اصول مقدماتي اندازه‌گيري و كنترل فشارسنج‌ها

تعریف فشار:
فشار عبارتست از نیروی وارده بر واحد سطح که با علامت اختصاری p نشان میدهند. این کمیت در گازها نقش عمده را ایفا میکند زیرا یکی از کمیات مشخصه گاز میباشد، از این رو بیشتر قوانین فشار در گازها نهفته شده و به دست آوردن معادله حالت گاز به کار برده میشود.

مفهوم فشار:
• اثر نیرو بر روی یک سطح بستگی دارد که نیرو چگونه اعمال شود. شخصی که کفش ورزشی میخ دار پوشیده. میخ کفشهایش در زمین فرو میرود در صورتیکه کفش معمولی بر زمین آسیب نمیرساند. نکته قابل توجه این است که در هر دو مورد نیرویی که بر سطح وارد میشود یکسان بوده و همان نیروی وزن اوست. اختلاف میان این دو حالت در این است که کفش ورزشی نیرو را بر سطح کوچکی وارد میکند.

• میخ کفشها مقدار نیروی کل را تغییر نمیدهد ، بلکه نیرو بر واحد سطح را به شدت افزایش میدهد. که کمیت نیروی وارد بر واحد سطح نیز فشار نام دارد. به زبان ریاضی فشار بصورت زیر بیان میشود:
P=F/A که در آن P فشار ، F نیرو و A سطح مقطع اثر نیرو میباشد.
• اسکیبازان موقع اسکی کفش اسکی میپوشند زیرا دارای سطح مقطع بزرگتری است و فشار وارد بر سطح را کاهش میدهد.
چاقو به خاطر سطح مقطع بسیار کوچک تماس با اجسام (مثلا دست) در اثر اعمال مقدار نیروی هر چند ناچیز ، نیروی واحد سطح (فشار) بزرگتری را ایجاد کرده و سبب برش اجسام میشود.

یکای فشار
فشاربا یکاهای مختلفی بیان میشود. یکای استاندارد ما در دستگاه SI پاسکال میباشد که برابر(۱Pa=1N/m2) میباشد. یک پاسکال برابر مقدار یک نیوتن نیروست که بر یک متر مربع سطح جسمی وارد میگردد. بهترین یکایی که میتواند مرجعی برای سایر یکاها به کار برده شود اتمسفر یا جو (Atmospher ) است که به صورت فشار متوسط هوا در سطح دریا تعریف میشود.

چون پاسکال یکای کوچکی برای فشار است معمولا از کیلو پاسکال(kpa) که برابر ۱۰۰۰ پاسکال است، استفاده میکنند. هر جو تقریبا برابر ۱۰۰ kpa است. هواشناسان ازواحد میلی بار استفاده میکنند که برابر یک دهم پاسکال است. از سایر واحدهای فشار میتوان دین بر سانتیمتر مربع (dyn/cm2) یا torr را نام برد.
چون در اندازه گیری فشار در لوله U شکل از طول سنجی مایع جیوه به فشار سنجی پی می برند، واحد سانتیمتر جیوه (cmHg) نیز برای کمیت فشار به غلط مرسوم شده است.
نحوه اندازه گیری فشار:

فشار را به کمک دستگاههای فشار سنج اندازه میگیرند عمدهترین فشار سنجها که بر حسب مکانیزم کارشناسان نام گذاری شده است عبارتند از:
• فشارسنج لوله U شکل
• فشار سنج مکلئود
• فشار سنج جیوهای
• فشار سنج ترموکوپل
• فشارسنج صوتی
• فشار سنج خازنی
• فشارسنج گازایدهآل

ساده ترین و معروترین آنها فشار سنج لوله U شکل است که در آن مقداری جیوه در لوله U شکل ریخته شده و میزان اختلاف فشار محیط (هواکه برابر p0 است) و ماده د اخل فشارسنج که بر مایع جیوه فشار وارد میکند ازطریق اختلاف ارتفاع ستون مایع جیوه اندازه گیری میشود. بنابراین از این طریق فشار واقعی را میتوانیم به دست آوریم: (( P=P0+ρg(h-h0) در رابطه اخیر P فشار و ρ چگالی ماده و P0 فشار اتمسفر ، h0 ارتفاع ستون مایع در فشار اتمسفر ، g شتاب جاذبه وh ارتفاع ستون مایع در فشار ماده میباشد

فشارسنج
فشارسنج وسیله‌ای است که برای اندازه‌گیری فشار نمونه‌ای از گاز طرح فشارسنج از هواسنج گرفته شده است. نوعی از فشارسنج که در شکل می‌بیند. شامل لوله‌ای به شکل U است که حاوی جیوه می‌باشد. یک بازوی این لوله با جو مرتبط است. در این بازو فشار جو بر سطح جیوه وارد می‌شود. بازوی دیگر به یک ظرف گاز متصل است به نحوی که فشار گاز ، بر جیوه این بازو وارد می‌شود. اگر فشار گاز با فشار جو برابر باشد، سطح جیوه در هر دو بازوی لوله U شکل ، یکسان خواهد بود.

