تحقیق انواع فشارسنج و کاربرد آنها،70 صفحه،docx

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،وسایل اندازه گیری فشار،فشار سنجهای هیدرواستاتیکی،فشار سنجهای پیستونی،فشار سنجهای ستون مایع،فشارسنجهای بوردون،فشارسنجهای دیافراگمی،فشار سنج الکترونیکی،فشار سنج پیزو الکتریک،فشار سنج نوری،انواع سیستمهای اندازه گیری،فشار سنج دیافراگم پیزوالکتریک،دیافراگم پیزوالکتریک،فشار سنج،فشارسنج پیزوالکتریک،انواع فشار سنج پیزوالکتریک،وسایل اندازه گیری 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 پیزوالکتریک 41

2-40- اثر مستقیم و مع 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 گیری نیرو، گشتاور و کرنش 64

3-3-1- خاصیت مکانیکی پیزوالکتریک 64

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

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

3-3-1-3- تبدیل نیرو به فشار ( فشار سنجها) 64

3-3-2- خاصیت الکتریکی پیزوالکتریک 64

3-3-2-1- استفاده از خاصیت پیزو الکتریک (نیرو سنج کریستال پیزوالکتریک) 64

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

3-3-2-3- تبدیل نیرو به جابجایی (مثل LVDT) 64

3-4- استفاده از خاصیت کشسانی اجسام. 64

3-5- فنر ساده F=kx. 65

3-6- تیر یک سر درگیر. 65

3-7- حلقه کشسان 66

3-8- روشهای اندازه گیری خیز ناشی از اعمال نیرو. 67

3-8-1- استفاده از روشهای مکانیکی مثل گیج 67

3-8-2- روشهای الکترومکانیکی 67

3-8-2-1- روش مبدل پیزوالکتریک 67

3-8-2-2- LVDT. 67

3-8-2-3- استرین گیج. 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 مع 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- طراحی 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 مایع 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 خاصیت کشسانی اجسام. 64

3-5- فنر ساده F=kx. 65

3-6- تیر یک سر درگیر. 65

3-7- حلقه کشسان 66

3-8- روشهای اندازه گیری خیز ناشی از اعمال نیرو. 67

3-8-1- استفاده از روشهای مکانیکی مثل گیج 67

3-8-2- روشهای الکترومکانیکی 67

3-8-2-1- روش مبدل پیزوالکتریک 67

3-8-2-2- LVDT. 67

3-8-2-3- استرین گیج. 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 مع 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- تاریخچه 8

2-4- تاریخچه فشار سنج 9

2-5- وسایل اندازه گیری فشار. 10

2-5-1- فشار سنجهای هیدرواستاتیکی 10

2-5-2- فشار سنجهای پیستونی 10

2-5-3- فشار سنجهای ستون مایع. 10

2-5-4- فشار سنجهای آنرویدی (مکانیکی). 11

2-5-5- فشارسنجهای بوردون 12

2-

2-2- تعریف فشار. 7

2-3- تاریخچه اندازه گیری 8

2-4- تاریخچه فشار سنج 9

2-5- وسایل اندازه گیری فشار. 10

2-5-1- فشار سنجهای هیدرواستاتیکی 10

2-5-2- فشار سنجهای پیستونی 10

2-5-3- فشار سنجهای ستون مایع. 10

2-5-4- فشار سنجهای آنرویدی (مکانیکی). 11

2-5-5- فشارسنجهای بوردون 12

2-5-6- فشارسنجهای دیافراگمی 13

2-5-7- فشار سنج الکترونیکی 13

2-5-8- فشار سنج خازنی 13

2-5-9- فشار سنج مغناطیسی 13

2-5-10- فشار سنج پیزو الکتریک 14

2-5-11- فشار سنج نوری 14

2-5-12- فشارسنج پتانسیومتری 14

2-5-13- فشار سنج تشدیدی 14

2-5-14- فشار سنج هدایت حرارتی 14

2-5-15- فشارسنج یونیزاسیون 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 حرکت و لرزش. 20

2-10-7- حسگر دما 20

2-10-8- حسگر دود. 20

2-11- مزایای سیگنالهای الکتریکی 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- حسگرهای مورد استفاده در رباتیک 20

