یکی از شاخه‌های مهم در تکنولوژی خلأ، اندازه‌گیری فشار است. فشار بصورت حاصل تقسیم نیرو بر واحد سطح تعریف می‌شود. واحد استاندارد آن، پاسکال (Pa) است. از واحدهای پرکاربرد در تکنولوژی خلأ میلی بار(mbar) و تور(torr) است. (در این جداول می‌توانید تبدیل واحدهای مختلف فشار را ملاحظه کنید)

فشارسنج‌های خلأ بمنظور اندازه‌گیری فشارهای کمتر از یک اتمسفر بکار می‌روند. اندازه‌گیری فشار در خلأ شامل محدوده وسیعی است از فشار اتمسفر(1013 mbar) تا کمتر از ^12-10 mbar است. با توجه به محدودیت‌های فیزیکی شرایط خلأ، امکان اندازه‌گیری فشار در کل محدوده فوق با یک فشارسنج امکانپذیر نمی‌باشد. برای اندازه‌گیری محدوده‌های مختلف خلأ از فشارسنج‌های مختلفی استفاده می‌شود که روش اندازه‌گیری در هریک متفاوت است. فشارسنج‌ها ممکن است براساس خواص مختلف فیزیکی محیط خلأ فشار را غیرمستقیم اندازه‌گیری کنند یا مستقیما براساس اختلاف فشار، فشار را اندازه‌گیری کنند. فشارسنج‌ها ممکن است وابسته به نوع گاز باشند و یا مستقل از نوع گاز فشار را اندازه‌گیری کنند. در جدول زیر انواع فشارسنج‌های خلأ براساس خاصیت فیزیکی مورد استفاده جهت اندازه‌گیری فشار نشان داده شده است.

شکل 1- انواع فشارسنج‌های خلأ

در شکل زیر نیز محدوده‌های اندازه‌گیری انواع فشارسنج‌ها نشان داده شده است.

شکل 2- محدوده اندازه‌گیری انواع فشارسنج‌های خلأ

در انتخاب یک فشارسنج مناسب علاوه بر اهمیت محدوده اندازه‌گیری، دقت در محدوده اندازه‌گیری نیز دارای اهمیت است. در یک فشارسنج خلأ ممکن است خطا در اندازه‌گیری بین 10% تا 100% در محدوده اندازه‌گیری آن تغییر کند.

بطور کلی مشخصاتی که ممکن است در انتخاب یک فشارسنج موثر باشد عبارتند از:

• محدوده اندازه‌گیری فشار
• دقت اندازه‌گیری
• اندازه‌گیری فشار نسبی یا مطلق
• مستقل یا وابسته به نوع گاز
• اندازه‌گیری پیوسته و یا گسسته فشار
• نحوه و راستای نصب
• تحمل شرایط دمایی و شیمیایی مختلف

فشارسنج‌های مکانیکی

فشارسنج‌های مکانیکی فشار را با ثبت نیروی وارد شده بر روی یک سطح اندازه می‌گیرند. از جمله این فشارسنج‌ها، فشارسنج بوردن و فشارسنج دیافراگمی هستند.

فشارسنج بوردون (Bourdon)

فشارسنج بوردون شامل یک لوله منحنی توخالی با مقطع بیضوی است که یک سمت آن کاملا آببند شده و سمت دیگر آن به محیط خلأ متصل می‌شود(لوله بوردون). با تغییر فشار داخل لوله(که به محیط خلأ متصل است) شکل منحنی لوله تغییر کرده و با استفاده از یک مکانیزم باعث حرکت عقربه می‌شود.(شکل 3 و شکل 4)

شکل 3- نحوه عملکرد فشارسنج بوردون

شکل 4- نمای خارجی و داخلی فشارسنج بوردون

فشارسنج بوردون فشار مطلق را اندازه‌گیری می‌کند و معمولا از فشار اتمسفر تا چند میلی بار محدوده اندازه‌گیری آن است. این فشارسنج معمولا بصورت عقربه‌ای ساخته و بصورت دیداری استفاده می‌شود.

با توجه به حساس بودن لوله بوردن در این فشارسنج‌ها، بهتر است در ورودی این نوع فشارسنج‌ها از فیلتر استفاده شده و از وارد شدن ضربه به آن جلوگیری شود.

