موضوع فشار در صنعت و حوزه‌های مربوط به آن بسیار پر اهمیت است. به همین دلیل آشنایی و درک آن برای فعالین در صنایع مختلف الزامی است. اگر شما نیز به دنبال آن هستید که آشنایی بیشتر و درک بهتری از مفهوم فشار داشته باشید، می‌توانید این مطلب مختصر و مفید را که شرکت آرکا کنترل خدمت شما عزیزان ارائه کرده است را مطالعه نمایید. این مطلب به زبانی ساده بیان می‌کند فشار چیست و روش‌های اندازه‌گیری آن را شرح می‌دهد.

یکی از کمیت­‌های پر اهمیت در فرآیندهای صنعتی، به خصوص آن‌هایی که با سیالات سر و کار دارند، فشار است. اندازه­‌گیری و کنترل این کمیت برای حصول نتایج مورد انتظار در بسیاری از فرآیندهای صنعتی الزامی است. حال باید دید فشار چیست و چگونه اندازه گرفته می­‌شود؟ احتمالاً کمیت فشار برای بسیاری از ما آشنا است. در تعریف آن باید گفت: فشار عبارت است نیروی عمودی وارد شده بر سطح جسمی که این نیرو بر روی آن توزیع شده. از آنجا که در محیط اطراف ما نیروهایی با شکل­های مختلف بر اجسام وارد می­‌شود، در نتیجه ما در زندگی در جاهای بسیاری با فشار سر و کار داریم.

فشار یک فرآیند صنعتی

فشار استاتیک:

یکی از مشخص­ترین فشارهایی که ما همواره در معرض آن قرار داریم ناشی از اتمسفر است، که از نیروی گرانش زمین و کشیدن ذرات اتمسفر هوا به سمت سطح زمین حاصل می­‌شود. ذرات اتمسفر هوا بر اثر گرانش زمین به سمت سطح آن کشیده می­‌شوند و با اجسام موجود در نزدیک سطح زمین برخورد کرده و بر آنها فشار وارد می­‌کنند. از آن جا که هر چه به سطح نزدیک باشیم ارتفاع و وزن ستون هوای بالای سر ما افزایش می­یابد، فشار اتمسفر در نزدیکی سطح زمین بیشتر است.

این موضوع در رابطه با آبهای دریا و اقیانوس نیز صادق است. ما هر چه به اعماق بیشتری از آب دریا یا اقیانوس فرو برویم وزن ستون آب بالای سر ما افزایش یافته و فشار بیشتر می‌شود. این نوع از فشار را که مقدار آن مستقل از جهت است فشار استاتیک می­‌نامند. به بیان دیگر در ارتفاع مشخص در هر نقطه­‌ای از اتمسفر، فشار استاتیک به طور مساوی و در تمام جهات بر اجسام وارد می­‌شود.

فشار دینامیک:

نوع دیگری از فشار، از حرکت یک جسم یا سیال حاصل می­‌شود. برای حرکت کردن اجسام باید به آنها نیرو وارد شود، در نتیجه اجسام دارای حرکت حاوی انرژی جنبشی هستند. حال اگر مانعی بر سر راه این جسم یا سیال به وجود آید، نیروی حاصل از انرژی جنبشی در راستای حرکت به مانع منتقل شده و به آن فشار خواهد آورد. این نوع فشار را که به راستای حرکت بستگی دارد فشار دینامیکی می­‌نامند.

فشار دینامیکی به خصوص در سیالات دارای جریان اهمیت دارد. سیالاتی که در یک راستای مشخص جریان پیدا می­‌کنند بر موانع موجود، یک فشار دینامیکی عمود بر راستای جریان وارد می­‌کنند. در حالی که موازی با راستای جریان فشاری وجود نخواهد داشت. ما در بسیاری از پدیده­‌ها مانند نیروی حاصل از فشار باد یا فشار آب خارج شده از لوله با فشار دینامیکی سیالات مواجه می‌شویم.البته باید دانست که مقدار فشار دینامیکی به سرعت نسبی جریان سیال و چگالی آن نیز بستگی دارد.

فشار اتمسفر زمین

فشار دینامیک و استاتیک حاصل از جریان یک سیال

در اکثر صنایع و فرآیندهای صنعتی اندازه­‌گیری و کنترل مقدار فشار ضروری است. به همین دلیل این کمیت در صنعت و در کنار دما و جریان، از اهمیت ویژه برخوردار است. برای بیان مقدار هر کمیت به واحدی متناسب نیاز است به همین دلیل برای اندازه‌گیری و تعیین فشار نیز باید واحد مشخصی برای آن تعیین شود. به دلیل همین اهمیت ویژه­­‌ای که فشار در صنعت دارد برای این کمیت واحدهای متعددی تعریف شده. در سیستم SI واحد اندازه‌­گیری فشار پاسکال(Pa) است. هر پاسکال معادل اعمال نیرویی به اندازه یک نیوتون بر سطحی به اندازه یک متر مربع است.