در آزمایش مربوط به شکل فشارسنج ، فشار گاز از فشار جو بیشتر است. اختلاف ارتفاع بین دو سطح جیوه (برحسب میلیمتر جیوه) بایستی به فشار جو (برحسب میلیمتر جیوه یا تور) افزوده شود، تا فشار گاز (برحسب میلیمتر جیوه یا تور) بدست آید. اگر فشار گاز کمتر از فشار جو باشد، جیوه در بازوی چپ فشارسنجی که در شکل فشارسنج نشان داده شده، در سطحی بالاتر از بازوی راست خواهد ایستاد و اختلاف ارتفاع بایستی از فشار جو کم شود.

ابزارهاي فشارسنجي
– فشار سنج جيوه اي
– فشار سنج فلزي
– فشار نگار
– فشار سنج جيوه اي( Mercury Barometer)

اين فشار سنج اساساً از يك لوله خالي از هوا درست شده است كه يك طرف آن مسدود و طرف ديگر آن كه باز است در ظرف پر از جيوه فرو برده شده است. فشار هواي بيرون، جيوه را از منبع به سمت داخل لوله مي راند. جيوه تا حدي كه وزن آن در داخل لوله، دقيقاً معادل نيروي ناشي از فشار هوا گردد در لوله فشار سنج بالا مي رود و سپس در حالت تبادل و سكون باقي مي ماند. با تغيير فشار هوا، سطح جيوه در داخل لوله نيز بالا و پايين خواهد رفت.

در شرايط نرمال جيوه به اندازه ۹۲/۲۹ ايچ يا ۷۶۰ ميلي متر در لوله بالا مي آيد كه فشاري معادل ۱۵/۱۰۱۳ ميلي بار است. جيوه در داخل لوله فشارسنج به دليل خاصيت كشش سطحي داراي يك سطح محدب است كه هنگام تعيين فشار، بايد بالاترين سطح محدب قرائت شود.
– فشار سنج فلزي (Aneroid)

فشار سنج فلزي وسيله اي است مكانيكي كه از يك محفظه قوطي شكل استوانه اي بدون هوا تشكيل شده است؛ با تغيير فشار هوا اين محفظه منقبظ يا منبسط مي شود.
با يك سيستم نسبتاً پيچيده كه مركب از تعدادي اهرم و قرقره است اين تغييرات بزرگ شده و به يك عقربه كه بر روي صفحه مدرجي حركت مي كند، منتقل مي شود. يك شاخص متحرك كه مي تواند در يك نقطه ثابت شود بر روي فشار سنج تعبيه شده است تا بتوان تغييرات فشار را نسبت به آخرين قرائت اندازه گيري كرد.
– فشار نگار (Barograph)

فشار نگار مشابه فشار سنج فلزي است با اين تفاوت كه اثر تغييرات فشار در محفظه بدون هوا، به يك قلم انتقال داده شده و قلم بر روي كاغذي كه دور يك استوانه چرخان پيچيده شده است خط پيوسته اي را رسم مي كند.
محور عمودي اين صفحه بر حسب واحد فشار و محور افقي آن بر حسب زمان مدرج شده است كه معمولاً براي هر دو ساعت يك خط وجود دارد. فشار نگارهاي دقيقي هم ساخته شده است كه قادرند تغييرات فشار را تا يك دهم ميلي بار اندازه گيري نمايند اين دستگاهها ميكروباروگراف ناميده شده اند.

فشارسنج مانومتر داده شده است، فشار گاز داده شده چند ميلي متر جيوه است؟

طبق قانون ظروف مرتبط فشار مايعات هم سطح يكسان مي‌باشد. بنابراين در شكل (الف) =فشارهوا مي باشد. اگر فشارهوا برحسب cmHg يا mmHg داده شود و در شكل (الف) ارتفاع h كه اختلاف دو سطح جيوه است برحسب سانتي‌متر يا ميلي‌متر جيوه بيان شود فشار گاز از رابطه بدست مي‌آيد به همين ترتيب براي شكل (ب) داريم:

