مانومتر چیست و چگونه کار می کند؟

رگلاتور یا مانومتر به انگلیسی Manometer ابزاری شامل یک لوله ورودی، یک لوله خروجی، فشار سنج و یک ولوم تنظیم کننده جریان است. این وسیله در شبکه های تاسیساتی، سر راه ابزارهای پنوماتیک و بادی، شبکه لوله کشی و یا سر کپسول های گاز نصب شده و میزان فشار خروجی سیال عبوری (آب، روغن، گاز، مایع و...) را برای استفاده های مختلف مثل جوشکاری گازی، هوابرش و استفاده پزشکی و صنعتی تنظیم می‌کند. به عبارت دیگر، مانومتر یک جریان ورودی گاز یا مایع با فشار بالا و قوی (مثلا تا 250 بار) را گرفته و به عنوان یک فشار شکن، بازه معین، تنظیم شده و کنترل شده فشار خروجی ماده را (مثلا از 3 تا 40 بار) طبق نیاز کاربر به بیرون هدایت می‌کند.

از مهمترین ویژگی‌های یک مانومتر هنگام انتخاب آنها می‌توان به کیفیت و جنس بدنه (برنجی، مس، استیل و...)، محدوده فشار کاری ورودی و خروجی، نوع گاز و مایع مصرفی، بازه دمایی قابل کار و از همه مهمتر دقت در خروجی و توان ارائه یک فشار خروجی ثابت و بدون تلرانس علیرغم تمام نوسانات فشار ورودی اشاره کرد.

طبق تعریف جهانی، مانومتر با رگلاتور فرق دارد و «رگلاتور گاز» در واقع یک محصول کاملا جداگانه و متفاوت با مانومتر صنعتی است. رگلاتور گاز برای نصب روی کپسول های گاز خانگی یا شبکه گاز متان شهری و خانگی استفاده می‌شود در حالیکه مانومتر استفاده‌های صنعتی متنوعی در جوشکاری گازی، برشکاری و یا صنایع پزشکی دارد. اما کاربران و فروشندگان در بازار کشور، گاهی به همین مانومتر صنعتی و جوش گازی نیز رگولاتور یا رگلاتور گاز هم می‌گویند. در تعریف استاندارد، یک رگلاتور تنها میزان فشار ماده و مایع را نشان می‌دهد و نمی‌تواند مثل یک مانومتر آن را کنترل یا کم و زیاد کند؛ اما از آنجا که هر دوی این ابزارها امروزه در اکثر اوقات به شکل ترکیبی ساخته می‌شوند، بیشتر افراد از هر دو اسم رگلاتور و یا مانومتر برای این ابزار استفاده می‌کنند.

مانومتر همیشه یک فشار خروجی ثابت و از قبل تنظیم شده بیرون می‌دهد و برای همین، در هر جایی و هر کاری که به یک خروجی تثبیت شده و کنترل شده فشار گاز یا مایع عبوری نیاز باشد، از این وسیله استفاده می‌گردد. مانومترها در صنایع مختلف و حتی گاهی اوقات در استفاده خانگی هم کاربرد دارند. به طور کلی و از لحاظ نوع استفاده، مانومتر در دو تیپ «پزشکی» و «صنعتی» وجود دارد. استفاده نوع پزشکی آن محدودتر بوده و نقش اصلی و حضور پر رنگ انواع مانومتر بیشتر در صنعت جوش و برش دیده می‌شود. می‌توان از کاربرد مانومتر به موارد زیر اشاره کرد:

- استفاده پزشکی، خانگی و آزمایشگاهی روی کپسول اکسیژن

- انواع جوشکاری گازی مثل جوش استیلن، جوش آرگون یا تیگ، جوش Co2 یا میگ و...

- تنظیم و مدیریت جریان عبوری ماده در شبکه ها، لوله کشی و تاسیسات پنوماتیک

- انواع برشکاری و هوابرش صنعتی و سنگین با انواع گاز سوختی مثل اکسیژن و...

- اندازه گیری ارتفاع دو مکان و یا سطح دریا به کمک سنجش فشار دو نقطه مختلف، کاربردی در ماهواره و کشتی ها و...

