راهنمای انتخاب گیج فشار (دیجیتال و عقربه‌ای) با نکات خرید کاربردی

چرا مطالعه راهنمای انتخاب گیج فشار اهمیت دارد؟

گیج فشار یکی از پرکاربردترین تجهیزات اندازه‌گیری فشار در صنایع و کاربردهای گوناگون است. از خطوط تولید کارخانه‌ها گرفته تا فرآیندهای آزمایشگاهی و سیستم‌های پایش فشار در تأسیسات، این ابزار نقش حیاتی در کنترل و ایمنی فرآیند دارد. با این حال، انتخاب یک گیج فشار مناسب تنها به ظاهر و قیمت محدود نمی‌شود و نیازمند شناخت دقیق شرایط کاری، ویژگی‌های سیال و محل نصب است.

در این راهنمای انتخاب گیج فشار، با تکیه بر تجربه عملی و بررسی بیش از ۴۰ منبع معتبر، به شما کمک می‌کنیم تا با در نظر گرفتن استانداردهای بین‌المللی، اجزای تشکیل‌دهنده و پارامترهای کلیدی، بهترین انتخاب را انجام دهید. هدف ما این است که پس از مطالعه این راهنما و منابع تکمیلی معرفی‌شده، بیش از ۹۰٪ پرسش‌ها و ابهامات شما در زمینه گیج فشار دیجیتال و عقربه‌ای برطرف شود.

 

استانداردهای بین‌المللی در ساخت و انتخاب گیج فشار

استانداردها مرجعی هستند که به مهندسان و خریداران کمک می‌کنند تا بر اساس معیارهای فنی دقیق، گیج فشار مناسب را انتخاب کنند. دو استاندارد اصلی که بیشتر سازندگان و کاربران به آن‌ها استناد می‌کنند عبارتند از:

• استاندارد اروپایی EN 837
• استاندارد آمریکایی ASME B40

 

استاندارد EN 837

استاندارد EN 837 به طور ویژه به جزئیات طراحی و عملکرد گیج‌های فشار آنالوگ (عقربه‌ای) می‌پردازد و بر اساس نوع المان حسگر (Bourdon Tube، Capsule Element یا Diaphragm) دسته‌بندی می‌شود. این استاندارد شامل سه بخش اصلی است:

• EN 837-1: مربوط به گیج‌های فشار بوردون تیوب (Bourdon Tube Pressure Gauges)
• EN 837-2: راهنمای انتخاب و نصب گیج فشار
• EN 837-3: مربوط به گیج‌های فشار دیافراگمی و کپسولی (Diaphragm & Capsule)

به عنوان مثال، اگر روی صفحه یک گیج فشار عبارت EN 837-1 درج شده باشد، به این معناست که عنصر حسگر آن از نوع بوردون تیوب است.

 

استاندارد ASME B40

ASME یا انجمن مهندسین مکانیک آمریکا، نهادی معتبر در تدوین استانداردهای صنعتی است که الزامات طراحی، ساخت و ایمنی تجهیزات اندازه‌گیری فشار را مشخص می‌کند. استاندارد ASME B40 توسط کمیته‌ای متشکل از تولیدکنندگان، کاربران و نمایندگان سازمان‌های نظارتی تدوین می‌شود.

برخی از بخش‌های مهم این استاندارد عبارتند از:

 

طبق این استاندارد، ASME B40.1 به گیج‌های فشار آنالوگ اختصاص دارد و ASME B40.7 الزامات مربوط به گیج‌های فشار دیجیتال را پوشش می‌دهد.

📌 نکته: هرچند رعایت این استانداردها الزامی نیست، اما استفاده از آن‌ها به عنوان مرجع انتخاب، ریسک خطا در انتخاب و نصب را به حداقل می‌رساند و اطمینان بیشتری در عملکرد صحیح تجهیز ایجاد می‌کند.

---

 

 

تعریف گیج فشار

Pressure Gauge

وقتی درباره گیج فشار صحبت می‌کنیم، معمولاً تصویری از دستگاهی به ذهن می‌آید که تغییرات فشار را با حرکت یک عقربه (Pointer) روی صفحه مدرج (Dial) نشان می‌دهد. این نوع گیج‌ها که به آن‌ها گیج فشار آنالوگ یا گیج فشار عقربه‌ای گفته می‌شود، در بسیاری از صنایع پرکاربرد هستند و معمولاً مطابق با استانداردهای بین‌المللی مانند ASME B40.100 یا EN 837 طراحی و ساخته می‌شوند.

عنصر حسگر در این گیج‌های آنالوگ معمولاً یکی از سه نوع زیر است:

• بوردون تیوب (Bourdon Tube)
• دیافراگم (Diaphragm)
• کپسول (Capsule)

ساختار مکانیکی این عناصر باعث حرکت عقربه روی صفحه مدرج می‌شود که این حرکت متناسب با تغییر فشار داخل سیستم است.

 

استاندارد ASME B40.100

استاندارد ASME B40.100 مخصوص گیج‌های فشاری است که فشار را به صورت مکانیکی و توسط یک عنصر الاستیکی (Elastic Element) اندازه‌گیری می‌کنند و نتیجه را با حرکت عقربه روی صفحه نمایش می‌دهند. نکته مهم این است که این استاندارد شامل موارد زیر نمی‌شود:

• گیج‌های فشاری با طراحی خاص که متناسب با کاربردهای ویژه ساخته شده‌اند.
• گیج‌هایی که از عناصر الاستیکی در ساختار خود بهره نمی‌برند.