كاربرد فشارسنج در صنعت
فشارسنج‌ها در پزشكي
دقيقترين راه اندازه گيرى مستقيم با قرار دادن كانتر داخل شريان است. ولى استفاده از اين روش به جز در موارد استثنايى (در اطاق عمل و يا ICU) امكان پذير نيست. دقيقترين وسيله اندازه گيرى غيرمستقيم فشارخون ، فشارسنج جيوه اى است. نوع ديگر فشارسنج نوع Aneroid(بدون مايع) است. فشارسنج Aneroid رايج ترين وسيله ثبت فشارخون است و صحت آن هر چند ماه يكبار مى بايست با فشارسنج جيوه اى چك شود. فشارسنجهاى الكتروينك امكان مونيتورينگ دقيق سرپايى مداوم فشارخون را فراهم آورده است. فشارسنج هاى الكترونيك وسيله انتخابى ثبت فشارخون در اطفال است. كاف فشارسنج مى بايست حداقل ۸۰% كجيط بازو را بپوشاند و عرض (قطر) آن مى بايست حدود ۳/۲ فاصله بين زير بغل و فضاى آنتى كوييتال (آرنج) باشد.

چنانچه كاف بطور نامناسب كوچك باشد (طول Bladder كوتاه باشد ، مثلا هنگام گرفتن فشارخون فرد چاق يا خيلى عضلانى با فشارسنج معمولى بالغين ) فشارخون بطور كاذب بالاتر ثبت مى شود ( بين ۵۰-۱۰ ميليمتر جيوه مى تواند اشتباه اندازه گيرى ايجاد كند).
شيوه اندازه گيري فشارخون
بادكنك موجود در آن روى شريان براكيال قرار گيرد. كاف نمى بايست شل بسته شود ، زيرا موجب مى شود تا فشار خون به طور كاذب بالا ثبت شود. فشار خون سيستوليك با باد كردن سريع كاف و با لمس شريان راديال حدس زده مى شود (گرفتن اوليه فشارخون سيستوليك با نبض موجب مى شود كه گپ سمعى ما را به اشتباه نيندازد. ضمن اينكه لازم نيست هنگام گرفتن فشارخون با گوشى كاف را بيش از اندازه لازم باد كنيم. گوشى (ترجيحا با Bell) را بر روى شريان براكيال (كه محل آن درست بالا و داخل فضاى آنتى كوييتال است) قرار مى دهيم. فشار زياد بر روى گوشى موجب افزايش توربولانس و تاخير در ناپديد شدن صداها مى شود(دياستول بطور كاذب ۱۰ تا ۱۵ ميلى متر جيوه پايين تر ثبت مى شود). پس از بستن كاف و قرار دادن گوشى در جاى مناسب و حدس قبلى فشارخون سيستوليك با لمس شريان راديال ، كاف را تا حدود ۳۰ ميليمتر جيوه بالاتر از فشارخون سيستوليك باد مى كنيم. باد كردن مى تواند به سرعت انجام شود ولى تخليه باد مى بايست به آهستگى صورت پذيرد(دو تا سه ميليمتر جيوه در هر ثانيه).

فشارخون سيستوليك مساوى فشارى است كه در آن اولين صدا در هنگام شنيده مى شود(فاز اول Korotkoff). در بچه ها و يا در حالات بابرون ده قلبى بالا مانند نارسائي آئورت ، تيروتوكسيكوز ،آئمى و … ناپديد شدن صداها تا نزديك صفر رخ نمى دهد. در چنين حالاتى فاز چهارم مى بايست گزارش شود و به عنوان فشارخون دياستوليك تلقى شود و گزارش فشارخون بايد با ۳ عدد باشد (فازيك ،چهارو پنج) (بعنوان مثال ۳۰/۸/۱۴۰). فشارخون در هر ويزيت حداقل در دو نوبت (با فاصله ۲ دقيقه) مى بايست چك شود و اختلاف مقادير اندازه گرفته شده ، مى بايست كمتر از ۵ ميليمتر باشد. چنانچه اين اختلاف بيش از ۵ ميليمتر باشد ، گرفتن فشارخون مى بايست تكرار شود.

گزارش فشارخون : وضعيت فرد ، دست معاينه شده و نوع كاف و مقادير ثبت شده مى بايست گزارش شود. مثال چنين بيان شود(فشارخون ۹۰/۱۴۰ در وضعيت نشسته ، در دست راست با فشارسنج معمولى بالغين).
پرفشاري خون كاذب

در برخى افراد مسن با شرايين سفت و كلسيفيه ، كاف فشارسنج ممكن است نتواند شريان براكيال را روى هم بخواباند و فشارخون به طور كاذب بالا گزارش شود.
در حالات زير مى بايست به فكر پرفشارى خون كاذب بود: در نزد افراد پيرى كه عروق سخت در لمس دارند، عدم وجود رتينوپاتى ناشى از پرفشارى خون عليرغم ثبت مقادير خيلى بالاى فشارخون ، بروز علائم ارتوستاتيك با تجويز مقادير اندك داروهاى ضد فشارخون ، در موارد مشكوك مى توان از فشارسنج هاى الكترونيك استفاده نمود. گرچه اندازه گيرى مستقيم فشارخون با گذاردن كانتر داخل شريان گامى جهى تشخيص قطعى ضرورت پيدا مى كند. در افزايش فشارخون كاذب عليرغم ثبت فشارخونهاى خيلى بالا با فشارسنجهاى كاف دار،فشارخون با اندازه گيرى داخل شريانى ، طبيعى است.

