روش های اندازه گیری فشار بارومتریک و فشار خلا

فشار بارومتریک

فشار هوا، که فشار بارومتریک نیز نامیده می شود، فشار داخل فضای زمین  است.  فشار بارومتریک نیروی اعمال شده توسط جو در یک نقطه داده شده است.

فشار بارومتریک به عنوان “وزن هوا” شناخته می شود.

ATM واحد فشار است که به عنوان 1013.25 میلیارد (101325 Pa) معادل 760 mmHg (torr)، 29.9212 اینچ Hg یا 14.696 psi تعریف شده است.

واحد اتمسفری تقریبا معادل فشار متوسط ​​جو در سطح دریا بر روی زمین است، یعنی فشار اتمسفر زمین در سطح دریا تقریبا 1 atm است.

این فشار در سطح آبها و دریاهای آزاد در حدود ۱ کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع است. با افزایش ارتفاع از سطح زمین، به‌دلیل کاسته شدن ارتفاع ستون هوای قرارگرفته در بالای

سطح، فشار جو کاهش می‌یابد.

مقیاس تمام فشارسنجهای مورد استفاده برای اهداف هواشناسی باید در hPa باشند.

واحد

بعضی از فشارسنج ها در واحد hH یا mmHg می باشند. تحت شرایط استاندارد فشار بر ستون خالص جیوه که ارتفاع 760 میلیمتر است 1013.250 hPa است،

1 hPa = 0.750062 mmHg;

1 mmHg = 1.333224 hPa.

و به دلیل رابطه بین اینچ و میلی متر (1 اینچ = 25.4 میلی متر):

1 hPa = 0.029530 inHg;

1 inHg = 33.8639 hPa;

1 mmHg = 0.03937008 inHg.

بارومتر

یکی از روش های اندازه گیری فشار هوا استفاده از بارومتر میباشد. بارومتر یک ابزار علمی است که برای اندازه گیری فشار هوا استفاده می شود. گرایش فشار می تواند تغییرات

کوتاه مدت در آب و هوا را پیش بینی کند. بسیاری از اندازه گیری های فشار هوا در تجزیه و تحلیل آب و هوا سطحی برای کمک به پیدا کردن فضاهای سطح، سیستم های فشار

بالا و مرزهای پیشانی استفاده می شود.

بارومتر ها و ارتفاع سنج های فشار (اصلی ترین و رایج ترین نوع ارتفاع سنج) اساسا  ابزاری مثل هم هستند، اما برای مقاصد مختلف استفاده می شوند. ارتفاع سنج در نظر گرفته

شده است که در سطوح مختلف مطابق با فشار اتمسفر مطابق با ارتفاع مورد استفاده قرار گیرد، در حالی که یک بارومتر در همان سطح نگهداری می شود و تغییرات ظریف فشار

ناشی از هوا را اندازه گیری می کند.

بارومتر MEMS

فشارسنجهای میکرو الکترو مکانیکی (یا MEMS) دستگاه های بسیار کوچک بین 1 تا 100 میکرومتر در اندازه (0.001 تا 0.1 میلی متر) هستند. آنها از طریق فتولیتوگرافی یا

ماشینکاری فتوشیمیایی ایجاد می شوند. برنامه های کاربردی معمول شامل ایستگاه های آب و هوایی مینیاتوری، فشارسنج های الکترونیکی و ارتفاع سنج ها هستند.

فشار سنج  در گوشی های هوشمند بر اساس MEMS و فن آوری فشار سنج پیزو رگولاتور برای ارائه یک قفل سریعتر GPS بود.  با این حال، محققان شخص ثالث قادر به تایید دقت GPS

اضافی و یا سرعت قفل به علت خواندن بارومتر هستند. محققان پیشنهاد می کنند که گنجاندن فشارسنج ها در تلفن های هوشمند ممکن است یک راه حل برای تعیین ارتفاع

کاربر باشد اما همچنین پیشنهاد می کند که ابتدا باید چندین مشکل را برطرف کرد.

