تحقیق انواع فشارسنج و کاربرد آنها،

این تحقیق در مورد انواع فشارسنج و کاربرد آنها در 70 صفحه و در قالب ورد و شامل انواع فشارسنج و کاربرد آنها،فشار سنج،وسايل اندازه گيري فشار،فشار سنجهاي هيدرواستاتيکي،فشار سنجهاي پيستوني،فشار سنجهاي ستون مايع،فشارسنجهاي بوردون،فشارسنجهاي ديافراگمي،فشار سنج الكترونيكي،فشار سنج پيزو الكتريك،فشار سنج نوري،انواع سیستمهای اندازه گیری،فشار سنج دیافراگم پیزوالکتریک،دیافراگم پیزوالکتریک،فشار سنج،فشارسنج پیزوالکتریک،انواع فشار سنج پیزوالکتریک،وسايل اندازه گيري فشار،سنسور فشار سنج پیزوالکتریک،پیزو و غیره می باشد.

فهرست

1-1- مقدمه. 1

1-2- اهداف... 6

2-1- تعریف... 7

1-1- مقدمه. 1

 

1-2- اهداف... 6

 

2-35-5- نوع خروجی تولید شده. 36

2-35-6- زمان پاسخ.. 36

2-35-7- ولتاژ آفست... 36

2-36- تعریف پیزوالکتریک.... 37

2-37- مواد پیزوالکتریک.... 38

2-38- اثر پیزوالکتریک.... 40

2-39- رفتار پيزوالکتريک.... 41

2-40- اثر مستقیم و معکوس پیزو الکتریک.... 42

2-41- کاربرد اثر مستقیم پیزو الکتریک.... 42

2-42- کاربرد امواج فراصوتی در مواد پیزو الکتریک.... 43

2-43- ارتباط اثر پیزو الکتریک با ساختار مولکولی مواد. 43

2-44- وابستگی مواد پیزوالکتریک به دما 43

2-45- وجود اثر پیزو الکتریک در تک بلور. 44

2-46- اثر پیزوالکتریک.... 44

2-47- استفاده‌های پیزوالکتریک.... 46

2-48- کاربرد پیزوالکتریک‌ها 46

2-49- مبدل های پیزوالکتریک.... 47

2-50- محرک های پیزوالکتریک.... 47

2-51- انواع سنسورهای پیزوالکتریک.... 49

2-51-1- حسگر ژیروسکوپ پیزوالکتریک.... 49

2-51-2- حسگر شتاب سنج پیزوالکتریک.... 49

2-51-3- حسگرهای صوتی پیزوالکتریک.... 49

2-52- ارتباط اثر پیزوالکتریک با ساختار مولکولی مواد. 50

2-53- کاربردهای اثر پیزوالکتریک.... 51

2-54- اثر فشاربرقی.. 52

2-55- سازندگان سنسور فشار. 52

2-56- مروری بر مطالعات گذشته. 52

3- طراحی و محاسبات.. 63

3-1- کلیات.. 63

3-2- فشار مکانیکی اعمالی.. 63

3-3- اندازه گيری نيرو، گشتاور و کرنش.... 64

3-3-1- خاصیت مکانيکی پیزوالکتریک.... 64

3-3-1-1- استفاده از خاصيت فنری اجسام ( در محدوده کشسان) 64

3-3-1-2- استفاده از توازن نيروها ( اهرمبندی، چرخدنده) 64

3-3-1-3- تبديل نيرو به فشار ( فشار سنجها) 64

3-3-2- خاصیت الکتريکی پیزوالکتریک.... 64

3-3-2-1- استفاده از خاصيت پیزو الکتريک (نيرو سنج کريستال پيزوالکتريک) 64

3-3-2-2- کرنش سنج مقاومت حساس (استرينگيج) 64

3-3-2-3- تبديل نيرو به جابجايي (مثل LVDT) 64

3-4- استفاده از خاصيت کشسانی اجسام. 64

3-5- فنر ساده    F=kx. 65

3-6- تير يک سر درگير. 65

3-7- حلقه کشسان.. 66

3-8- روشهای اندازه گيری خيز  ناشی از اعمال نيرو. 67

3-8-1- استفاده از روشهای مکانيکی مثل گیج.. 67

3-8-2- روشهای الکترومکانيکی.. 67

3-8-2-1- روش مبدل پيزوالکتريک.. 67

3-8-2-2- LVDT. 67

3-8-2-3- استرين گيج. 67

3-9- تعیین θ در آرایشها 70

3-9-1- آرایش مستطیلی.. 70