- اندازه گیری و مقایسه یک بازه فشار جریان عبوری با کمک سنجش فشار اول، میان و آخر خطوط لوله و شبکه

- صنایع ساخت مواد غذایی، داروسازی، نفت و پتروشیمی و...

- کار با انواع کمپرسورهای هوا در خانه و کارگاه های مختلف

بدنه و کلیه قطعات مانومترها در بیشتر اوقات از مس و برنج ساخته شده و در مواردی جنس استیل و فولاد هم در آنها کاربرد دارد. اما تقریبا تمام مانومترها چند عضو مشترک دارند که در بیشتر مدل‌های آن دیده می‌شوند. از اجزاء اصلی هر مانومتر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1 - مهره اتصال و گیج ورودی: معمولا به صورت یک مهره ماسوره یا یک مهره گردان و در چند سایز مشخص بر اساس استاندارد سایزی UNF و برای اتصال به لوله و شلنگ های شبکه و کمپرسور ساخته می‌شود.

2 - نازل و لوله ورودی: این لوله کوتاه و هم جنس بدنه دستگاه، به مهره ورودی متصل است.

3 - دیافراگم: بخش مرکزی و دارای مکانیزم کاهنده فشار مانومتر که ممکن است دارای یک لوله، یک سیال و یا یک صفحه و فنر قوی داخلی باشد.

4-فنر دیافراگم: عضوی که با فشار گاز ورودی به دیافراگم، جمع شده و باعث ورود هوا به محفظه کم فشار مانومتر می‌شود.

5 - ولوم تنظیم جریان: شیر چرخان و ولومی که برای تنظیم دقیق حجم و فشار خروجی هوا استفاده می‌گردد.

6 - فلومتر: به لوله ای شفاف و مدرج گفته می‌شود که نشانگر حجم جریان عبوری است ممکن تنها در برخی مانومترها دیده شود. داخل این لوله دارای یک پین یا ساچمه است که با برخورد گاز به آن به بالا رفته و میزان حجم عبوری از مانومتر را نشان می‌دهد. عمومی ترین فلومترهای نصب شده روی مانومتر گاز معمولا تا ماکزیمم میزان هوای 30-35 لیتر در دقیقه را نشان می‌دهند. بیشتر مانومترها یک فلومتر دارند اما در مدل‌های چند مرحله‌ای ممکن است دو فلومتر وجود داشته باشد.

7 - فشار سنج (عقربه ای یا دیجیتال): نشانگر فشار عبوری گاز و ماده از مانومتر که ممکن است عقربه‌ای یا دیجیتال ساخته شده و بر اساس واحدهای مختلف مثل Bar، PSI یا پاسکال آن را نشان می‌دهد. در مانومترهای تک گیجه تنها فشار خروجی و در مدل‌های بیشتر از یک گیج، یکی از آنها فشار ورودی و دیگری فشار خروجی را نشان می‌دهد.

8 - شیر اطمینان و خلاص کن: یک عضو معمولا با مکانیزم اهرمی که برای خلاص کردن فشار داخلی مانومتر در مواقع اضطراری استفاده می‌گردد.

9 - دستگیره و شیر قطع و وصل جریان: ولومی چرخان و یا به یک اهرم که وظیفه قطع و وصل کردن عملکرد مانومتر را مثل یک دکمه خاموش/روشن بر عهده دارد. این قسمت بیشتر نزدیک به بخش خروجی نصب می‌گردد.

10 - مهره و اتصال گیج خروجی: مکانی برای نصب خروجی مانومتر به شلنگ، ابزار و شبکه تغذیه که معمولا با نوع اتصال ورودی متفاوت است و به صورت سر شلنگی دار و در قطرهای استاندارد ¼ اینچ، 3/8 اینچ و... ساخته می‌شود.