علاوه بر بارومترهای ذکر شده بسیاری از انواع دیگر غیرمعمول بارومتر وجود دارد.

روش های اندازه گیری فشار بارومتریک و مشاهده

به منظور اهداف هواشناسی، فشار اتمسفری  با فشارسنجهای الکترونیکی، فشارسنجهای جیوه، فشارسنجهای آنیرید یا هیپسومتر اندازه گیری می شود .

بارومترها مناسب برای استفاده به عنوان ابزار عملیاتی برای اندازه گیری فشار اتمسفر مناسب است اگر شرایط زیر را برآورده سازد:

1) این ابزارها باید به صورت منظم یا کالیبراسیون شده در برابر استاندارد  فشار سنج با استفاده از روش های تایید شده مورد استفاده قرار گیرد. دوره بین دو کالیبراسیون باید به

اندازه کافی کوتاه باشد تا اطمینان حاصل شود که مجموع خطای اندازه گیری مطلق مطابق با الزامات دقت مندرج در این فصل باشد.

2) اگر بعضی از ابزارها یک تاریخ لغزش در کالیبراسیون داشته باشند، فقط درصورتی که دوره بین کالیبراسیون به اندازه کافی کوتاه باشد، برای اطمینان از صحت اندازه گیری مورد

نیاز در تمام زمان ها، مناسب خواهد بود.

3) خواندن ابزارها نباید تحت تاثیر تغییرات دما قرار گیرد. ابزار مناسب فقط اگر:

3.1) روش هایی برای اصلاح خواندن برای اثرات دما، دقت مورد نیاز را تضمین می کند. و / یا

3.2) سنسور فشار در محیطی قرار می گیرد که دمای آن تثبیت شده است تا دقت مورد نیاز برآورده شود.

چند عامل دیگر

4) این ابزار باید در محیطی قرار گیرد که اثرات خارجی آن به خطاهای اندازه گیری منجر نمی شود.

این اثرات شامل باد، تابش / دما، شوک ها و ارتعاشات، نوسانات برق و شوک های فشار است.

هنگام انتخاب یک موقعیت برای ابزار، به ویژه برای فشارسنج جیوه، باید مراقب باشید.

هر ناظر هواشناسی باید این اثرات را درک کند و بفهمد آیا هر کدام از آنها بر دقت  فشار سنج در استفاده تاثیر می گذارد.

6) ابزار باید سریع و آسان برای خواندن باشد.

ابزار باید طوری طراحی شود  که انحراف استاندارد خواندن آنها کمتر از یک سوم از دقت مطلق بیان شده است؛

7) اگر دستگاه باید از محل عملیاتی آن کالیبراسیون شود، روش حمل و نقل استفاده نمیشود تا بر دقت فشار سنج تأثیر بگذارد.

اثراتی که ممکن است کالیبراسیون فشار سنج را تغییر دهد شامل شوک های مکانیکی و ارتعاشات و جابجایی از تغییرات فشار عمودی و بزرگ است .

که ممکن است در حین حمل و نقل با هوا مواجه شوند.

فشار خلا

خلاء را می توان به عنوان یک فضای خالی از ماده تعریف کرد.

با این حال، دستیابی به چنین فضایی خالی بر اساس زمین غیرممکن است. 

خلاء بهتر است به عنوان یک فضای با فشار گاز بسیار کمتر از فشار اتمسفر توصیف شده است.

فیزیکدانان و دانشمندان این عدم وجود “خلاء کامل” را در اتاق هایی مثل کوره های تولید، به عنوان  خلاء جزئی بیان می کنند.