3-9-2- آرایش دلتا 71

3-10- اثر پیزوالکتریک مستقیم و معکوس.... 71

3-11- بررسی مداری سنسور پیزوالکتریک.... 74

3-12- انواع تکنولوژی حس کردن فشار. 76

3-13- ساختار‌های پیزوالکتریک.... 76

3-14- قطبش‌زدایی.. 79

3-14-1- قطبش‌زدایی حرارتی.. 79

3-14-2- قطبش‌زدایی الکتریکی.. 80

3-14-3- قطبش‌زدایی مکانیکی.. 80

3-15- معادلات ریاضی ساختاری.. 80

3-16- تئوری ورقهای دایرهای شکل. 80

3-17- بیان روابط ورق در سیستم محورهای قطبی.. 81

3-18- خمش های متقارن محوری.. 84

3-19- تئوری خطی مواد پیزوالکتریک.... 86

3-20- مواد و روشها 90

3-20-1- کلیات... 90

3-20-2- طراحي.. 90

3-20-3- مواد. 91

3-21- روش ساخت دستگاه. 91

3-22- پیزوالکتریکها و آرایش آنها بر روی صفحه. 94

3-23- مدار پل وتستون و آمپلی فایر. 96

3-24- اسیلوسکوپ.. 96

3-25- ولت متر. 97

3-26- مولتیمتر. 97

3-27- نرم افزار کامسول. 98

3-27-1- قابلیت‌های کلیدی نرم‌افزار.. 98

3-28- روش مونتاژ پیزوالکتریکها 98

3-29- طراحی و ساخت دستگاه نمایشگر دیجیتال فشار. 99

دستگاه نمایشگر دیجیتال فشار. 99

3-30- روش نجام آزمایش و نمونه برداری.. 100

فصل چهارم. 101

4- نتایج.. 103

4-1- ساخت دستگاه. 103

4-2- ثبت ولتاژ و داده برداری توسط ولتمتر. 105

4-3- چگالی آب در دماهای مختلف... 109

4-4- محاسبه فشار درون مايع.. 110

4-5- رابطه بین فشار و ولتاژ. 111

4-6- تحلیل نرم افزاری دیافراگم در فشارهای مختلف... 111

4-7- المان بندی صفحه دیافراگم توسط نرم افزار. 112

4-7-1- تحلیل تنش دیافراگم در عمق 5/0 متری آب... 113

4-8- ماکزیمم بردار جابجایی.. 114

4-9- نمایش فشار اصلی وارده بر کل دیافراگم و نمایش المان محدود آن.. 114

4-10- نمایش و محاسبه مقدار خطای المان بندی.. 115

4-10-1- تحلیل تنش دیافراگم در عمق 1 متری آب... 116

4-11- ماکزیمم بردار جابجایی در ارتفاع یک متری آب.. 116

4-12- نمایش فشار اصلی وارده بر کل دیافراگم و نمایش المان محدود آن.. 117

4-13- نمایش و محاسبه مقدار خطای المان بندی.. 118

4-14- تحلیل تنش دیافراگم در عمق یک متری آب.. 118

4-15- ماکزیمم بردار جابجایی در ارتفاع 3 متری آب.. 119

4-16- نمایش فشار کلی وارده بر دیافراگم و نمایش المان محدود آن.. 120

4-17- نمایش و محاسبه مقدار خطای المان بندی.. 121

4-18- طراحی و ساخت دستگاه نمایشگر دیجیتال فشار. 121

5- نتیجه گیری.. 124

5-1- پیشنهادها 126

 

 

 

3-4- استفاده از خاصيت کشسانی اجسام. 64

 

 

 

3-5- فنر ساده    F=kx. 65

 

 

 

3-6- تير يک سر درگير. 65

 

 

 

3-7- حلقه کشسان.. 66

 

 

 

3-8- روشهای اندازه گيری خيز  ناشی از اعمال نيرو. 67

 

 

 

3-8-1- استفاده از روشهای مکانيکی مثل گیج.. 67

 

 

 

3-8-2- روشهای الکترومکانيکی.. 67

 

 

 

3-8-2-1- روش مبدل پيزوالکتريک.. 67

 

 

 

3-8-2-2- LVDT. 67

 

 

 

3-8-2-3- استرين گيج. 67

 

 

 

3-9- تعیین θ در آرایشها 70

 

 

 

3-9-1- آرایش مستطیلی.. 70

 

 

 

