ภาพที่ 1 : เกจวัดแรงดัน (Pressure gauge)
เกจวัดแรงดันวัดความดันของก๊าซหรือของเหลวภายในระบบ โดยมีหน้าที่ตรวจสอบความดันของเหลวในการใช้งานต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมยานยนต์ การบินและอวกาศ การแพทย์หรือการผลิต การวัดความดันในระบบถือเป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้มั่นในในคุณภาพของผลิตภัณฑ์และเป็นการวัดความปลอดภัยเพื่อให้ทราบถึงการรั่วไหลหรือแรงดันในอาคารในระบบท่อ ก่อนที่จะเลือกใช้เกจวัดแรงดัน สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจหลักการพื้นฐานของแรงดันก่อน ในบทความนี้อธิบายเกี่ยวกับวิธีการทำงานและวิธีเลือกเกจวัดแรงดันให้เหมาะกับการใช้งาน
พื้นฐานการวัดความดันและความดัน
ความดัน คือ ปริมาณแรงที่กระทำในแนวตั้งฉากกับพื้นผิวต่อหน่วยพื้นที่ ในของเหลวหรือก๊าซ ตัวอย่างต่อไปนี้คือแรงที่กระทำกับผนังของภาชนะ ณ บริเวณจุดที่กำหนด
แรงดันสถิตย์ (ภาพที่ 2: A) มีความสม่ำเสมอในทุกทิศทาง อย่างไรก็ตาม ของไหลที่เคลื่อนที่จะให้แรงดันเพิ่มเติมในทิศทางการไหลในขณะที่มีผลกระทบเล็กน้อยบนพื้นผิวขนานกับทิศทางการไหล ดังที่เห็นในรูปที่ 2 แรงดันพิเศษนี้เรียกว่าแรงดันไดนามิก (ภาพที่ 2: C) ความดันรวมของการไหลคือผลรวมของความดันสถิตและไดนามิกในการไหลนั้น (ภาพที่ 2 : D)
เครื่องมือวัดความดันรวมของการไหลหากหันหน้าไปทางทิศทางการไหล เครื่องมือที่กล่าวถึงในหัวข้อต่อไปนี้ได้รับการออกแบบมาเพื่อวัดความดันสถิตในระบบ ความดันมักวัดได้ในสามรูปแบบ: ความดันสัมบูรณ์(Absolute pressure) ความดันเกจ(Gauge pressure) และความดันแตกต่าง(Differential pressure) อ่านบทความของเราเกี่ยวกับ
รูปแบบความดันเพื่อดูรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับความดันแต่ละประเภท
เกจวัดแรงดัน (Pressure gauge) คืออะไร ?
เกจวัดแรงดัน คือ อุปกรณ์ที่ใช้วัดและควบคุมแรงดันของ ของเหลวหรือก๊าซ ในภาชนะหรือระบบท่อต่าง ๆ โดยจะแสดงค่าแรงดันออกมาแสดงผลเป็นตัวเลขบนหน้าปัดหรือจอดิจิตอลและมีหน่วยแรงดันกำกับ เช่น psi, bar, kPa, MPa
โดยทั่วไปเกจวัดแรงดันจะประกอบด้วยองค์ประกอบที่ไวต่อแรงกด (เช่น
Bourdon tube หรือ
Diaphragm) ที่เชื่อมต่อกับกลไกการวัดและจอแสดงผล เช่น แป้นหมุนหรือการอ่านข้อมูลแบบดิจิทัล องค์ประกอบที่ไวต่อความดันจะเสียรูปภายใต้ความดันของก๊าซหรือของเหลว และการเสียรูปนี้จะถูกแปลงเป็นการวัดที่อ่านได้โดยกลไกการวัด
ภาพที่ 3: สัญลักษณ์เกจวัดแรงดัน
ส่วนประกอบของเกจวัดแรงดัน
ภาพที่ 2: ส่วนประกอบของเกจวัดแรงดัน ขอบพระคุณภาพจาก : misumitechnical.com
เกจวัดแรงดันมีส่วนประกอบสำคัญ(ภาพที่ 1) ดังนี้
