، سرعت انحراف افزایش می یابد. دو برابر شدن قطر بدین معنی است که انحراف 16 برابر افزایش می یابد.برای دیافراگم های مسطح ، که دورتادور آنها به صورت دایره ای بسته شده است ، می توان با استفاده از معادله زیر انحراف را به عنوان تابعی از شعاع محاسبه کرد.این یک فرمول ساده شده است که فقط برای انحرافات کوچک دیافراگم معتبر است ، به عبارت دیگر ، جایی که نسبت بین انحراف دیافراگم و فشار وارد شده به دیافراگم خطی است. اصطلاح معادله ای که نشان دهنده انحراف غیر خطی است نادیده گرفته شده است.
که در آن:
δ = میزان انحراف دیافراگم
r = موقعیت شعاعی
R = شعاع دیافراگم
D = سختی مواد دیافراگم
P = فشار وارد شده به دیافراگم
δc = مرکز انحراف دیافراگم
که در آن:سختی مواد دیافراگم (D) را می توان با استفاده از فرمول زیر بدست آورد:
E = مدول ارتجاعی نوین
t = ضخامت دیافراگم
ν = نسبت پواسون
برای دیافراگم های تو در تو ، معادله بسیار پیچیده تر خواهد بود زیرا لازم است تعداد و شکل تو در توها را نیز در نظر بگیرید ، و همچنین احتمالاً یک قسمت مسطح در وسط دیافراگم داشته باشید.یک محدوده تو در تو تضمین می کند که تنش شعاعی در دیافراگم با عاملی از 1000 به 10000 کاهش می یابد ، امکان کاهش تأثیر نوسانات دما را حداقل با یک عامل 120 کاهش می دهد و تأثیر تنش های جوشکاری در امتداد حاشیه دیافراگم را کاهش می دهد.از آنجا که کپسول از دو دیافراگم تشکیل شده است که هرکدام دارای انحنای خاص خود هستند ، این حساسیت دو برابر گیج فشار دیافراگمی خواهد بود. این حساسیت همچنین به قطر کپسول بستگی دارد. این می تواند بین 25 میلی متر (1 اینچ) و 150 میلی متر (6 اینچ) متغیر باشد. هرچه قطر بزرگتر باشد ، حساسیت نیز بیشتر می شود.تغییر شکل دیافراگم می تواند نیروهای بزرگی را منتقل کند. در نتیجه ، فرمان مکانیسم انتقال با نسبت زیاد امکان پذیر می شود. بنابراین کاملاً امکان پذیر است ، با وجود انحراف کوچک یک کپسول ، عقربه را در مقیاس کامل حرکت دهد. حتی یک فشار کوچک که روی دیافراگم با قطر بزرگ عمل می کند می تواند نیروی کافی برای هدایت مکانیسم انتقال ایجاد کند.
برنامه های کاربردی با گیج فشار کپسولی
از آنجا که محفظه فشار یک کپسول به خودی خود تخلیه نمی شود ، نمی توان از آنها برای مایعات استفاده کرد. بنابراین کپسولها فقط برای اندازه گیری فشارهای گاز استفاده می شوند.امکان اندازه گیری فشار کم با دیافراگم ها به همراه خاصیت حساسیت بالای کپسول ، اطمینان حاصل می کند که کپسول ها سنسورهای ایده آل برای استفاده در گیج فشار هستند.
به منظور ایجاد انحراف بیشتر و حساسیت بیشتر ، می توان کپسول ها را بر روی یکدیگر قرار داد. گیج فشار معمولاً شامل 2 تا 5 کپسول بسته به کیفیت دستگاه است که روی یکدیگر قرار داده می شوند.کپسول های متعددی مورد نیاز است زیرا فشار اتمسفرباعث کمی تغییر می شود ، یعنی فقط بین 920 و 1050 میلی بار. تفاوت اندک بین حداقل و حداکثر فشار هوا برای مجموعه کپسول ها برای هدایت عقربه کافی است.تصویر زیر داخل یک فشارسنج را با دو کپسول متصل نشان می دهد. هر کپسول تخلیه و مهر و موم شده است. فشار هوا در خارج از کپسول ها عمل می کند. برای جلوگیری از فروریختن کپسول ها تحت افزایش فشار ، یک فنر بر روی یک پایه متصل شده است که به مرکز فوقانی کپسول وصل می شود.
رنج اندازه گیری گیج های فشار کپسولی
گیج فشار کپسولی برای اندازه گیری فشارهای منفی بسیار کم از 0 – 0.5 میلی بار تا 0-1000 با کلاس دقت 0.1 تا 2.5 مناسب هستند. آنها می توانند فشار نسبی و مطلق و اختلاف فشار را اندازه گیری کنند.
سنسورهای فشار مطلق
در سنسورهای فشار مطلق ، محفظه فشار کپسول تخلیه و مهر و موم شده است.کپسول در یک محفظه بسته شده بسته شده است. سپس فشار فرآیند از طریق اتصال فرآیند به داخل محفظه بسته شده وارد می شود و به قسمت بیرونی کپسول اعمال می شود.از آنجا که فشار فرآیند با یک خلاء تقریبا کامل در داخل کپسول مقایسه می شود ، ما فشار مطلق را اندازه خواهیم گرفت.نقطه اتصالی ، که به کپسول ثابت است ، از طریق دیواره محفظه به سمت صفحه با استفاده از ضربات حلقه ای تقریباً بدون اصطکاک منتقل می شود. ضربات حلقه ای تضمین می کند که فشار در محفظه در طول پیوند نشت نخواهد کرد.کپسول ها به گونه ای طراحی شده اند که در صورت وجود فشار بیش از حد برای جلوگیری از آسیب ، روی یکدیگر قرارگیرند.
سنسورهای فشار نسبی
برای اندازه گیری فشارهای نسبی ، فشار فرآیند به داخل کپسول اعمال می شود. بنابراین کپسول دارای یک اتصال فرآیند در وسط دیافراگم است که از طریق آن فشار فرآیند وارد می شود.فشار مرجع ، به عنوان فشار جوی ، در قسمت بیرونی کپسول قرار دارد.اندازه گیری فشار نسبی را می توان با یک یا چند کپسول انجام داد.
سنسورهای اختلاف فشار
اگر اندازه گیری فشار نسبی فوق با یک اتصال دومی تأمین شود و محفظه در محل اتصال با یک حلقه مهر و موم شده باشد ، می توان دو فشار مختلف را با یکدیگر مقایسه کرد. فشار حاصل ، که توسط کپسول ها اندازه گیری می شود ، اختلاف فشار در دو فشار فرآیندی است.