3-9-2- آرایش دلتا 71

 

 

 

3-10- اثر پیزوالکتریک مستقیم و معکوس.... 71

 

 

 

3-11- بررسی مداری سنسور پیزوالکتریک.... 74

 

 

 

3-12- انواع تکنولوژی حس کردن فشار. 76

 

 

 

3-13- ساختار‌های پیزوالکتریک.... 76

 

 

 

3-14- قطبش‌زدایی.. 79

 

 

 

3-14-1- قطبش‌زدایی حرارتی.. 79

 

 

 

3-14-2- قطبش‌زدایی الکتریکی.. 80

 

 

 

3-14-3- قطبش‌زدایی مکانیکی.. 80

 

 

 

3-15- معادلات ریاضی ساختاری.. 80

 

 

 

3-16- تئوری ورقهای دایرهای شکل. 80

 

 

 

3-17- بیان روابط ورق در سیستم محورهای قطبی.. 81

 

 

 

3-18- خمش های متقارن محوری.. 84

 

 

 

3-19- تئوری خطی مواد پیزوالکتریک.... 86

 

2-1- تعریف... 7

 

2-2- تعریف فشار. 7

 

2-3- تاريخچه .. 8

 

2-4- تاریخچه  فشار سنج.. 9

 

2-5- وسايل اندازه گيري فشار. 10

 

2-5-1- فشار سنجهاي هيدرواستاتيکي.. 10

 

2-5-2- فشار سنجهاي پيستوني.. 10

 

2-5-3- فشار سنجهاي ستون مايع. 10

 

2-5-4- فشار سنجهاي آنرويدي (مكانيكي). 11

 

2-5-5- فشارسنجهاي بوردون.. 12

 

2-

 

2-2- تعریف فشار. 7

2-3- تاريخچه اندازه گيري.. 8

2-4- تاریخچه  فشار سنج.. 9

2-5- وسايل اندازه گيري فشار. 10

2-5-1- فشار سنجهاي هيدرواستاتيکي.. 10

2-5-2- فشار سنجهاي پيستوني.. 10

2-5-3- فشار سنجهاي ستون مايع. 10

2-5-4- فشار سنجهاي آنرويدي (مكانيكي). 11

2-5-5- فشارسنجهاي بوردون.. 12

2-5-6- فشارسنجهاي ديافراگمي.. 13

2-5-7- فشار سنج الكترونيكي.. 13

2-5-8- فشار سنج خازني.. 13

2-5-9- فشار سنج مغناطيسي.. 13

2-5-10- فشار سنج پيزو الكتريك.. 14

2-5-11- فشار سنج نوري.. 14

2-5-12- فشارسنج پتانسيومتري.. 14

2-5-13- فشار سنج تشديدي.. 14

2-5-14- فشار سنج هدايت حرارتي.. 14

2-5-15- فشارسنج يونيزاسيون.. 15

2-6- انواع سیستمهای اندازه گیری.. 16

2-6-1- دستگاه گاوسی.. 16

2-6-2- دستگاه انگلیسی.. 16

2-6-3- دستگاه بین المللی SI 17

2-7- انواع فشار. 17

2-7-1- فشار نسبی.. 17

2-7-2- فشار مطلق.. 17

2-7-3- فشار خلاء. 17

2-8- واحدهای اندازه گیری فشار. 18

2-9- سنسور چیست؟. 19

2-10- انواع حسگرها 19

2-10-1- زوج حسگر مافوق صوت... 20

2-10-2- حسگر فاصله. 20

2-10-3- حسگر رنگ.... 20

2-10-4- حسگر نور.. 20

2-10-5- حسگر صدا 20

2-10-6- حسگر حركت و لرزش... 20

2-10-7- حسگر دما 20

2-10-8- حسگر دود. 20

2-11- مزاياي سيگنالهاي الكتريكي.. 20

2-11-1- پردازش راحتتر و ارزانتر.. 20

2-11-2- انتقال آسان.. 20

2-11-3- دقت بالا.. 20

2-11-4- سرعت بالا.. 20

2-12- حسگرهاي مورد استفاده در رباتيك.. 20

2-12-1- حسگرهاي تماسي.. 20

2-12-1-1- آشكار سازي تماس دو جسم. 21

2-12-1-2- اندازه گيري نيروها و گشتاورهايي كه حين حركت ربات بين اجزاي مختلف آن ايجاد ميشود  21