 

گیج فشار دیجیتال

علاوه بر گیج‌های آنالوگ، گیج‌های فشار دیجیتال نیز وجود دارند که مقدار فشار را به صورت عددی و دیجیتالی نمایش می‌دهند. در این مقاله تمرکز اصلی بر روی گیج‌های فشار آنالوگ است، اما بسیاری از اصول انتخاب و کاربرد که در ادامه مطرح می‌شود، برای گیج‌های دیجیتال نیز معتبر است.

 

اجزاء اصلی گیج فشار آنالوگ

یک گیج فشار آنالوگ از اجزای مختلفی تشکیل شده که هر کدام نقش خاصی در عملکرد دقیق و صحیح دستگاه دارند. در جدول زیر، اجزای اصلی به همراه معادل انگلیسی آن‌ها معرفی شده است:

 

 

در بخش‌های بعدی، هر یک از این اجزا را به طور دقیق‌تر بررسی خواهیم کرد تا با کاربرد و اهمیت آن‌ها در انتخاب و نگهداری گیج فشار آشنا شوید.

 

1. بدنه یا هوزینگ

Housing or Case

3. مایع پرکن

Filling Fluid or Damping Fluid

در کاربردهایی که گیج‌های فشار در معرض لرزش‌های شدید و نوسانات مکانیکی قرار دارند، استفاده از مایع پرکن برای محافظت از اجزای داخلی و افزایش دقت اندازه‌گیری بسیار مهم است. این مایع باعث کاهش نوسان و حرکت اضافی عقربه می‌شود و از آسیب‌های مکانیکی به قسمت‌های حساس جلوگیری می‌کند.

مایعات پرکن از نظر ویسکوزیته و تحمل شرایط دمایی با یکدیگر متفاوتند. دو نوع از پرمصرف‌ترین این مایعات عبارتند از:

• گلیسیرین (Glycerin)
• روغن سیلیکون (Silicon Oil)

در فشارهای بسیار پایین، معمولاً از مایعات با ویسکوزیته بالا استفاده نمی‌شود، زیرا ممکن است دقت اندازه‌گیری را کاهش دهند.

 

نکته مهم درباره مایعات پرکننده و سیالات اکسیدکننده

گیج‌هایی که برای اندازه‌گیری فشار اکسیژن (Oxygen) و استیلن (Acetylene) به کار می‌روند، باید با دقت بالایی طراحی شده و کاملاً ایمن باشند. در این کاربردها، استفاده از مایعات پرکن مانند گلیسیرین یا روغن سیلیکون توصیه نمی‌شود، زیرا این مواد در تماس با عوامل اکسیدکننده قوی ممکن است واکنش‌های شدید و خطرناکی ایجاد کنند.

برخی از اکسیدکننده‌های قوی شامل:

Acetic anhydride

Aniline + nitrobenzene

Calcium hypochlorite

Chromium peroxide

Chromium trioxide

F2 + PbO

HClO4 + PbO

Potassium chlorate

Potassium permanganate

Potassium peroxide

Silver perchlorate

Sodium hydride

در چنین مواردی، باید از گیج‌های فشار Cleaned استفاده کرد که فاقد مایع پرکن هستند و برای کار با گازهای اکسیدکننده مناسب‌اند.

 

دسته‌بندی گیج‌های فشار از نظر مایع پرکن

• گیج فشار روغنی: گیج‌هایی که درونشان با مایع پرکن مانند گلیسیرین پر شده است.
• گیج فشار خشک (Cleaned): گیج‌هایی که فاقد مایع پرکن هستند و برای کاربردهای خاص مثل اندازه‌گیری فشار اکسیژن استفاده می‌شوند.

 

دلایل استفاده از منفذ ورودی و مایع پرکن در گیج فشار

• تغییرات دمایی محیطی (مثلاً تابش نور خورشید) باعث تغییر فشار داخل گیج می‌شود که ممکن است روی دقت اندازه‌گیری تأثیرگذار باشد. بازکردن منفذ ورودی (Vent Plug) فشار داخل محفظه گیج را با فشار اتمسفر هماهنگ می‌کند و از خطا جلوگیری می‌کند.
• برای گیج‌های با رنج فشار بالای ۱۶ بار معمولاً این منفذ وجود ندارد چون تغییرات فشار ناشی از دما در این محدوده قابل اغماض است.
• در گیج‌های فشار با درجه حفاظت بالا (IP بالا) که آب‌بندی شده‌اند نیز معمولاً از این منفذ استفاده نمی‌شود.
• مایع پرکن موجب کاهش نوسانات و لرزش عقربه می‌شود و باعث می‌گردد خوانش فشار دقیق‌تر و پایدارتر باشد.
• همچنین مایع پرکن باعث روغن‌کاری قطعات مکانیکی داخلی شده و طول عمر گیج را افزایش می‌دهد.
• در محیط‌های سرد یا مرطوب، گیج‌های خشک ممکن است دچار میعان یا حتی یخ‌زدگی در داخل شیشه شوند که خوانش را دشوار می‌کند؛ استفاده از مایع پرکن این مشکل را برطرف می‌کند.