بدیهی است که قطعه ای به این میزان اهمیت در صنعت، انواع مختلفی هم دارد. مانومترها در چند دسته و بر اساس چند فاکتور متفاوت ساخته می‌شوند. یکی از انواع مهم آن بر اساس مکان استفاده و محل نصب است. از این لحاظ می‌توان به رگلاتور سر کپسول - مانومتر سر نقطه مصرف - مانومتر بین خطی - مانومتر کنترل پنل اشاره کرد که هر کدامشان در قسمت مربوط به خود در شبکه متصل می‌شوند. اما به جز این دسته بندی، 3 گروه بندی و دسته های متفاوت مانومتر وجود دارد که هنگام تهیه و خرید مانومتر دانستن آنها بسیار مهم است.

اولین گروه بندی استاندارد به روش و نوع کار و امکانات یک مانومتر مربوط می‌شود. برخی مدل های مانومتر ممکن است دارای دو یا چند گیج فشار سنج و یا دارای یک یا دو فلومتر (لوله مدرج حجم جریان) باشند. تفاوت در تعداد گیج ها و یا داشتن و نداشتن فلومتر بر مدل کاری و کارکرد این محصولات تاثیر می‌گذارد.

مانومتر تک مرحله ای

به مدلی می‌گویند که دارای یک (یا دو) فشار سنج بوده و عملیات فشار شکن گاز را طی یک مرحله انجام می‌دهد. اکثر مانومترهای موجود در بازار در این نوع ساخته شده و ساده ترین مانومترها حداقل یک فشار سنج خروجی را دارند. در مدل‌های مانومتر دو گیجه، فشار سنج اول کار اندازه گیری فشار ورودی گاز و دومی نشان دهنده فشار گاز خروجی است. این مدل مانومترها ممکن است فلومتر داشته باشند یا نداشته باشند.

مانومتر دو مرحله ای

به مانومتری می‌گویند که حداقل سه گیج فشار سنج دارد و در 2 مرحله عمل کاهش فشار را انجام می‌دهد. فشار سنج اول برای فشار ورودی و 2 فشار سنج دوم و سوم برای نشان دادن میزان فشار گاز خروجی در مرحله اولیه و ثانویه کاهش فشار بکار می‌روند. مانومتر دو مرحله ای با ویژگی کاهش فشار در 2 سطح و پله، باعث فشار خروجی کاملا دقیقی شده و برای همین از آنها برای کارهای آزمایشگاهی و صنعتی حساس استفاده می‌کنند. این مدل‌ها علاوه بر داشتن چند گیج، ممکن است دارای تعداد لوله فلومتر بیشتر از 1 عدد هم باشند.

اگر چه ظاهر بسیاری از تیپ های مانومتر گاز شباهت زیادی به‌هم دارند اما تفاوت در گاز مصرفی، نوع استفاده از آنها را به طور کلی عوض می‌کند. معروف ترین مانومترهای بر اساس تفاوت نوع گاز عبارتند از:

1 - مانومتر اکسیژن

همانطور که بالاتر اشاره شد، رگولاتور اکسیژن به جرات پر استفاده ترین مدل در بازار است؛ چرا که هم به صورت پزشکی و هم به صورت صنعتی ساخته می‌شود. تیپ پزشکی حتما فلومتر و لیوان مرطوب کننده دارد اما تیپ صنعتی که به مانومتر جوش و برشکاری معروف است، شکلی مشابه انواع دیگر مانومترهای صنعتی داشته و لزوما فلومتر ندارد. از مانومتر اکسیژن صنعتی در جوشکاری گاز ترکیبی یا هوابرش استفاده می‌کنند و معمولا رنگ تشخیصی قطعات بدنه آن آبی رنگ است.

2 - مانومتر آرگون و مانومتر دی اکسید کربن

این دو نوع دستگاه به نوعی محبوب ترین مانومترها در جوشکاری گازی تیگ (آرگون Argon) و جوشکاری میگ (دی اکسید کربن Co2) هستند. در بازار ممکن است مانومترهای این دو گاز جداگانه و مخصوص تنها یکی از آنها و یا به صورت ترکیبی و قابل استفاده همزمان برای هر دو گاز ساخته شوند.