البته به دلیل کوچکی این واحد، زیاد در صنایع از آن استفاده نمی­شود. از واحدهای متداول دیگر فشار می­‌توان به اتمسفر اشاره کرد که معادل فشار اتمسفر بر روی سطح آب آزاد است. استفاده از این واحد نیز در صنعت چندان متداول نیست. از واحدهای مرسومی که در صنایع برای کمیت فشار استفاده می­‌شود، می­‌توان به بار(bar) و واحد انگلیسی psi اشاره کرد. یک بار برابر است با 10⁵ پاسکال و یک psi برابر است با 10³× 6.89 پاسکال.

البته برای اندازه­‌گیری هر کمیت، باید یک مبنا برای آن تعیین کنیم تا  مشخص شود مقدار به دست آمده بر چه مبنایی اندازه­‌گیری شده است. برای مثال ارتفاع یک گلدان که بر روی میزی در اتاقی در طبقه سوم قرار دارد، نسبت به کف اتاق یک متر و نسبت به سطح زمین 10 متر خواهد بود. در نتیجه ما برای گفتن ارتفاع گلدان باید ایتدا مشخص کنیم مبنای اندازه‌گیری ما کف اتاق است یا سطح زمین. اما مبنای اندازه گیری فشار چیست؟ فشار نیز به همین صورت است و باید برای اندازه­‌گیری آن مبنایی تعیین کرد. در همین راستا در علم و صنعت استفاده از سه مبنای قراردادی بسیار مرسوم و متداول شده است.

یکی مبنای فشار گیج است، که در آن فشار بر مبنای فشار اتمسفر سنجیده می‌­شود. در این چهارچوب، فشار اتمسفر صفر مرجع در نظر گرفته می­‌شود. به صورتی که فشارهای بیشتر از فشار اتمسفر مثبت و فشارهای کمتر از آن منفی خواهد بود. به مقدار فشار در این چهارچوب اصطلاحاً فشار گیج(Gauge Pressure) می‌گویند. مبنای دیگر مرسوم در اندازه‌­گیری فشار، خلأ مطلق است. مقدار فشار اندازه‌­گیری شده در این چهارچوب به فشار مطلق(Absolute Pressure) معروف است. رابطه مقدار فشار بر مبنای مطلق و بر مبنای گیج به صورت زیر است:

فشار مطلق=فشار گیج + فشار اتمسفر

نوع دیگر اندازه­‌گیری فشار، بر مبنای فشار یک سیال مرجع انجام می­‌شود که به آن فشار تفاضلی(Differential Pressure) می­‌گویند. در این چهارچوب اختلاف فشار بین دو سیال مورد اندازه‌گیری و مرجع به دست می­‌آید.

اندازه‌گیری فشار گیج

اندازه‌گیری فشار مطلق

اندازه‌گیری فشار تفاضلی

برای اندازه­‌گیری و کنترل فشار در فرآیندهای صنعتی تجهیزات متعددی طراحی و ساخته شده است که در حوزه ابزار دقیق قرار می­‌گیرند. فشارسنج­‌های صنعتی و پر کاربرد به دو روش مکانیکی و الکتریکی فشار را اندازه‌­گیری می­‌کنند. از جمله فشارسنج‌­های مکانیکی رایج در صنعت گیج فشار بوردن تیوب(Bourden tube pressure gauge)، گیج فشار دیافراگمی، گیج فشار کپسولی و گیج فشار بیلوز(Bellows pressure gauge) هستند. بسیاری از تجهیزات الکتریکی رایج برای اندازه‌گیری فشار از پیزوالکتریک­‌ها و خازن­‌ها بهره می­‌گیرند. همچنین برای کنترل فشار در فرآیندهای صنعتی از انواع سوئیچ فشار و ترانسمیتر فشار استفاده می­کنند. در پایان این مطلب شما درک بهتری از آن که فشار چیست به دست آورده‌اید. می‌توانید برای کسب اطلاعات بیشتر راجع به تجهیزات اندازه‌گیری و کنترل فشار در فرآیندهای صنعتی به مطالب دیگر آرکاکنترل در مجموعه پست‌های آموزشی فشار مراجعه فرمایید.