 

4. عنصر حسگر اندازه‌گیری فشار

Pressure Sensing Element

عناصر حسگر در گیج‌های فشار، نیروی وارد شده توسط سیال (مایع یا گاز) را به یک حرکت مکانیکی تبدیل می‌کنند. این حرکت مکانیکی می‌تواند باعث جابجایی عقربه روی صفحه مدرج شود یا باعث تغییر در مقاومت یا ظرفیت یک خازن شده و در نهایت تغییرات الکتریکی را اندازه‌گیری کند.

بر اساس نوع عنصر حسگر و روش اندازه‌گیری فشار، گیج‌های فشار به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

• بوردون تیوب (Bourdon Tube)
• دیافراگمی (Diaphragm)
• بیلوز (Bellows)

 

گیج فشار بوردون تیوب

Bourdon Tube Pressure Gauge

بوردون تیوب‌ها از آلیاژهای فلزی فنرمانندی ساخته می‌شوند که به صورت خمیده یا مارپیچ شکل داده شده‌اند. تحت فشار داخلی، این لوله‌ها تمایل دارند به شکل اولیه و صاف خود بازگردند.

در گیج فشار بوردون تیوب، عنصر حسگر یک لوله منحنی است که به شکل دایره‌ای، مارپیچ یا هلیکال پیچیده شده است. افزایش فشار داخل لوله باعث باز شدن آن و کاهش فشار منجر به جمع شدنش می‌شود. این حرکت مکانیکی به کمک یک لینک (Link) به عقربه منتقل شده و فشار را روی صفحه مدرج نمایش می‌دهد.

این نوع گیج، رایج‌ترین نوع گیج فشار است و برای اندازه‌گیری فشار بین 600 میلی‌بار تا 4000 بار مناسب است.

استاندارد مرتبط: EN 837-1 مخصوص گیج‌های فشار بوردون تیوب است.

 

انواع گیج فشار بوردون تیوب

 

 

گیج فشار دیافراگمی

Diaphragm Pressure Gauge

گیج‌های دیافراگمی دارای یک غشاء دایره‌ای از ورق فلزی دقیق هستند که می‌تواند صاف یا موج‌دار باشد. این غشاء به مکانیزمی متصل است که حرکت کوچک دیافراگم را تقویت کرده و به عقربه منتقل می‌کند.

دو نوع اصلی:

• گیج فشار دیافراگمی معمولی
• گیج فشار کپسولی (Capsule Diaphragm Pressure Gauge)

 

استاندارد مرتبط: EN 837-3 مخصوص گیج‌های فشار دیافراگمی و کپسولی است.

 

گیج فشار بیلوز

Bellows Pressure Gauge

بیلوز فلزی برای اندازه‌گیری فشارهای حساس و متوسط طراحی شده است و در محدوده فشار 0.5 تا 75 psig دقیق‌ترین عملکرد را دارد. در صورت استفاده با فنر سنگین، می‌تواند فشارهای بالای 1000 psig را نیز اندازه‌گیری کند.

• مناسب اندازه‌گیری فشار متوسط
• فشار مرجع: مطلق (Absolute)، گیج (Gauge) و تفاضلی (Differential)
• مقاومت بالا در برابر فشار مازاد
• محدوده اندازه‌گیری: 0.016 بار تا 40 بار
• کلاس دقت: 0.6 تا 2.5

 

5. صفحه مدرج

Dial

صفحه نمایش یا صفحه مدرج (Dial) گیج فشار یکی از مهم‌ترین بخش‌ها برای خوانش دقیق فشار است و اطلاعات مهمی روی آن درج می‌شود. در این بخش به بررسی کامل ویژگی‌ها و اطلاعات نوشته شده روی صفحه مدرج می‌پردازیم.

درجه‌بندی

Scale

درجه‌بندی یا اسکیل (Scale)، معیار اصلی برای خواندن مقدار فشار است. اغلب گیج‌های فشار دارای زاویه درجه‌بندی ۲۷۰ درجه هستند.

صفحه مدرج‌ها بر اساس نوع درجه‌بندی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• Single Scale (یک واحد فشار)
• Dual Scale (دو واحد فشار)

گیج‌های فشار با Dual Scale، فشار اندازه‌گیری شده را به صورت همزمان بر اساس دو واحد مختلف نمایش می‌دهند، مثلاً بار و psi.

 

فشار مرجع و محدوده اندازه‌گیری فشار

Reference Pressure and Pressure Range

فشارها بر اساس نقطه مرجعشان طبقه‌بندی می‌شوند، از جمله:

• فشار گیج (Gauge Pressure): نسبت به فشار اتمسفر
• فشار مطلق (Absolute Pressure): نسبت به خلا مطلق
• فشار وکیوم یا خلاء (Vacuum)
• فشار تفاضلی (Differential Pressure)
• فشار بارومتریک (Barometric Pressure)

گیج‌های فشار می‌توانند برای تمامی این انواع طراحی شوند. همچنین گیج‌های فشار ترکیبی (Compound Pressure Gauge) نیز وجود دارند که قادر به اندازه‌گیری همزمان فشار مثبت و خلاء هستند.

 

انتخاب محدوده فشار مناسب

برای انتخاب درست گیج فشار، ابتدا باید فشار مرجع و فشار کاری نرمال فرآیند را بدانید (مثلاً ۱۰۰ بار). سپس باید گیجی انتخاب شود که محدوده اندازه‌گیری آن حداقل دو برابر فشار کاری نرمال باشد.

