اندازه گیری فشار با استفاده از لوله بوردون

اندازه گیری فشار با استفاده از لوله بوردون:
لوله بوردون (Bourdon Tube) هم نوعی ترانسدیوسر فشاری الاستیک است. فشارسنج هایی که از این لوله استفاده می کنند، به افتخار «اوژن بوردون» (Eugene Bourdon) مخترع فرانسوی آنها، فشارسنج لوله بوردون نام گذاری شده اند.

این تجهیزات قیمت ارزانی دارند و در بسیاری از کاربردها برای گازها و مایعات به کار می روند. لوله بوردون، از جنس فلز بوده، انعطاف پذیر است و سطح مقطع بیضوی دارد. یک سر این لوله، ثابت و سرِ دیگر آن آزاد است.

هنگامی که انتهای ثابت این لوله در معرض فشار قرار بگیرد، سطح مقطع آن، دایره ای تر می شود. در نتیجه، جابه جایی اندکی در انتهای آزاد لوله رخ می دهد. این جابه جایی اندک را می توان با کمک یک ترانسدیوسر جابه جایی، اندازه گیری کرد. بدین منظور معمولاً از یک پتانسیومتر یا LVDT استفاده می شود.

سه نوع متداول از لوله های بوردونی را در شکل زیر مشاهده می کنید. ماکسیمم جابه جایی ممکن در انتهای آزاد لوله با زاویه خم شدن کمان لوله متناسب است. برای لوله بوردونی C شکل، اندازه این کمان، عددی کمتر از360∘است.

در کاربردهایی که به رزولوشن و حساسیت بیشتری برای اندازه گیری نیاز است، از لوله های حلزونی (Spiral) و مارپیچ (Helical) استفاده می شود. اگر فشار ثابت باشد، جابه جایی انتهای آزاد لوله در این دو مدل نسبت به لوله بوردونی C شکل بیشتر است. هرچند که برای رسیدن به این جابه جایی بیشتر که رزولوشن اندازه گیری فشار را بالاتر می برد، مقدار ماده به کار رفته در لوله و قیمت آن نیز افزایش خواهد یافت.

از نظر عملکرد، در مقایسه لوله های حلزونی و مارپیچ لوله C شکل، دو مورد را باید مد نظر قرار داد. اول اینکه براساس آنچه گفته شد، حساسیت اندازه گیری فشار در لوله های حلزونی و مارپیچ بیشتر است. مزیت دیگر این لوله ها نسبت به نوع C شکل، نیاز به فضای کمتر است. بنابراین، در کاربردهایی که با محدودیت اندازه مواجه هستیم، لوله های حلزونی و مارپیچ گزینه مناسبی هستند.

لوله های C شکل برای اندازه گیری فشار حداکثر تا6000bar به کار می روند. انتهای آزاد لوله بوردون C شکل با شعاع25mm می تواند حداکثر به اندازه4mm جابجا شود.

خطای اندازه گیری در چنین تجهیزی در حدود ±1 از مقیاس کل است. انواع حلزونی و مارپیچ هم خطایی تقریباً در همین اندازه دارند ولی رزولوشن آنها بالاتر است. ولی حداکثر فشاری که قادر به اندازه گیری آن هستند، از700bar فراتر نمی رود.

یکی از مشکلات این ابزار اندازه گیری فشار وجود عاملی بالقوه برای ایجاد خطا است. عقربه لوله بوردون در حین ساخت و در شرایط عادی، روی صفر تنظیم می شود. این کار با استفاده از هوا به عنوان محیط کالیبراسیون انجام می پذیرد.

فرض کنید این وسیله اندازه گیری فشار در تماس با سیال دیگری، به خصوص مایع، به کار گرفته شود. اکنون به دلیل اختلاف وزن سیال نسبت به هوا، سیال داخل لوله حبس شده و موجب یک جابه جایی غیرصفر می شود. در این حالت ممکن است خطای تجهیز تا %6 هم برسد.

به دلیل هوایی که در لوله حبس می شود، هیچ گاه سیال کاری قادر نخواهد بود داخل لوله را به طور کامل پر کند. برای حل چنین مشکلی فقط کافی است از ابتدا مراحل کالیبراسیون با همان سیال کاری انجام شود.