- ตัวเรือน (Body) : ส่วนนอกของเกจวัดแรงดันทำหน้าที่เป็นโครงสร้างของ Pressure gauge และป้องกันองค์ประกอบภายใน
- หน้าปัด (Dial) : ส่วนที่แสดงค่าแรงดันที่วัดได้ โดยหน้าปัดของเกจวัดจะประกอบไปด้วย (1)เข็มชี้ (2)หน่วยแรงดัน (3)เข็มชี้ (4)ช่วงการวัด
- เข็มชี้ (Pointer) : ส่วนที่เชื่อมต่อกับบูร์ดองภายใน ทำหน้าที่ชี้แรงดัน ณ เวลาที่วัดแรงดัน
- หน่วยวัด (Pressure unit) : ระบุหน่วยวัดของเกจวัดแรงดันตัวดังกล่าว สัมพันธ์กับช่วงการวัดที่แสดง โดยส่วนใหญ่สีของหน่วยวัดและช่วงการวัดจะเป็นสีเดียวกัน
- ข้อต่อ (Connection) : ส่วนที่ใช้สำหรับติดตั้งเกจวัดแรงดันเข้ากับระบบท่อหรือภาชนะ
หลักการทำงานของเกจวัดแรงดัน
ภาพที่ 3 : บูร์ดอง (Bourdon tube)
Pressure gauge ทำงานบนหลักการยืดและหดของท่อบูร์ดองภายในเกจวัดแรงดัน(ภาพที่ 3) มีลักษณะเป็นท่อโค้งที่ยืดตรงเมื่อมีแรงดันจะทำให้ท่อยืดตรงส่งผลให้กลไกจะขยับเข็มชี้ของมาตรวัดเพื่อระบุแรงดันปัจจุบันนอกจากนี้ยังมีเกจวัดแรงดันประเภทอื่นๆ เช่น ไดอะแฟรมเกจและเกจแคปซูลซึ่งทำงานบนหลักการที่แตกต่างกัน ไดอะแฟรมเกจใช้ไดอะแฟรมแบบยืดหยุ่นซึ่งจะเคลื่อนที่เมื่อมีแรงดัน ในขณะที่เกจแบบแคปซูลใช้แคปซูลโลหะแบบยืดหยุ่นซึ่งจะเคลื่อนที่เมื่อมีแรงดัน
การแบ่งประเภทเกจวัดแรงดัน
ปัจจุบันมีการแบ่งประเภทของเกจวัดแรงดัน 2 รูปแบบ ได้แก่
แบ่งตามช่วงการวัดและ
แบ่งตามหลักการทำงาน
ประเภทแบ่งตามช่วงการวัด
ภาพที่ 4.1 : ประเภทเกจวัดแรงดันแบ่งตามช่วงแรงดัน
เป็นการแบ่งประเภทของเกจวัดแรงดันตามย่านการวัดแรงดัน(ภาพที่ 4.1) โดยมี 3 ประเภท ดังนี้
- แวคคั่มเกจ (Vacuum Gauge): มีช่วงแรงดันตั้งแต่ -1 bar ถึง 0 bar
- เกจวัดแรงดันทั่วไป (Normal Pressure Gauge): มีช่วงแรงดันตั้งแต่ 0 bar ขึ้นไป
- คอมปาวด์เกจ (Compound Gauge): มีช่วงแรงดันผสมระหว่าง "Vacuum gauge" กับ "Normal pressure gauge" โดยมีช่วงแรงดันตั้งแต่ -1 bar ถึง 1 bar ขึ้นไป
ประเภทแบ่งตามหลักการทำงาน
เป็นการแบ่งประเภทเกจวัดแรงดันตามหลักการทำงาน โดยมี 2 ประเภท ได้แก่
- เกจวัดแรงดันอนาล็อก (Analog pressure gauge): อาศัยหลักการทำงานของบูร์ดอง เข็มชี้จะขยับตามแรงดันที่กระทำต่อท่อบูร์ดองภายใน
- เกจวัดแรงดันดิจิตอล (Digital pressure gauge): อาศัยหลักการทำงานโดยใช้หลักการตรวจจับแรงดันแบบ piezoresistive หรือ capacitive แสดงค่าแรงดันออกมาเป็นตัวเล็กดิจิทัล
เกณฑ์การเลือกเกจวัดแรงดัน
เกจวัดแรงดันมีหลากหลายดีไซน์ ซึ่งแต่ละแบบรองรับการใช้งานและอุตสาหกรรมเฉพาะ ปัจจัยหลายประการ เช่น ความแม่นยำ ขนาดหน้าปัด สภาพแวดล้อม สื่อ และช่วงแรงดันในการทำงานส่งผลต่อการเลือกอุปกรณ์เหล่านี้ นอกจากนี้ยังมีการใช้งานต่างๆ มากมายที่เกจวัดแรงดันใช้ เช่นเกจกรองสระว่า ยน้ำ เกจวัดแรงดันสุญญากาศเกจคอมเพรสเซอร์และเกจวัดแรงดันน้ำ