دلایل این انتخاب عبارتند از:

• دقت گیج‌ها معمولاً در نیمه میانی محدوده اندازه‌گیری بیشتر است.
• زمانی که عقربه روی وسط صفحه (زاویه ۹۰ درجه) قرار داشته باشد، می‌توان راحت‌تر فشار کاری نرمال سیستم را کنترل کرد.
• اگر محدوده فشار خیلی پایین انتخاب شود، گیج ممکن است در فشارهای بالا آسیب ببیند.
• اگر فشار کاری سیستم ثابت است، بهتر است فشار کاری از ۷۵٪ محدوده گیج کمتر باشد.
• اگر فشار کاری نوسانی یا پالس‌دار است، بهتر است فشار کاری از ۶۶٪ محدوده گیج کمتر باشد.

 

مثلث مشکی انتهای صفحه

Black Triangle at the End of the Scale

استاندارد EN 837-1 گیج‌های فشار بوردون تیوب را به دو نوع تقسیم می‌کند:

• Non-full-scale loadable: گیج‌هایی که نباید به طور مداوم در محدوده فشارهای بالای ۷۵٪ محدوده اندازه‌گیری استفاده شوند. این گیج‌ها معمولاً با عنصر حسگر از جنس مس ساخته می‌شوند و فاقد مثلث مشکی در انتهای صفحه‌اند.
• Full-scale loadable: گیج‌هایی که می‌توانند به طور دائم در کل محدوده اندازه‌گیری استفاده شوند. این نوع دارای مثلث مشکی رنگ در انتهای صفحه مدرج هستند و عنصر حسگر آنها معمولاً از استیل ضدزنگ است.

تفاوت اصلی:
گیج‌های بدون مثلث مشکی (Non-full-scale loadable) اگر به طور مکرر در فشار بالاتر از ۷۵٪ محدوده قرار گیرند، دقت‌شان کاهش یافته و کالیبراسیون آنها به هم می‌ریزد.

No black triangle = Non-full-scale loadable

گیج‌های با مثلث مشکی (Full-scale loadable) برای استفاده دائمی در کل محدوده فشار طراحی شده‌اند و دقت خود را حفظ می‌کنند.

Black triangle = Full-scale loadable

 

نکات حیاتی درباره فشار مازاد (Overpressure) در گیج‌های فشار بوردون تیوب

در استاندارد اروپایی EN 837-1 و بخشنامه اتحادیه اروپا 2014/68/EU، الزامات ایمنی و مقاومت گیج‌های فشار بوردون تیوبی در مقابل فشار بیش از حد، متفاوت است. استاندارد EN 837-1 تاکید بیشتری بر درستی عملکرد گیج و مقاومت در برابر نشتی با فشارهای بالاتر دارد.

به طور مشخص، تست‌های آب‌بندی و عدم نشتی تحت فشار ۲.۵ برابر حداکثر محدوده اندازه‌گیری (FSV) به مدت ۲۴ ساعت بسیار سختگیرانه‌تر از بخشنامه 2014/68/EU است، که فقط فشار تا ۱.۴۳ برابر فشار مجاز گیج را مورد آزمایش قرار می‌دهد.

گیج‌هایی که مطابق استاندارد EN 837-1 طراحی شده‌اند، خود به خود الزامات تست فشار بخشنامه اتحادیه اروپا را نیز برآورده می‌کنند، اما برعکس آن صحت ندارد.

 

تعاریف مهم

• PFSV (Full Scale Value): مقدار فشار در انتهای محدوده اندازه‌گیری گیج
• PS (Maximum permissible pressure): حداکثر فشار مجاز که توسط تولیدکننده تعیین می‌شود

برای گیج‌های نوع non-full-scale loadable:

$$PS=0.75\times PFSV$$

در غیر این صورت:

$$PS=PFSV$$

 

مثال‌ها برای درک بهتر

 

مثال ۱

گیج فشار با محدوده 0 تا 10 بار و عنصر حسگر مسی (non-full-scale loadable)

• مطابق EN 837-1: این گیج باید ۱۲ ساعت در فشار ثابت 10 بار (PFSV) و ۱۵ دقیقه در فشار ۱۲.۵ بار (1.25 * PFSV) مقاومت کند. پس از استراحت ۱ ساعته، انحراف عقربه نباید بیش از ۱.۲ برابر حد مجاز شود.
• همچنین باید ۲۴ ساعت در فشار ۲۵ بار (2.5 * PFSV) و دمای ۶۰ درجه سانتیگراد بدون نشتی باقی بماند.
• مطابق بخشنامه 2014/68/EU: پس از آزمایش فشار ۱۰.۷ بار (1.43 * PS)، گیج باید بدون نشتی باشد.

 

مثال ۲

گیج فشار با محدوده 0 تا 600 بار و عنصر حسگر استیل ضدزنگ (full-scale loadable)

• مطابق EN 837-1: این گیج باید ۱۲ ساعت در فشار ثابت ۷۸۰ بار (1.3 * PFSV) کار کند و پس از ۱ ساعت استراحت، انحراف عقربه نباید بیش از ۱.۲ برابر حد مجاز باشد.
• همچنین ۲۴ ساعت در فشار ۱۵۰۰ بار (2.5 * PFSV) و دمای ۶۰ درجه سانتیگراد باید بدون نشتی باشد.
• مطابق بخشنامه 2014/68/EU: پس از فشار ۸۵۸ بار (1.43 * PS)، گیج باید بدون نشتی باقی بماند.