فشارسنج دیافراگمی (Diaphragm Gauge):

فشارسنج دیافراگمی اختلاف فشار را با تغییر فرم یک دیافراگم فلزی یا سرامیکی اندازه می‌گیرند. سپس با روش‌های مکانیکی، اپتیکی یا الکتریکی مقدار خوانده شده تقویت می‌شود.  مقدار مرجع در این فشارسنج‌ها معمولا بجای فشار اتمسفری(در فشارسنج بوردون) فشار خلأ است(میزان فشار خلأ مرجع بستگی به محدوده اندازه‌گیری دارد).

شکل 5- نمای داخلی و خارجی فشارسنج دیافراگمی

شکل 6- نحوه عملکرد فشارسنج دیافراگمی

فشارسنج‌های خازنی و پیزو(Piezo) از جمله فشارسنج‌های دیافراگمی هستند که با استفاده از سیستم الکتریکی تغییرات دیافراگم را ثبت می‌کنند. در فشارسنج پیزو صفحه دیافراگم یک استرین گیج (strain gauge) است که با تغییر دیافراگم مقدار مقاومت تغییر می‌کند.(شکل 7)

شکل 7- نحوه عملکرد فشارسنج پیزو

فشارسنج‌های پیزو معمولا از فشار بالاتر از اتمسفر تا حدود 0.1 mbar را اندازه‌گیری می‌کنند.

در فشارسنج‌های خازنی دیافراگم یکی از صفحات خازن است که با تغییر شکل دیافراگم میزان ظرفیت خازن تغییر می‌کند. (شکل 8)

شکل 8- فشارسنج خازنی و نحوه عملکرد فشارسنج خازنی

دیافراگم در فشارسنج‌های خازنی یا از فلز (مانند اینکونل) و یا از جنس سرامیک ساخته می‌شوند. فشارسنج‌های خازنی معمولا دارای محدوده اندازه‌گیری تا یک هزارم حداکثر مقدار اندازه‌گیری خود هستند. با تغییر ضخامت صفحه دیافراگم و یا ابعاد آن می‌توان فشارسنج‌ها را برای محدوده مختلفی طراحی کرد.(شکل 9)

شکل 9- محدوده‌های اندازه‌گیری فشار در فشارسنج خازنی

برای اندازه‌گیری محدوده‌های بالاتر، معمولا از چند فشارسنج خازنی استفاده می‌شود. دقت فشارسنج‌های خازنی معمولا بین 0.2% تا 0.5% می‌باشد. در فشارهای پایین‌تر از ^4-10 mbar میزان خطا در اندازه‌گیری با فشارسنج خازنی بشدت افزایش می‌یابد.

فشارسنج‌های خازنی دارای دقت بسیار بالایی هستند و برای فشارهای کمتر از 1 mbar دقیقترین نوع فشارسنج ساخته شده تا کنون می‌باشند. از این فشارسنج معمولا برای کالیبراسیون فشارسنج‌های دیگر در محدوده خلأ متوسط و پایین استفاده می‌شود.

مزایای فشارسنج‌های دیافراگمی:

• مستقل از نوع گاز
• مستقل از فشار محیطی
• دقت بالا
• خوانش مستقیم فشار
• قابل نصب در هر جهت

معایب فشارسنج‌های دیافراگمی:

• گرانقیمت
• قطر فشارسنج بزرگ
• حساسیت به مواد خورنده
• حساسیت به ورود اشیاء خارجی
• حساسیت نسبت به آسیب‌های بیرونی
• حساسیت نسبت به ارتعاش
• عدم تحمل فشارهای بالای اتمسفری
• وابسته به دمای محیط

در استفاده از فشارسنج‌های دیافراگمی بهتر است بر روی دهانه ورودی از فیلتر استفاده شود. همچنین از وارد آمدن ضربه به این فشارسنج‌ها خوددرای شود(مخصوصا در دیافراگم‌های سرامیکی). ارتعاشات نیز ممکن است بر مقادیر خوانده شده بر این دیافراگم تاثیر گذارد. پیش از استفاده از این نوع فشارسنج حتما دفترچه آنرا مطالعه نمایید.

جهت مطالعه ادامه مقاله بر روی این لینک کلیک کنید.

شرکت پایاصنعت خلأ ارائه دهنده انواع خدمات تعمیر، کالیبراسیون، تنظیم و صحت سنجی انواع فشارسنج های خلأ از خلأ پایین تا خلأ بالا می باشد. این شرکت همچنین امکان تهیه انواع فشارسنج های خلأ از بهترین برندهای دنیا را دارا می باشد.