خلأ به محیطی گفته می‌شود که چگالی ذره‌های اتم‌ها و مولکول‌های موجود در آن خیلی کمتر از محیط جوّ است. خلأ را با توجه به تعداد ذراتی که در واحد حجم دارد، به خلأ

عادی، خلأ متوسط، خلأ بالا، خلأ خیلی بالا، و خلأ بی‌نهایت تقسیم‌بندی کرده‌اند. برای تشخیص نوع خلأ، تعداد مولکول‌ها اندازه‌گیری نمی‌شوند، بلکه با اندازه‌گیری فشار گاز

می‌توان تعداد مولکول‌ها در واحد حجم را تعیین کرد. خلأ به محیطی گفته می‌شود که فشار آن از فشار اتمسفر کمتر باشد و براساس فشاری که دارد به خلأ عادی، متوسط و غیره

تقسیم‌بندی می‌شود.

خلاء عمدتا با فشار مطلق آن اندازه گیری می شود.

در دمای اتاق و فشار اتمسفری طبیعی، یک فوت مکعب (0.03 مکعب) هوا حاوی حدود 7 × 1023 مولکول است .

که در مسیرهای تصادفی حرکت میکند و با سرعت حدود 1000 مایل در ساعت اند.

کیفیت خلأ با اندازه‌گیری دقیق آن نسبت به خلأ کامل اندازه‌گیری می‌شود .

فشار گاز باقی مانده، شاخص اصلی کیفیت خلأ است .

حتی در واحد متریک نیز اغلب با واحد تور «torr» اندازه‌گیری می‌شود.

فشارهای پایین نشان دهنده کیفیت بالاتر خلأ است، هر چند متغیرهای دیگر نیز باید در نظر گرفته شود.

طریقه اندازه گیری خلا

فشار مطلق نسبت به خلاء کامل (0 psia) به عنوان نقطه صفر آن اندازه گیری می شود. فشار سنج نسبت به فشار هوا محیط (14.5 psia)، با استفاده از فشار اتمسفر به عنوان

نقطه صفر آن (0 psig = 14.5 psia) است. بسیاری از اندازه گیری ها برای اندازه گیری خلاء در محفظه کوره خلاء در دسترس هستند. این سنسورها در طراحی براساس

محدوده خاصی از خلاء آنها تحلیل می شوند.

روش های اندازه گیری فشار خلا

دستگاه‌هایی که جهت اندازه‌گیری خلأ بکار می‌رود را خلأسنج یا فشارسنج (Gauge) می‌نامند. بر اساس روش‌های اندازه‌گیری خلأ، می‌توان فشارسنج‌ها را به دو دسته کلی قرائت

مستقیم یا قرائت غیرمستقیم تقسیم‌بندی کرد.

در نوع اول قرائت فشار مستقل از نوع گاز  و فشار را با میانگین‌ نیروی وارده بر سطح اندازه‌گیری می‌کنند.

درحالی‌که در نوع دوم از وابستگی فشاری پارامترهای بعضی از فرآیندهای فیزیکی که در خلأ اتفاق می‌دهد، استفاده می‌شود.

بعلاوه جهت کالیبراسیون آن‌ها به فشارسنج‌های مرجع نیاز است.

سنسور های خازنی فشار خلا

از دیگر سنسور هایی که برای اندازه گیری فشار خلا استفاده میشود ، سنسور های خازنی است.

سنسورهای خازنی سنسورهای بدون تماس و بدون کنتاکت الکتریکی هستند که در مقابل فلزات و اغلب غیر فلزات عمل می‌نمایند. این سنسور‌ها برای کنترل سطوح در مخازنی که

از مواد پودری، مایع و با دانه دانه پر شده اند مناسب می‌باشند. همچنین از آن‌ها می‌توان به عنوان مولد پالس به منظور کنترل وضعیت برنامه ماشین آلات برای شمارنده‌ها و

شکارسازی تقریبا تمام مواد فلزی و غیر فلزی استفاده کرد.