 

اهمیت ایمنی فشار مازاد در انتخاب گیج فشار بوردون تیوب

میزان ایمنی در برابر فشارهای بیش از حد، پارامتری کلیدی در انتخاب گیج است. بسته به نوع طراحی، گیج‌ها می‌توانند فشارهای بالاتر از محدوده را برای مدت کوتاه تحمل کنند بدون اینکه دچار شکستگی شوند یا نشتی ایجاد کنند.

البته فشار بیش از حد تا 2.5 برابر مقدار کامل (FSV) می‌تواند باعث کاهش دقت و ایجاد خطا در نقطه صفر شود، اما اجزای مکانیکی و مهر و موم‌ها معمولاً دچار آسیب جدی نمی‌شوند و گیج به کار خود ادامه می‌دهد.

 

 

واحد اندازه‌گیری فشار

Pressure Unit

واحد اندازه‌گیری فشار نشان‌دهنده مقیاس فشار است که گیج آن را نمایش می‌دهد، مانند بار (bar)، پوند بر اینچ مربع (psi)، کیلوگرم بر سانتی‌متر مربع (kg/cm²) و سایر واحدها.

 

کلاس دقت یا کلاس درستی

Accuracy Class

یکی از مهم‌ترین معیارهایی که در انتخاب و خرید گیج فشار باید به آن توجه شود، درستی یا Accuracy است. درستی نشان‌دهنده میزان تطابق مقدار اندازه‌گیری شده با مقدار واقعی فشار است. گرچه مفهوم درستی ساده به نظر می‌رسد، اما روش‌های بیان و اندازه‌گیری آن می‌تواند پیچیده و گیج‌کننده باشد.

برای اطمینان از اینکه گیج فشار انتخابی شما از دقت مورد نیاز متناسب با کاربردتان برخوردار است، باید با درجه‌بندی‌های استانداردی که تولیدکنندگان استفاده می‌کنند آشنا باشید؛ زیرا اغلب این درجه‌بندی‌ها به جای درستی واقعی استفاده می‌شوند.

 

سیستم‌های درجه‌بندی دقت گیج‌های فشار

کلاس دقت گیج‌های فشار معمولاً به دو صورت بیان می‌شود:

• به شکل درجاتی مانند B، 2A و…
• به صورت درصدی از محدوده اندازه‌گیری (span) مانند ±3-2-3٪

در ادامه جداول مربوط به درجه‌بندی دقت مطابق با استانداردهای معتبر آورده شده است.

 

استاندارد ASME B40.1

درجه دقت گیج‌های فشار آنالوگ (Dial Pressure Gauge) با عنصر الاستیک

 

 

استاندارد ASME B40.7

درجه دقت گیج‌های فشار دیجیتال (Digital Pressure Gauge)

 

استاندارد EN 837

محدوده خطای مجاز به درصدی از span

 

نکات مهم در مورد درستی گیج‌های فشار

• درستی گیج‌ها در شرایط محیطی استاندارد (دمای 23 درجه سلسیوس و فشار بارومتریک 1013 میلی‌بار) تعریف می‌شود؛ شرایط محیطی متفاوت می‌تواند بر دقت تأثیرگذار باشد.

• درستی می‌تواند بر حسب درصدی از محدوده اندازه‌گیری (% of span) یا درصدی از مقدار خوانده شده (% of reading) بیان شود.
• روش % of span متداول‌تر است و اغلب برای گیج‌های آنالوگ و کاربردهای عمومی استفاده می‌شود.
• روش % of reading معمولاً در گیج‌های دیجیتال با رزولوشن بالا و گیج‌های تست دقیق کاربرد دارد.

 

مثال 1: محاسبه درستی (Accuracy) یک گیج فشار آنالوگ

مشخصات:

• محدوده فشار (Pressure Range): 0 تا 10 بار
• کلاس دقت (Accuracy Grade): ASME B40.1 Grade 1A

جواب:
طبق جدول مربوط به استاندارد ASME B40.1، کلاس 1A برابر با ±1% از span است.
span = 10 bar
بنابراین:
خطا = ±1% × 10 bar = ±0.1 bar = ±100 mbar

یعنی در تمام بازه اندازه‌گیری این گیج فشار، خطای اندازه‌گیری می‌تواند تا ±100 میلی‌بار باشد.

---

 

مثال 2: محاسبه درستی (Accuracy) یک گیج فشار دیجیتال

مشخصات:

• محدوده فشار: 0 تا 10 بار
• کلاس دقت: ASME B40.7 Grade 4AR

جواب:
کلاس 4AR مطابق جدول ASME B40.7 به معنای ±0.1% از مقدار خوانده شده (reading) است، بنابراین خطا به مقدار فشار خوانده شده بستگی دارد:

بنابراین این گیج در خوانش‌های 2، 5 و 10 بار به ترتیب خطاهای ±2، ±5 و ±10 میلی‌بار دارد.