2-12-2- حسگرهاي هم جواري.. 21

2-12-2-1- القايي.. 21

2-12-2-2- اثرهال. 21

2-12-2-3- خازني.. 21

2-12-2-4- اولتراسونيك.. 21

2-12-2-5- نوري.. 21

2-12-3- حسگرهاي دوربرد. 21

2-12-3-1- فاصله سنج (ليزو و اولتراسونيك) 21

2-12-3-2- بينايي (دوربينCCD) 21

2-12-4- حسگر نوري (گيرنده-فرستنده). 21

2-13- انواع سنسورها 22

2-13-1- با تماس مکانیکی.. 22

2-13-2- بدون تماس مکانیکی.. 22

2-14- انواع خروجیهای متداول سنسورها 22

2-14-1- نوعA.. 22

2-14-2- نوعB. 22

2-14-3- نوع c. 22

2-14-4- نوع d. 22

2-14-5- نوع  E. 22

2-15- سنسور فشار. 23

2-16- کاربردهای سنسور فشار. 23

2-16-1- اندازه گیری فشار.. 23

2-16-2- اندازه گیری ارتفاع از سطح دریا 23

2-16-3- آزمایش نشتی.. 23

2-16-4- اندازهگیری عمق.. 24

2-16-5- اندازهگیری جریان.. 24

2-17- انواع سنسورهای اندازه گیری فشار. 24

2-17-1- سنسور فشار مطلق.. 24

2-17-2- سنسور فشار گیج.. 24

2-17-3- سنسور فشار خلاء. 25

2-17-4- سنسور فشار تفاضلی.. 25

2-17-5- سنسور فشار مهر شده. 25

2-18- انواع سیستمهای اندازهگیری فشار1388). 26

2-18-1- اندازهگیری فشار توسط مانومترها 26

2-18-2- مانومتر یک شاخه ای.. 26

2-18-3- مانومتر دو شاخه ای.. 26

2-18-4- مانومتر مورب 26

2-18-5- اندازهگیری فشار توسط فشار سنجهای لوله بوردن 26

2-18-6- لوله ی C شکل 26

2-18-7- لوله ی فانوسی.. 26

2-18-8- لوله ی حلقوی.. 26

2-18-9- لوله ی حلزونی.. 26

2-18-10- کپسول.. 26

2-18-11- دیافراگم. 26

2-18-12- اندازه گیرهای الکتریکی فشار.. 26

2-18-13- استرین گیجها 27

2-18-14- اندازه گیرهای ظرفیتی فشار.. 27

2-18-15- اندازه گیرهای پیزوالکتریکی فشار.. 27

2-18-16- اندازه گیری فشار با بیلوز.. 27

2-19- فشار سنجهاي هيدرواستاتيکي.. 28

2-20- فشار سنجهاي ستون مايع.. 28

2-21- فشارسنجهاي آنرويدي(مكانيكي). 28

2-22- فشارسنجهاي بوردون.. 28

2-23- انواع بوردن تیوب.. 29

2-23-1- سنسورنوع C. 29

2-23-2- سنسور نوع حلزونی.. 29

2-23-3- سنسور نوع حلقوی.. 29

2-24- اندازهگیری فشار با دیافراگم. 30

2-25- مزایای اندازهگیری فشار با دیافراگم. 30

2-26- کاربردهای ترانسديوسرها 30

2-27- انواع ترانسديوسر. 31

2-27-1- ترانسديوسرهای خازني.. 31

2-27-2- ترانسديوسرهای سلفي.. 31

2-27-3- ترانسديوسرهای مقاومتي.. 31

2-27-4- ترانسديوسرهای پيزوالكتريك.. 31

2-28- دیافراگم کپسولی.. 31

2-29- دیافراگم خازنی.. 32

2-30- گیج‌های کشش پیزو رزیستور. 32

2-31- استرین گیج.. 32

2-32- انواع حساسههای اندازه گیر. 33

2-32-1- سنسور.. 33

2-32-2- ترانسدیوسرها 33

2-32-3- ترانسمیتر.. 33

2-33- کنترل کننده ابزار دقیق.. 33

2-34- مشخصات دستگاههاي اندازهگیري ابزار دقیق.. 34

2-34-1- دامنه اندازهگیری.. 34

2-34-2- دقت... 34

اندازه گیری فشار. 34

2-34-3- تکرارپذیری.. 34

2-34-4- حساسیت... 34

2-34-5- پایداری.. 35

2-34-6- پاسخ دهی.. 35

2-35- محدودیت های اندازه گیری فشار. 35

2-35-1- رنج اندازهگیری.. 35

2-35-2- ابعاد سنسور.. 35

2-35-3- دمای کاری.. 36

2-35-4- نوع اندازه گیری.. 36

6- منابع.. 128

 