راههاي تشديد صداها هنگام گرفتن فشارخون
گاهى صداها به خوبى شنيده نمى شود و همين امر موجب اشتباه اندازه گيرى مى شود. جهت تشديد صداها مى توان از راههاى زير بهره گرفت: باد كردن سريع كاف ، بالا بردن بازو براى چند ثانيه قبل از باد كردن كاف ، باز و بسته كردن مشت ۱۰ بار قبل از باد كردن كاف ، مى تواند موجب واضحتر شدن صداهاد شود.
فشارخون اندام تحتاني

در مبتلايان به پرفشارى خون خصوصا در سنين پايين مى بايست فشارخون اندام تحتانى را حداقل براى يكبار ثبت كرد. كاف فشارسنج بزرگ بر روى ران بيمار بسته مى شود و گوشى بر روى فضاى پوبليته آل گذارده مى شود. به طور طبيعى فشارخون سيستوليك بالاتر و فشارخون دياستوليك پايين تراز دست است. در صورتى كه فشارخون سيستوليك اندام تحتانى پايين تر از اندام فوقانى باشد ، مى بايست كواركتاسيون آئورت مد نظر باشد.

فشارسنج ها در جوشكاري
یکی از حساس ترین قسمتهای جوشکاری دستگاههای فشار سنج برای اکسیژن و هیدروژن می باشد در انواع مختلف فشار سنجها برای اکسیژن- استیلن و سایر گازها پیش بینی شده اند که در روی کپسولها نصب می گردند.
فشار گاز استیلن در مخازن حداکثر تا ۳۰Kp/cm2 مربع و فشار مصرف تا ۵Kp/cm2 حداکثر می باشد ولی معمولاً با فشار خیلی کمتر مخزن و حدود ۵/۱ تا ۳ کیلو پوند بر سانتی متر مربع استیلن کار می شود
فشارسنج در زمين شناسي

ابزاري كه براي اندازه گيري فشار هوا به كار مي رود. واحد استاندارد بين المللي اندازه گيري فشار، كيلوپاسكال است اگرچه ميلي بار و اينچ جيوه هم متداول هستند.
انواع فشارسنج
کردن فشار سنج بوردان
فشارسنج بوردان تشکیل شده است از یک فنر و یا تیوب حلقوی که یک سر آن کاملا ثابت است. و سر ديگر آن در مقابل حركت آزاد ميباشد . جريان سيال از طريق يك لوله پيزومتري ( پلاستيكي و ايزومتري ) از سر ثابت تيوب حلقوي داخل ميشود و به انتهاي آزاد فشارسنج فشار وارد ميكند . در ساير نقاط روي تيوب حلقوي مقدار فشار در دو جهت مخالف و موازي با يكديگر مساوي است . بنابراين منتجه فشار ( اختلاف فشار ) برابر صفر است . تيوب حلقوي بنابراين فقط در اثر فشار سيال وارد بر انتهاي آن تغيير شكل ميدهد . در نتيجه اين تغيير شكل به انتهاي تيوب حلقوي تغيير مكان پيدا ميكند و اين تغيير مكان توسط يك سيستم ساده چرخ و دنده به محور عقربه فشارسنج منتقل ميشود كه در نتيجه عقربه فشارسنج دوران

ميكند . مقدار زاويه دوران فشارسنج متناسب با مقدار فشار ميباشد . چون فنر و يا تيوب حلقوي داراي خاصيت ارتجاعي است بنابراين رابطه بين مقدار فشار وارد بر انتهاي آن و مقدار دوران عقربه رابطه اي به صورت بر قرار است كه در اين رابطه ضريب سختي فنر و يا تيوب حلقوي است . بديهي است هر چه رنج فشار مورد اندازه گيري افزايش يابد لازم است سختي فنر و يا تيوب حلقوي به طور متناسب افزايش يابد . توسط فشارسنج بوردان مقدار فشار در يك نقطه در مقابل چشم رويت ميشود . از معايب فشارسنج بوردان خطاهايي است كه در حين استفاده از آن ممكن است رخ دهد .