3 - مانومتر استیلن

یکی از انواع صنعتی که هم برای برش و هم برای جوشکاری استفاده می‌گردد مانومتر استیلن است. گاز استیلن سمی و خورنده بوده و برای همین مانومتر آن باید برای کار با این گاز و تمام گازهای سمی و خورنده دیگر قابل استفاده باشد. در این مدل جهت عدم خوردگی، قسمت خروجی مانومتر از استیل آلیاژی ساخته می‌شود و رنگ قطعات آن معمولا قرمز خواهد بود.

 4 - مانومتر پروپان

گاز پروپان به طور طبیعی از محصولات پتروشیمی و نفت بدست می‌آید؛ و به عنوان یک سوخت پاک در بسیاری از سکوهای نفتی، صنایع دام و طیور، غلات، تولید شیشه و لوازم خودرو و البته جوشکاری استفاده می‌گردد. رگلاتور گاز پروپان هم از ترکیب برنج و استیل ساخته شده و کار فشار شکن و تنظیم خروجی این گاز را انجام می‌دهد.

5 - مانومتر هلیوم

این رگلاتور گاز فرق های محسوسی در ظاهر و شکل بیرونی با سایز مانومترها دارد. خروجی بیشتر مدل های مانومتر هلیوم به صورت سیلندری و لوله ای ساخته شده و کاربری آن در پر کردن بادکنک و بالون هلیوم است. از این رو به این مدل، مانومتر هلیوم بادکنکی یا بالونی نیز می‌گویند.

از دیگر مانومترهای معروف و پر استفاده بر اساس گاز نیز می‌توان به مانومتر هیدروژن، مانومتر نیتروژن و... اشاره کرد که این دو مدل از لحاظ ظاهری و ساختاری کاملا شبیه به نوع آرگون و Co2 هستند و تنها در گاز مصرفی تفاوت دارند.

اما نوع دیگری از گروه بندی این ابزارها انواع مانومتر بر اساس ساختار و مکانیزم کار داخلی دیافراگم آن است که در واقع بیشتر در ساخت و نحوه کار مانومترها تاثیر گذار است و در ظاهر و بیرون مانومتر نشانه مشخصی نخواهند داشت.

میکرو مانومتر

مانومتر کوچک یا Micro Manometer به نوعی گفته می‌شود که دقتی مناسب داشته اما با ظرفیت کاری محدود و قدرت کنترل و فشار شکن ضعیف‌تری نسبت به نوع صنعتی تولید می‌شود. این مدل با ابعادی بسیار جمع و جور تر از مانومترهای صنعتی و نه فقط در تیپ عقربه‌ای، که گاهی به صورت دیجیتال وجود دارد. از میکرو-مانومتر برای سنجش و کنترل سریع اما محدود یک بازه جریان عبوری استفاده می‌شود.

مانومتر لوله ای U شکل U-Tube ساده

یکی از پر استفاده ترین مکانیزم های ساخت مانومتر بوده که بسیار ساده عمل می‌کند. در ساخت دیافراگم آن از یک لوله U شکل و یک مایع (معمولا جیوه) استفاده می‌شود. یک سر لوله به ورودی و یکسر دیگر آن در ارتباط با فشار جو و اتمسفر است. با فشار گاز به مایع داخل لوله، این مایع به دلیل شکل U لوله به بالا رفته به اتمسفر فشار می‌آورد. با سنجش اختلاف فشار سطح و وارده به اتمسفر و سنجش چگالی بین این دو سطح، فشار داخلی اندازه گیری می‌شود.

مانومتر لوله ای U شکل U-Tube دیفرانسیل

این مکانیزم مانومتر بسیار شبیه به نوع قبلی بوده اما بجای اتصال سر دوم لوله U شکل به شاخص اتمسفر، این قسمت به یک منبع دیگر با فشاری شاخص و معلوم متصل می‌گردد و با فشار جیوه به آن منبع مشخص، فشار داخلی مانومتر سنجیده خواهد شد.

مانومتر لوله ای U شکل U-Tube معکوس

این مدل مانومتر در قسمت داخلی از یک لوله U شکل برعکس با مایع سبکی در درون آن استفاده می‌کند که دو سر لوله به دو نقطه ورودی و خروجی گیج وصل است. با تغییر فشار در هر سر این لوله، وضعیت مایع تغییر می‌کند و امکان محاسبه فشار با توجه به اختلاف سطح در دو طرف میسر خواهد شد. از این مکانیزم برای ساخت مانومترهای فوق دقیق خصوصا در فشار پایین استفاده می‌شود.