 

 


مقدمه

فشار به اصطلاح نیروی لازم برای جلوگیری از پخش شدن مایع است و معمولاً به صورت نیرو بر سطح تعریف می­شود . سنسور فشار معمولاً به صورت مبدل کار می‌کند و سیگنالی تابع اثر فشار تولید می¬کند؛ برای این منظور می­توان سیگنال الکتریکی در نظر گرفت. سنسورهای فشار روزانه برای کنترل و مانیتورینگ هزاران کاربرد استفاده می¬شوند

مواد پیزوالکتریک  مواد هوشمندی هستند که متحمل فعل و انفعالات فیزیکی می¬شوند. بنابر تعریفی مواد هوشمند موادی هستند که تغییرات محیطی را دریافت کرده و با استفاده از بازخوردهای سیستم، این تغییرات را حذف یا تصحیح می¬کنند . مواد پیزوالکتریک، آلیاژهای حافظه¬دار،  مواد الکتروستریک ، مواد تغییر شکل دهنده در اثر مغناطیس، مایع های با خواص الکترورئولوژی ، نمونه¬هایی از مواد هوشمند متداول هستند .سنسور فشار عموما فشار گاز یا مایع را اندازه می¬گیرد. سنسورهای فشار می¬توانند به طور غیر مستقیم برای اندازه¬گیری سایر متغیرها استفاده شوند. برای مثال: دبی سیال، سرعت، سطح مایع و ارتفاع از این متغیرها هستند. به سنسورهای فشار، مبدل¬های فشار، ترنسمیتر فشار، فرستنده فشار، نشان¬دهنده فشار، پیزومتر  و مانومتر  نیز گفته می¬شود  سنسورهای فشار از نظر تکنولوژی، طراحی، عملکرد، کاربرد و قیمت باهم متفاوت هستند. با یک تخمین محافظه¬کارانه می¬توان گفت که بیش از۵۰ تکنولوژی و حداقل۳۰۰ شرکت در سراسر جهان سازنده سنسورهای فشار هستند  همچنین طبقه¬ای از سنسورهای فشار وجود دارند که برای اندازه-گیری حالت پویای تغییرات سریع در فشار طراحی شده¬اند (‌هاپ‍ت‍م‍ن، 1371). مثالی از کاربرد این نوع سنسور را می¬توان در اندازه¬گیری فشار احتراق سیلندر موتور و یا گاز توربین مشاهده کرد. این سنسورها به طور عمده از مواد پیزوالکتریک مانند کوارتز ساخته شده¬اند. بعضی از سنسورهای فشار مانند آنچه در دوربین‌های کنترل ترافیک دیده می¬شود، به صورت باینری  (دودویی) و خاموش/ روشن کار می¬کنند (مرادی، 1394). برای مثال وقتی فشاری به سنسور فشار اعمال می¬شود، سنسور یک مدار الکتریکی را قطع یا وصل می¬کند؛ این سنسورها به سوئیچ فشار معروف هستند (ویلانی ،1393). علاقه انسان به تحت اختیار در آوردن و تسلط بر پدیده­ها باعث پیداش شاخه جدیدی از دانش به نام علم کنترل گردیده است، علمی که امروزه حوزه نفوذ خود را به شاخه­های دیگر علوم از صنعت و تکنولوژی گرفته تا اقتصاد و سیاست و علوم پزشکی گسترش داده است. از طرفی اولین قدم برای کنترل یک فرآیند شناخت و درک دینامیک و رفتارهای آن فرآیند می­باشد. اندازه­گیری و کسب اطلاعات از کمیت تحت کنترل توسط عنصر اندازه­گیر انجام می­گیرد و بنابراین اندازه­گیری یکی از قسمت­های مهم و حساس حلقه کنترل می­باشد

بعد از شناخت پروسه می­باید کمیت تحت کنترل را اندازه­گیری نمود؛ به عبارت دیگر برای کنترل یک کمیت باید در هر لحظه اطلاعات دقیقی از آن داشته باشیم؛ یعنی باید کمیت تحت کنترل را همواره اندازه­گیری نماییم (سبزپوشان، 1393). امروزه ساخت و ابداع اندازه­گیر­های جدید یکی از زمینه­های پر تحرک و پر رقابت بین کمپانی­های سازنده می­باش