---

 

مثال 3: محاسبه درستی (Accuracy) یک گیج فشار آنالوگ با تقسیم‌بندی بازه فشار

مشخصات:

• محدوده فشار: 0 تا 10 بار
• کلاس دقت: ASME B40.1 Grade A

جواب:
کلاس دقت Grade A به صورت تفکیکی بر اساس بخش‌های مختلف span تعریف شده است:

• 25٪ پایین بازه: 0 تا 2.5 بار → خطا ±2% × 10 بار = ±0.2 بار = ±200 میلی‌بار
• 50٪ میانی بازه: 2.5 تا 7.5 بار → خطا ±1% × 10 بار = ±0.1 بار = ±100 میلی‌بار
• 25٪ بالای بازه: 7.5 تا 10 بار → خطا ±2% × 10 بار = ±0.2 بار = ±200 میلی‌بار

---

 

مشخصات و نکات تکمیلی درباره گیج‌های فشار

 

کلاس درستی روی صفحه مدرج (Dial)

در گیج‌هایی که مطابق استاندارد EN 837 طراحی شده‌اند، کلاس درستی معمولاً روی صفحه مدرج نمایش داده می‌شود. پهنای نوار تلورانس (Tolerance bar) در نقطه صفر نشان‌دهنده حاشیه خطا است، یعنی در حالت بدون فشار (بی بار)، عقربه باید داخل این نوار قرار گیرد.

 

استانداردهای طراحی گیج فشار

گیج فشار ممکن است مطابق با استانداردهای مختلف طراحی شده باشد، مانند:

• EN 837-1: مخصوص گیج‌های با عنصر حسگر بوردون تیوب
• EN 837-3: مخصوص گیج‌های با عنصر حسگر دیافراگمی یا کپسول

 

جنس قسمت‌های در تماس با سیال

Wetted Parts Material

این قسمت‌ها شامل موادی است که مستقیماً با سیال در ارتباط هستند، مانند استیل 316L (SS316L)، استیل 304 (SS304) و غیره. بررسی دقیق این بخش به انتخاب مناسب گیج کمک می‌کند.

 

شماره سریال

Serial Number

برای ردیابی و کنترل کیفیت گیج استفاده می‌شود.

 

طراحی ایمن (Safety Designed) در گیج‌های فشار

حرف “S” داخل دایره روی صفحه مدرج نشان‌دهنده طراحی ایمن است که برای محافظت از اپراتور در برابر خطرات ناشی از خرابی گیج، به ویژه در مواجهه با فشار بیش از حد (Overpressure)، به کار می‌رود.

این طراحی ایمن معمولاً روی گیج‌های بوردون تیوب اعمال می‌شود، زیرا این نوع گیج‌ها بیشتر برای اندازه‌گیری فشارهای بالا استفاده می‌شوند. جزئیات و الزامات مربوط به این نوع طراحی ایمن در استاندارد EN 837-1 آمده است.

 

مفاهیم کلیدی مرتبط با طراحی ایمن

 

Blow out

وقتی بوردون تیوب در اثر فشار بیش از حد آسیب ببیند، فشار داخل محفظه افزایش می‌یابد و قطعه‌ای به نام Blow out (معمولاً پلاگ پلاستیکی مشکی رنگ در پشت یا بالای گیج) به بیرون پرتاب می‌شود تا فشار از داخل محفظه آزاد شود و از شکستن شیشه یا آسیب بیشتر جلوگیری کند.

 

نکته مهم:
Blow out نباید مسدود شود. هنگام نصب باید حداقل ۲۰ میلی‌متر فاصله از اشیاء اطراف رعایت شود.

 

Safety pattern pressure gauge

گیج‌های با طراحی Safety pattern دارای ویژگی‌هایی برای افزایش ایمنی اپراتور حتی در شرایط آسیب شدید به بوردون تیوب هستند. این ویژگی‌ها شامل موارد زیر است:

• شیشه لمینت (Laminated safety glass)
  این شیشه چندلایه محکم‌تر از شیشه‌های معمولی است و هنگام شکستن، خرد و متلاشی نمی‌شود.
  گاهی به جای شیشه، از پلاستیک شفاف ضدترک‌خوردگی (non-splintering plastic) استفاده می‌شود.
• منفذ Blow out در پشت گیج (Blow-out back)
  کل قسمت پشتی گیج به عنوان منفذ Blow out در نظر گرفته شده که در صورت افزایش فشار بیش از حد، فشار از آنجا تخلیه می‌شود. این قسمت با یک اورینگ (O-Ring) بسته شده است. در صورت نیاز، داخل گیج را می‌توان با سیال پرکننده (Fill Fluid) پر کرد.

• دیوار بافل محافظ و مهارکننده داخلی (Solid internal baffle wall)
  صفحه جامدی است که بین بوردون تیوب و شیشه قرار می‌گیرد و فشار ایجاد شده در اثر خرابی بوردون تیوب را مهار می‌کند. سپس فشار از طریق منفذ Blow out به فضای امن تخلیه می‌شود.

 

تست آزادسازی انرژی (Energy Release Test)

گیج‌های فشار با طراحی ایمن تحت این آزمایش قرار می‌گیرند که شبیه‌سازی ترکیدن بوردون تیوب و آزادسازی گاز فشار بالا درون محفظه را بررسی می‌کند تا اطمینان حاصل شود اپراتور در شرایط خطرناک محافظت شده است.

 

 

سه نوع اصلی طراحی ایمن (Safety Design) در گیج‌های فشار:

 

طراحی ایمن نوع 1 (S1 Design):

گیج‌های فشاری که با درجه ایمنی S1 طراحی می‌شوند، حتما باید دارای Blow out باشند. این طراحی پایه‌ترین سطح ایمنی را ارائه می‌دهد.