مانومتر پیزومتر

پیزومتر Piezometer به جرات ساده ترین مکانیزم تولیدی در مانومترها هستند که در آنها لوله با شکل U وجود ندارد. در این مدل با ساخت یک لوله ساده با قطر 1/2 اینچ به صورت عمودی و در شرایط استاندارد و اتصال یک سر آن به منبع مایع، فشار داخلی لوله با توجه به تغییر سطح سیال داخل آن اندازه گیری می‌شود. به این صورت که هر چه فشار بیشتر شود، ارتفاع مایع درون لوله بالاتر رفته و طبق فرمول P=ρgh این فشار بدست می‌آید.

مانومتر شیب دار

نوع دیگری از مانومترهای حساس و دقیق که با یک لوله کج و مورب ساخته می‌شود، مانومتر شیب دار یا Inclined Manometer نام دارد. زاویه لوله این مدل به شکلی است که کوچکترین تغییرات فشار، مایع درون آن را در شکل محسوسی جابجا کرده و بنابراین فرآیند محاسبه فشار در این نوع مانومترها بسیار دقیق خواهد بود.

به طور خلاصه نحوه کارکرد بیرونی تمام مانومترها شبیه هم است اما از لحاظ داخلی، بخش اصلی که تفاوت ها در کارکرد و مکانیزم رقم می‌زند، (همانطور که در انواع میکرومتر بر اساس ساختار اشاره شد) قسمت طراحی و سیستم دیافراگم آن است.

در یک مانومتر ساده دیافراگمی وقتی شیر ورودی اصلی باز می‌شود، گاز ورودی به داخل آمده و به فنر دیافراگم مانومتر فشار وارد می‌کند. این فنر، صفحه دیافراگم را باز کرده و گاز را به محفظه کم فشار یا همان لوله داخلی می‌برد. محفظه داخلی ممکن است مکانیزم دیافراگم و فنر داشته باشد؛ و یا شامل لوله و یک سیال یا مایع داخلی (معمولا جیوه) باشد که یکسر آن لوله به منبعی با فشار مشخص وصل شده است. (مثلا در مانومترهای U شکل اتمسفری این منبع فشار شاخص از نوع اتمسفر خواهد بود). در نوع دیافراگمی، فنر به دلیل فشار گاز ورودی جمع شده و صفحه دیافراگم باز می‌شود. گاز وارد محفظه کم فشار شده و با توجه به استاندارد ساخت مانومتر، آماده خروج خواهد شد. با تنظیم دلخواه ولوم خروجی، دریچه محفظه کم فشار باز شده و گاز با فشار مشخص و کنترل شده به بیرون هدایت خواهد شد. میزان فشار فنر و دیافراگم در زمان خروجی، مکانیزم نشانگر عقربه ای را هم فعال کرده و به این ترتیب عقربه گیج فشار سنج، میزان فشار خروجی را نشان خواهد داد.

این پروسه، یک توضیح کلی و ساده از نحوه کار مانومتر دیافراگمی و فنری بود اما در مدل های مثل U-Tube و پیزومتری روش کار داخلی دستگاه فرق های محسوسی خواهد داشت.

در این مطلب با انواع مانومتر آشنا شدیم. فهمیدیم که مانومتر چیست و چگونه کار می‌کند؟ برای انتخاب یک مانومتر درست باید چه فاکتورهایی را در نظر گرفت؟ و اینکه رگلاتور جوشکاری گازی و جوش آرگون و Co2 چه فرقی با مانومترهای دیگر دارد.

شما می‌توانید برای خرید مانومتر آرگون و مانومتر دی اکسید کربن، مانومتر اکسیژن، مانومتر استیلن و انواع دیگر مانومترها ساخت بهترین برندهای داخلی و خارجی با ضمانت اصالت کالا و مشاوره تخصصی رایگان به فروشگاه ابزار مارکت مراجعه کنید.