2-12-1- حسگرهای تماسی 20

2-12-1-1- آشکار سازی تماس دو جسم. 21

2-12-1-2- اندازه گیری نیروها و گشتاورهایی که حین حرکت ربات بین اجزای مختلف آن ایجاد میشود 21

2-12-2- حسگرهای هم جواری 21

2-12-2-1- القایی 21

2-12-2-2- اثرهال. 21

2-12-2-3- خازنی 21

2-12-2-4- اولتراسونیک 21

2-12-2-5- نوری 21

2-12-3- حسگرهای دوربرد. 21

2-12-3-1- فاصله سنج (لیزو و اولتراسونیک) 21

2-12-3-2- بینایی (دوربینCCD) 21

2-12-4- حسگر نوری (گیرنده-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 حونی 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 سنجهای هیدرواستاتیکی 28

2-20- فشار سنجهای ستون مایع 28

2-21- فشارسنجهای آنرویدی(مکانیکی). 28

2-22- فشارسنجهای بوردون 28

2-23- انواع بوردن تیوب 29

2-23-1- سنسورنوع C. 29

2-23-2- سنسور نوع حونی 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 ترانسرها 30

2-27- انواع ترانسر. 31

2-27-1- ترانسرهای خازنی 31

2-27-2- ترانسرهای سلفی 31

2-27-3- ترانسرهای مقاومتی 31

2-27-4- ترانسرهای پیزوالکتریک 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- ترانسرها 33

2-32-3- ترانسمیتر 33

2-33- کنترل کننده ابزار دقیق 33

2-34- مشخصات دستگاههای اندازهگیری 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 میکند؛ برای این منظور می­توان سیگنال الکتریکی در نظر گرفت. سنسورهای فشار روزانه برای کنترل و مانیتورینگ هزاران کاربرد استفاده میشوند

مواد پیزوالکتریک مواد هوشمندی هستند که متحمل فعل و انفعالات فیزیکی میشوند. بنابر تعریفی مواد هوشمند موادی هستند که تغییرات محیطی را دریافت کرده و با استفاده از بازخوردهای سیستم، این تغییرات را حذف یا تصحیح میکنند . مواد پیزوالکتریک، آلیاژهای حافظهدار، مواد الکتروستریک ، مواد تغییر شکل دهنده در اثر مغناطیس، مایع های با خواص الکترورئولوژی ، نمونههایی از مواد هوشمند متداول هستند .سنسور فشار عموما فشار گاز یا مایع را اندازه میگیرد. سنسورهای فشار میتوانند به طور غیر مستقیم برای اندازهگیری سایر متغیرها استفاده شوند. برای مثال: دبی سیال، سرعت، سطح مایع و ارتفاع از این متغیرها هستند. به سنسورهای فشار، مبدلهای فشار، ترنسمیتر فشار، فرستنده فشار، نشاندهنده فشار، پیزومتر و مانومتر نیز گفته میشود سنسورهای فشار از نظر تکنولوژی، طراحی، عملکرد، کاربرد و قیمت باهم متفاوت هستند. با یک تخمین محافظهکارانه میتوان گفت که بیش از۵۰ تکنولوژی و حداقل۳۰۰ شرکت در سراسر جهان سازنده سنسورهای فشار هستند همچنین طبقهای از سنسورهای فشار وجود دارند که برای اندازه-گیری حالت پویای تغییرات سریع در فشار طراحی شدهاند (‌هاپ‍ت‍م‍ن، 1371). مثالی از کاربرد این نوع سنسور را میتوان در اندازهگیری فشار احتراق سیلندر موتور و یا گاز توربین مشاهده کرد. این سنسورها به طور عمده از مواد پیزوالکتریک مانند کوارتز ساخته شدهاند. بعضی از سنسورهای فشار مانند آنچه در دوربین‌های کنترل ترافیک دیده میشود، به صورت باینری (دودویی) و خاموش/ روشن کار میکنند (مرادی، 1394). برای مثال وقتی فشاری به سنسور فشار اعمال میشود، سنسور یک مدار الکتریکی را قطع یا وصل میکند؛ 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 ت 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