گیج فشار تفاضلی (عملکرد، انواع، مزایا، کاربردها)

نظارت بر فشار تفاضلی (p∆) در گستره‌ی وسیعی از فرآیندهای تولید، حیاتی است. اغلب زمانی که یک گیج فشار تفاضلی می‌تواند تفاوت در فشار را با یک تجهیز منفرد نشان دهد، از دو گیج فشار استاندارد استفاده می‌شود. اندازه‌گیری فشار تفاضلی در هر جایی که تفاوت‌های کوچک در فشار، تاثیری قابل توجه داشته باشد، حیاتی است، همچون نظارت بر افت فشار از این سو تا آن سوی فیلترها، صافی‌ها، جداسازها، شیرها و پمپ‌ها، نمایش سطح مایع در مخازن، شناسایی نشتی سیستم و اندازه‌گیری دبی مایع. کاربردها شامل این موارد می‌شود: اتاق‌های تمیز، مبدل‌های حرکتی، پالایشگاه‌ها، کارخانه‌های پتروشیمی و کارخانه‌های شیمی.

یک گیج فشار تفاضلی، تفاوت بین دو نقطه فشار را داخل یک سیستم فرآیند، اندازه‌گیری کرده و به شکل بصری نمایش می‌دهد.

گیج فشار تفاضلی، دو پورت ورودی دارد که هر دو به نقاط فشاری متصل هستند که بر آن‌ها نظارت می‌شود. به طور مثال، اگر فشار در یک پورت ورودی ۲۰۰ psi باشد و فشار در پورت دیگر ۵۰ psi باشد، فشار تفاضلی ۱۵۰ psi است (یا ۲۰۰-۵۰).

گیج‌های فشار تفاضلی را می‌توان برای اهداف بسیاری استفاده کرد، از جمله:

نگهداری و تعمیر فیلتراسیون بهینه سیستم و شناسایی شکل‌گیری لایه‌های آلاینده (scale)

یکی از رایج‌ترین کاربردهای گیج‌های فشار تفاضلی، نظارت بر فیلتراسیون است. با پر شدن و مسدود شدن کارتریج فیلتر با آلاینده‌ها، فشار بین پورت ورودی و خروجی افزایش پیدا می‌کند و بهره‌وری افت می‌کند.

وقتی که فشار تفاضلی به محدوده مشخصی برسد، اپراتور متوجه می‌شود که زمان تعویض فیلتر رسیده است و با تعویض فیلتر، فرآیند با بهره‌وری و کارکرد روان ادامه پیدا خواهد کرد و جلوی آسیب به سیستم را می‌گیرد.

به همین شکل، می‌توان از یک گیج فشار تفاضلی برای تشخیص شکل‌گیری لایه‌های آلاینده با گذر زمان در لوله‌ها و پمپ‌ها استفاده کرد.

نظارت بر دبی

فلومترهای بزرگ، سنگین و گران‌قیمت معمولا برای اندازه‌گیری دبی سیالات داخل یک لوله استفاده می‌شوند. گیج‌های فشار تفاضلی، انتخابی ساده‌تر و ارزان‌تر هستند.

اصل برنولی بیان می‌کند که برای یک جریان غیرویسکوز، افزایشی در سرعت سیال، همزمان با کاهش فشار یا کاهشی در انرژی پتانسیل سیال رخ می‌دهد.

یک صفحه اریفیس، ونتوری یا نازل دبی، معمولا برای کاهش قطر داخل لوله استفاده می‌شود. می‌توان یک گیج فشار تفاضلی نصب کرد که سمت فشار بالا را به قطر بزرگ‌تر و سمت فشار پایین را به قطر کوچک‌تر متصل می‌کند تا تفاوت فشار را قبل و بعد از اریفیس اندازه‌گیری کند و نرخ دبی را تعیین کند. به این شکل راه حلی با بالاترین دقت و هزینه پایین به دست می‌آید. نکات بیشتر در این زمینه را در نوشته گیج‌های فشار تفاضلی ناظر بر دبی (فلو) مطالعه فرمایید.

نظارت بر سطح مایع در مخازن

در مخازن باز، پورت فشار بالای گیج DP، در انتهای مخزن قرار گرفته است و سمت فشار پایین آن به سمت اتمسفر (هوا) ونتد است (باز است). گیج DP در این حالت خوانشی را ارائه می‌کند که ارتفاع مایع در مخزن را نشان می‌دهد، اغلب به شکل اینچ یا فوت یا درصد پر بودن.