ساختمان اساسی این سنسور‌ها از چهار قسمت تشکیل شده است:

از دیافراگم و کاواک فشار برای ایجاد خازن متغیر استفاده می‌شود تا کشش ناشی از فشار اعمالی را تعیین کند. تکنولوژی‌های معمولی از فلز، سرامیک و دیافراگم‌های سیلیکنی

استفاده می کنند. این تکنولوژی‌ها برای فشارهای کم کاربرد دارند. ( مطلق، تفاضلی و گیج) در سنسور فشار نوع خازنی

فشار تفاضلی به دیافراگم اعمال می‌شود که باعث می‌شود دیافراگم به یکی از صفحات خازن نزدیک شده و از دیگری دور شود. بنابراین ظرفیت خازن تغییر می‌کند که این تغییر

متناسب با فشار اعمال شده به دیافراگم است. تغییر ظرفیت خازن توسط مدار الکتریکی و ترنسمیتر تبدیل به سیگنال الکتریکی می‌شود که در واحدهای فشار کالیبره شده است.

سنسور INT 6511

این سنسور یکی از محصولات شرکت اینتلیکو میباشد که برای اندازه گیری فشار خلا بکار گرفته میشود.

INT6511 یک سیستم است که درجه حرارت دقیق (0.01 درجه سانتی گراد) را در محدوده 0 تا 50 درجه سانتیگراد اندازه گیری می کند . این فشار خلاء مطلوب را در

محدوده 0.133 مگابیت بر 1333 مگا بایت با دقت 0.2 میلیمتر اندازه گیری می کند.

INT5011 برای کنترل داده های دما و فشار سنج ها استفاده می کند. اندازه گیری دما بر اساس ابزار PT100 با استفاده از ماژول INT5011 است.

اندازه گیری فشار مطلق خلاء بر اساس CTR100 (Oerlikon Leybold Co.) است.

هر دو سنسور داده ها به ماژول INT9311 منتقل می شود تا به کامپیوتر منتقل شود. چند رله در ماژول INT9311 در دسترس هستند که به طور کامل از طریق نرم افزار در

کامپیوتر کنترل می شود.

سنسور CTR 100

با توجه به مشخصات فیزیکی، هیچ سنسور خلاء وجود ندارد که بتواند اندازه گیری های کمی را در محدوده کل فشار انجام دهد. به همین دلیل Oerlikon Leybold Vacuum ارائه دهنده سنسورهای مختلف طراحی با دامنه اندازه گیری مشخصی است که معمولا دارای چندین درجه می باشد.

 فرستنده های CERAVAC با یک سنسور  فولاد ضد زنگ پیشرفته و الکترونیک مبتنی بر ریزپردازنده دارای دقت عالی و قابل بازیابی هستند . CTR 100 N و CTR 101 

اجازه میدهد که اندازه گیری فشار گاز مستقل اندازه گیری شود .

 قادر به تحمل انفجار فشار بدون آسیب فیزیکی یا تغییر کالیبراسیون میباشد . 

این سنسور  مقاوم در برابر خوردگی از مواد شیمیایی معمول است.

سنسور CTR 101 N  تنظیم شده تا 45 درجه سانتی گراد برای ارائه مقادیر کم فشار از 1000 تا 0 1 تورن میباشد.

مزایای  CTR 100

– دقت عالی و ثبات درازمدت

– گارانتی درجه حرارت بسیار خوب بدون در نظر گرفتن شرایط محیطی

– بسیار مقاوم در برابر خوردگی و گازهای تهاجمی

– پاسخ سریع و دقیق به تغییرات فشار

– قابلیت اطمینان بهبود یافته با درجه بندی بالای فشار بالا

– رابط سریال (پروتکل RS 232)

کاربرد های CTR 100

– تنظیم فشار دکمه صفر

– اندازه گیری و کنترل خلاء عمومی با عدم قطعیت اندازه گیری بسیار کم

– اندازه گیری فشار فشاری و متوسط

– کنترل فرایند سیستم

– فرایندهای شیمیایی و نیمه هادی

– تولید لامپ های خورشیدی و خورشیدی

– رسوب فیزیکی بخار ( PVD )

– سنسور مرجع برای سیستم های کالیبراسیون

مشخصات فیزیکی CTR 100