 

طراحی ایمن نوع 2 (S2 Design):

گیج‌های فشار Safety Pattern با درجه ایمنی S2، معمولاً دارای قطر بین ۴۰ تا ۸۰ میلی‌متر هستند و دیوار بافل ندارند. این گیج‌ها باید آزمایش آزادسازی انرژی (Energy Release Test) را با موفقیت پشت سر بگذارند. همچنین صفحه محافظ آنها باید از جنس شیشه لمینت (Laminated safety glass) یا پلاستیک شفاف غیرتکه‌تکه‌شونده (non-splintering plastic) باشد تا هنگام آسیب دچار تکه‌تکه شدن نشود.

 

طراحی ایمن نوع 3 (S3 Design):

گیج‌های فشار Safety Pattern با درجه ایمنی S3، دارای قطر بین ۴۰ تا ۲۵۰ میلی‌متر بوده و دیوار بافل محافظ داخلی دارند. علاوه بر الزامات طراحی نوع S2، این نوع باید دارای Blow out back نیز باشند تا ایمنی بسیار بالاتری فراهم کنند.

 

نکته بسیار مهم:

چه زمانی نیاز به گیج‌های فشار با طراحی ایمن (Safety Design) داریم؟

استاندارد EN 837-2 در این زمینه به جزئیات و کلاس‌های مختلفی پرداخته است که بسته به نوع سیال (مایع، گاز یا بخار) و شرایط کاربرد، متفاوت است. خلاصه موارد به شرح زیر است:

 

اندازه‌گیری فشار مایع:

• برای گیج‌های فشار خشک، بدون توجه به قطر یا محدوده اندازه‌گیری، نیازی به درجه حفاظت خاص نیست.

• برای گیج‌های فشار روغنی، صرفاً طراحی ایمن S1 الزامی است.

 

اندازه‌گیری فشار گاز یا بخار:

• گیج‌های فشار خشک با محدوده اندازه‌گیری تا ۲۵ بار:

  • برای قطر کمتر از ۱۰۰ میلی‌متر، نیازی به ویژگی ایمنی نیست.

  • برای قطر بیش از ۱۰۰ میلی‌متر، طراحی ایمن S1 لازم است.

• گیج‌های فشار خشک با محدوده اندازه‌گیری بیش از ۲۵ بار:

  • برای قطر کمتر از ۱۰۰ میلی‌متر، طراحی ایمن S2 لازم است.

  • برای قطر بیش از ۱۰۰ میلی‌متر، طراحی ایمن S3 لازم است.

• گیج‌های فشار روغنی با محدوده اندازه‌گیری تا ۲۵ بار:

  • صرف نظر از قطر، همیشه به طراحی ایمن S1 نیاز دارند.

• گیج‌های فشار روغنی با محدوده اندازه‌گیری بیش از ۲۵ بار:

  • برای قطر کمتر از ۱۰۰ میلی‌متر، طراحی ایمن S2 لازم است.

  • برای قطر بیش از ۱۰۰ میلی‌متر، طراحی ایمن S3 لازم است.

 

موارد استثناء از قوانین فوق

• گیج‌هایی که برای اندازه‌گیری فشار اکسیژن (Oxygen) و استیلن (Acetylene) استفاده می‌شوند، همیشه باید از نوع Safety Pattern و مطابق با استانداردهای ایمنی S2 یا S3 باشند.
• برای فشار مواد اکسیدکننده قوی، گیج‌های فشار نباید با گلیسیرین پر شوند، چون ممکن است واکنش خطرناکی رخ دهد.

 

سایر نکات مهم

 

نشان تجاری تولیدکنندگان گیج فشار (Manufacturer’s Name or Trademark):

مثلاً گیج فشار تصویر 3 متعلق به برند ویکا (WIKA) است.

 

فاصله درجه‌بندی 

Scale Interval

نمایش فاصله درجه‌بندی روی صفحه مدرج الزامی نیست، اما گیج فشار باید مطابق با استاندارد EN 837 و متناسب با کلاس دقت، اندازه صفحه (Dial Nominal Size – NS)، محدوده فشار و تعداد تقسیمات کوچک مقیاس طراحی شود.

مثال 1

 

مثال 2

 

مثال 3

 

نماد عنصر حسگر به کار رفته در گیج فشار

Symbols of the Pressure Sensing Element

این نمادها نشان‌دهنده نوع عنصر حسگر داخل گیج فشار هستند که برای تشخیص و انتخاب صحیح گیج اهمیت دارد.

 

6. عقربه – نشانگر

Pointer

عقربه‌های گیج فشار معمولاً از جنس آلومینیوم ساخته می‌شوند. هنگام افزایش فشار مثبت، عقربه در جهت عقربه‌های ساعت و هنگام افزایش فشار وکیوم در خلاف جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد. به این عقربه‌ها Maximum/Minimum Indicating Pointers نیز گفته می‌شود، زیرا فقط قادر به نشان دادن افزایش و کاهش فشار هستند و معمولاً توسط یک دکمه خارجی قابلیت ریست شدن دارند.

 

نکات مهم

• برخی عقربه‌ها به صورت Micro Adjustable Pointer هستند و امکان تنظیم دقیق نقطه صفر روی مقیاس (Scale) را فراهم می‌کنند.
• از عقربه‌های Knife Edge Pointer برای خوانش دقیق‌تر و راحت‌تر استفاده می‌شود.