در یک مخزن مهر و موم و بسته (سیلد)، فشار اتمسفریک گاز در بالای مخزن بالای مایع محبوس، به فشار هیدرواستاتیک مایع می‌افزاید. یک گیج استاندارد نصب شده در پایین مخزن، سطح فشار گاز و مخزن را اندازه‌گیری می‌کند، نه اینکه فقط فشار ستون آب را اندازه بگیرد.

یک گیج فشار تفاضلی در این کاربرد، بهره‌وری بالاتری دارد. با اتصال بخش فشار بالای پایین مخزن و بخش فشار پایین در بالا، گیج تفاوت در فشار گاز را از فشار کل اندازه‌گیری می‌کند تا خوانش سطح مایع دقیق‌تری را فراهم کند. این می‌تواند یک راه حل مقرون به صرفه برای مخازن اندازه‌گیری اکسیژن مایع، نیتروژن، آرگون و دیگر سیالات مشابه باشد و همچنین برای اندازه‌گیری تفاوت بین فشار مخزن و فشار در حفره‌ی پایینی در چاه‌های تزریق و تولید.

تشخیص نشتی

تشخیص نشتی در یک سیستم، یکی از کاربردهای گیج‌های فشار تفاضلی است که چندان شناخته شده نیست.

صرفا اندازه‌گیری فشار تفاضلی بین یک محفظه‌ای که احتمالا نشتی دارد و یک محفظه‌ی مرجع (رفرنس)، می‌تواند تعیین کند که نشتی وجود دارد یا ندارد. به این شکل در زمان صرفه‌جویی می‌شود و اندازه‌گیری دقیق‌تری هم ارائه می‌شود، نسبت به حالتی که مدت زمانی طولانی صبر کنیم تا افتی در فشار روی گیج فشار استاندارد مشاهده شود.

بیشتر بخوانید: راهنمای جامع و کاربردی گیج فشار (پرشر گیج)

انواع گیج‌های فشار تفاضلی

گیج‌های فشار تفاضلی نوع پیستونی (piston) طراحی شده‌اند تا عموما در کاربردهای سیالات مایع یا گازی استفاده شوند که بازه‌های پایین فشار تفاضلی و فشارهای کاری استاتیک مورد نیاز هستند.

سیال از پورت فشار بالا به پورت پایین می‌رود، گیج فشار تفاضلی یک مقدار کمی بایپس (bypass) را از طریق جابجایی یک آهن‌ربا/پیستون شناور در حفره‌ی دقیق (precision bore) در برابر فنر کالیبره‌شده، حس می‌کند (سنس می‌کند).

هر تغییری در فشار در هر طرف از آهن‌ربا/پیستون، باعث می‌شود که آهن‌ربا متناسب با تفاوت در فشار تفاضلی جابجا شود. یک آهن‌ربای پوینتر چرخشی نزدیک به آهن‌ربای داخلی قرار دارد، اما خارج از پوشش فشار است، و حرکت و جابجایی آهنربا پیستون را دنبال می‌کند و فشار تفاضلی را روی صفحه و عقربه خود نشان می‌دهد. گیج‌های DP نوع پیستون، زمانی که سیال از پورت فشار بالا به پایین منتقل می‌شود، مقدار کمی از بایپس را نشان می‌دهد.

گیج‌های فشار تفاضلی نوع دیافراگمی، پورت‌های فشار بالا و فشار پایین را از یکدیگر جدا (ایزوله) می‌کنند، پس هیچ بایپسی وجود ندارد. این گیج‌ها قابل استفاده در کاربردهایی هستند که هوا، گاز یا مایعات را اندازه‌گیری می‌کنند. فشار تفاضلی توسط جابجایی یک دیافراگم الاستومر در برابر یک فنر با بازه کالیبره‌شده دقیق، حس می‌شود (سنس می‌شود).

تغییر در موقعیت دیافراگم در واکنش به تغییر در فشار تفاضلی، یک آهن‌ربای داخلی را جابجا می‌کند. این آهن‌ربا در جواب، باعث می‌شود که یک آهن‌ربای چرخشی خارج از بدنه گیج، بچرخد. این آهن‌ربای چرخشی یک پوینتر (عقربه) دارد که به آن متصل است و فشار تفاضلی را روی صفحه نمایش می‌دهد. دیافراگم جداسازی کامل را ارائه می‌کند.

گیج‌های فشار تفاضلی بسیاری با سوییچ‌ها یا ترانسمیترهای داخلی در بازار وجود دارند. این سوییچ‌ها یا ترانسمیترها را می‌توان تنظیم کرد که روشن یا خاموش شوند یا یک آلارم (هشدار) را در نقاط فشاری مشخص، فعال کنند.