فشار چیست؟

فشار عبارتست از نیرو بر واحد سطح. دو نوع اندازه گیری فشار وجود دارد: مطلق و درجه ای. فشار مطلق مربوط به اندازه گیری فشار در خلا می باشد در حالی كه اندازه گیری فشار به صورت نسبی به انواع دیگری از سطوح فشار مانند فشار هوای محیط اشاره دارد. استاندارد SI برای فشار پاسكال می باشد اما واحدهای دیگری مانند بار و یا اینچ جیوه و یا میلیمتر جیوه نیز استفاده می شود. 

در گازها، فشار در همه جای یك ظرف یكسان می باشد اما در مایعات فشار در لایه های پایین بیشتر و در سطح مایع صفر می باشد. 

فشار استاتیك

اگر كه مایع و یا گاز در یك محیط ساكن باشند و در حال حركت نباشند فشار اندازه گیری شده را اصطلاحا فشار استاتیك گویند. 

فشار دینامیك

اگر كه مایع در حال حركت باشد، فشاری كه بر اطراف خود وارد می كند به حركت آن وابسته می باشد. بنابراین اگر كه ما فشار آب را در یك محفظه كه با یك نازل مسدود شده است را اندازه گیری نماییم فشاری به عنوان مثال 40 پوند در اینچ مربع به دست می آوریم. اگر كه نازل باز شود فشار داخل محفظه به مقدار دیگری مثلا 30 افت می كند. به همین دلیل در طول اندازه گیری فشار باید محیطی كه تحت آن اندازه گیری صورت می گیرد نیز ذكر گردد. بنابراین فشار می تواند تحت تاثیر جریان، نیروهای خارجی و فاكتورهای دیگری قرار داشته باشد.

واحدها

به این دلیل كه فشار عبارتست از نیرو برروی واحد سطح ما می توانیم در سیستم SI آن را نیوتن بر متر مربع اندازه گیری نماییم. این واحد را پاسكال نامیده می شود. در سیستم انگلیسی فشار بر حسب پوند بر اینچ مربع و یا psi سنجیده می شود. بنابراین یك psi برابر با 6.895 kPa می باشد. برای فشار های خیلی پایین مانند سیستم های خلا، واحد Torr استفاده می شود. یك Torr برابر 133.3 Pa می باشد. یك بار نیز 100kPa می باشد. 

فشار نسبی

در بسیاری از كاربردهای فشار مطلق مورد نظر نمی باشد. فشار هوای اطراف در حدود 14.7 psi می باشد كه واحد اتمسفر در نظر گرفته شده است. 
به این دلیل كه برای موارد گوناگون، بازه ها و مواد مختلف طریقه اندازه گیری فشار فرق می كند، سنسورهای فشار مختلفی به وجود آمده است. 

سنسور فشار پیزوالكتریك

در سنسورهای پیزوالكتریكی اندازه گیری نیرو، جز انتقال دهنده، از یك یا تعداد بیشتری كریستال پیزوالكتریك تشكیل شده است كه می توانند نیرو را اندازه گیری نمایند. خروجی نهایی یك بار الكتریكی گسترش یافته برروی كریستال می باشد كه این بار با نیرو متناسب می باشد. با شكل دادن و جهت دهی مناسب كریستال، اندازه گیری نیرو در فضای سه بعدی امكان پذیر می شود. امپدانس سیگنال كاندیشنر متصل به كریستال باید زیاد باشد تا بتواند نیروی استاتیكی را نیز اندازه گیری نماید. به طور كلی، مبدل های پیزوالكتریك برای اندازه گیری نیروهای متغییر مناسب تر می باشند.

مبدل نیروی پیزوالكتریك
F= نیرو، Q or Uo= بار یا ولتاژ در خروجی، 1= یك تعداد از پیزوكریستال ها
 

Strain Gage

این نوع از سنسورها دارای یك جز فنر مانند می باشند كه نیرو باعث تغییر شكل دادن این قطعه و تغییر در مقاومت آن می شود. این قطعه معمولا از یك تكه نازك فلز و یا ماده نیمه هادی ساخته می شود. این قسمت به جزیی كه در زیر نیرو قرار می گیرد، متصل می گردد. 

سنسور فشار Strain Gage با شكل های مختلف
F= نیرو، 1،2،3و4= Strain Gage، 5= سیلندر جامد، 6= سیلندر تو خالی، 7= حلقه، 9= حلقه مسطح، 10= باریكه محكم شده، 11= باریكه مهار
 

مبدل های راكتانس متغییر

در این سنسورها، نیروی اعمال شده به جز فنری، باعث تغییر شكل آن می شود. این تغییر شكل به قسمت متحرك كه در واقع یك خازن و یا جز القایی متغییر می باشد، انتقال داده می شود. یك LVDT (Variable Differential Transformer) نیز به سنسور متصل شده است كه یك خروجی ولتاژ متناسب با نیرو تولید می كند. همچنین از یك جز مغناطیسی با یك سیم پیچ به دور آن نیز برای تبدیل نیرو به سیگنال الكتریكی استفاده می شود. این سیگنال وقتی تولید می شود كه یك تغییر در اندوكتانس بین دو سر سیم پیچ رخ دهد. یكی از آنها توسط یك ولتاژ AC تغذیه می شود كه یك ولتاژ برروی حلقه سیم پیچ دیگر القا می كند.

سنسور نیروی راكتانس متغییر

سنسور ارتعاشی

این نوع، شبیه به سنسور جابجایی می باشد به این دلیل كه از همان اصل برای عملكرد خود استفاده می كند. این سنسور شامل یك سیم مرتعش می باشد كه نیروی اعمال شده به آن را با تغییر در فركانس لرزش نشان می دهد. این سیم، یك قسمت از سیستم حلقه بسته فیدبك می باشد كه ارتعاش را به طور دائم حفظ می كند. 

سنسور ارتعاشی
F= نیرو، 1= سیم مرتعش، 2= سیم پیچ تحریك، 3= سیم پیچ pick up
 

سنسور جابجایی فاز

جابجایی فاز یك قطار پالس می تواند به وسیله یك سیستم مغناطیسی قرار گرفته در انتهای یك پیچ به وجود آید. عملكرد این سیستم بر اساس سیستم اندازه گیری پالس های نوری می باشد. پالس ها وقتی كه جز متحرك مغناطیسی در نزدیك سیم پیچ قرار داشته باشد، برروی كویل القا می شوند. در یك طراحی دیگر دندانه های فرومغناطیس یك حلقه، نقش علامت را بازی می كنند. وقتی كه این دندانه ها از جلوی سیم پیچ عبور می كنند اندوكتانس به صورت پریودیك تغییر می كند. 

a)علامت مغناطیسی، b) دندانه های فرومغناطیس، T= گشتاور، 1= میله پیچشی، 2,3= دیسك هایی با كدهای مغناطیسی، 4,5= كویل های حسگر، 6,7= چرخ دنده با دندانه های فرومغناطیس، 8,9= كویل هایی با اندوكتانس متغییر