بعضی گیج‌ها دارای عقربه قرمز رنگ اضافی (Red Set Pointer) هستند که دو نوع عملکرد دارند:

• عقربه ثابت (Fix Pointer): فقط به یک فشار مشخص روی Scale اشاره می‌کند و با حرکت عقربه اصلی تغییر نمی‌کند. این عقربه برای نشان دادن یک فشار ثابت کاربرد دارد.
• عقربه حداقل/حداکثر (Min/Max Pointer): این عقربه حداکثر و حداقل فشار اندازه‌گیری شده توسط عقربه اصلی را نمایش می‌دهد و در همان موقعیت باقی می‌ماند تا زمانی که فشار جدید از مقدار قبلی بیشتر یا کمتر شود یا توسط مکانیزمی ریست شود.

 

7. صفحه محافظ شفاف

Window

Window صفحه‌ای شفاف است که جلوی گیج فشار قرار می‌گیرد و علاوه بر امکان مشاهده فشار، از صفحه مدرج (Dial) و عقربه محافظت می‌کند. معمولاً توسط یک حلقه یا رینگ (Ring) به بدنه گیج فشار متصل می‌شود.

مواد رایج برای ساخت صفحه محافظ عبارتند از:

• پلاستیک
• پلی‌کربنات (Polycarbonate – PC)
• شیشه شفاف (Clear Glass)
• شیشه لمینت (Laminated Glass) یا همان شیشه‌های چندلایه ایمنی (Multi-layer safety glass)

 

8. رینگ – حلقه

Ring

رینگ وظیفه محکم نگه داشتن صفحه محافظ به بدنه گیج فشار را دارد. انواع مختلفی از رینگ‌ها با توجه به نوع بدنه و طراحی وجود دارند، از جمله:

• Threaded Ring
• Bayonet Ring
• Crimped Ring
• Friction Ring
• Hinged Ring
• Slip Ring
• Snap Ring

 

9. پورت فشار – کانکشن مکانیکی

Process Connection

پورت فشار علاوه بر ورود سیال، اتصال مطمئن گیج فشار به پروسه (مانند خطوط فشار یا مخازن) را فراهم می‌کند. محل نصب (Mounting) گیج فشار اهمیت زیادی دارد و به سه دسته اصلی تقسیم می‌شود:

• Lower Mount (LM)
• Lower Back Mount (LBM)
• Center Back Mount (CBM)

انواع مختلفی از هوزینگ‌ها و روش‌های نصب گیج فشار وجود دارد که هر کدام کاربرد و ویژگی خاص خود را دارند.

 

انواع کانکشن فشار:

کانکشن فشار می‌تواند به شکل‌های مختلفی از جمله رزوه‌ای (Threaded Connection)، فلنچ (Flanged Connection) یا In-Line Connection باشد.

رایج‌ترین استانداردهای رزوه در صنعت عبارتند از:

• NPT (National Pipe Taper)
• NPS (National Pipe Straight)
• BSPT (British Standard Pipe Taper)
• BSPP (British Standard Pipe Parallel)

رزوه‌های NPT و NPS بیشتر در آمریکا و کانادا رایج هستند و زاویه بین برآمدگی و فرو رفتگی آن‌ها ۶۰ درجه است؛ NPT مخروطی و NPS موازی است.

رزوه‌های BSPP و BSPT در سراسر جهان استفاده می‌شوند و زاویه ۵۵ درجه دارند؛ BSPT مخروطی و BSPP موازی است.

رزوه‌های NPT و BSP با یکدیگر سازگار نیستند و اتصال آنها توصیه نمی‌شود.

اندازه‌های متداول این رزوه‌ها به اینچ عبارتند از:
1/8″, 1/4″, 3/8″, 1/2″

این اعداد صرفاً نام تجاری هستند و بیانگر قطر واقعی نیستند.

 

قسمت‌های خیس شونده

Wetted Parts

قسمت‌هایی از گیج که در تماس مستقیم با سیال هستند، شامل پورت فشار، واشرهای آب‌بندی و در گیج‌های غیر دیافراگمی، عنصر حسگر (مثل بوردون تیوب) می‌شوند.

معمولاً قسمت‌های خیس شونده از جنس برنج (Brass) یا انواع مختلف استیل ضد زنگ (مانند SS304, SS316L) ساخته می‌شوند.

• برنج به دلیل هزینه کمتر برای اندازه‌گیری فشار سیالات غیرخورنده مانند هوا، آب یا گازوئیل مناسب است.

• استیل ضد زنگ مقاوم‌تر در برابر اسیدها و مواد خورنده است.

 

کانکشن‌های دیافراگمی:

این نوع کانکشن در گیج‌های فشار دیافراگمی و کپسول به کار می‌رود و معمولاً برای سیالات با ویسکوزیته بالا، سیالات خمیری یا حاوی ذرات رسوب‌شونده استفاده می‌شود.

 

بهترین روش نصب گیج فشار بر اساس نوع سیال:

نوع سیال (مایع، گاز و غیره) در انتخاب محل نصب گیج فشار بسیار تأثیرگذار است. بسته به نوع سیال، محل نصب باید متناسب و بهینه باشد تا عملکرد دقیق و ایمن گیج تضمین شود.