หน่วยแรงดัน (Pressure unit)
เกจวัดแรงดันมีหน่วยแสดงผลหลายแบบ ตารางที่ 1 อธิบายหน่วยที่ใช้กันทั่วไปในเกจวัดแรงดัน พร้อมด้วยการแปลงค่าที่เทียบเท่าในหน่วยปาสคาล
ตารางที่ 1: หน่วยทั่วไปที่ใช้ในเกจวัดความดัน
|
ปาสคาล (Pa หรือ N/m 2 ) |
|
| 1 บาร์ |
= 105 |
|
| 1 ที่ (kg/cm 2หรือ kgf/cm 2หรือบรรยากาศทางเทคนิค) |
= 9.80 665 × 104 |
|
| 1 atm (บรรยากาศมาตรฐาน) |
= 1.01 325 × 105 |
= 760 ทอร์ |
| 1 ธอร์ (มม.ปรอท หรือ มิลลิเมตรปรอท) |
= 1.333 224 × 102 |
|
| 1 cmH 2 O (cmWc หรือเซนติเมตรของน้ำ) |
= 98.0665 |
= 10 mmH 2 O |
| 1 mmH 2 O (mmWc หรือมิลลิเมตรของน้ำ) |
= 9.80 665 |
|
| 1 ปอนด์/นิ้ว2 (Psi) |
= 6.8 948 × 103 |
= 16 ออนซ์/ใน2 |
| 1 ออนซ์/ใน2 (ออนซ์/ใน2 ) |
= 4.30 922 × 102 |
|
| 1 นิ้วปรอท (นิ้วของปรอท) |
= 3.37 685 × 103 |
|
ช่วงความดัน (Pressure range)
มาตรฐานยุโรป EN 837 ระบุขั้นตอนมาตรฐาน ข้อกำหนดการออกแบบ การทดสอบ และคำแนะนำในการติดตั้งสำหรับเกจวัดแรงดันที่ใช้กันทั่วไป EN 837-1 และ EN 837-3 ให้ข้อมูลเกี่ยวกับการออกแบบหน้าปัดของสเกลแบบศูนย์กลาง เกจวัดแรงดันสามารถใช้งานได้หลากหลาย ตั้งแต่เกจวัดแรงดันน้ำแรงดันต่ำไปจนถึงเกจวัดแรงดันไฮดรอลิกแรงดันสูงที่มักจะติดตั้งด้วยตัวลดแรงดัน หน่วยความดันที่ต้องการคือบาร์ และตาราง 2-6 ให้รายละเอียดเกี่ยวกับช่วงความดันที่ใช้บ่อยที่สุด โปรดทราบว่าจำเป็นต้องจำกัดความดันการทำงานปกติของเกจไว้ที่ 25 - 75% ของเครื่องชั่ง หากกระบวนการเกี่ยวข้องกับการเต้นเป็นจังหวะ ความดันเกจการทำงานสูงสุดไม่ควรเกิน 50% ของช่วงเต็มสเกล
ช่วงแรงดันเป็น bar
ตารางที่ 2: ช่วงแรงดัน (bar)
| 0 - 0.6 |
0 -1 |
0 -1.6 |
0 - 2.5 |
0 - 4 |
| 0 - 6 |
0-10 |
0 -16 |
0 - 25 |
0 - 40 |
| 0 - 60 |
0 - 100 |
0 -160 |
0 - 250 |
0 - 400 |
| 0 - 600 |
0 -1,000 |
0 -1600 |
|
|
ช่วงความดันเป็น mbar
ตารางที่ 3: ช่วงแรงดัน (เป็น mbar)
| 0 - 1 |
0 - 1.6 |
0 - 2.5 |
0 - 4 |
0 - 6 |
| 0 - 10 |
0 - 16 |
0 - 25 |
0 - 40 |
0 - 60 |
| 0 - 100 |
0 - 160 |
0 - 250 |
0 - 400 |
0 - 600 |
ช่วงสุญญากาศใน bar
ในเกจวัดแรงดันสุญญากาศตัวชี้จะหมุนในทิศทางทวนเข็มนาฬิกาพร้อมกับสุญญากาศที่เพิ่มขึ้น
ตารางที่ 4: ช่วงสุญญากาศ (เป็นแท่ง)
ช่วงสุญญากาศในหน่วย mbar
ตารางที่ 5: ช่วงสุญญากาศ (เป็น mbar)
| -1 - 0 |
-1.6 - 0 |
-2.5 - 0 |
-4 - 0 |
-6 - 0 |
| -10 - 0 |
-16 - 0 |
-25 - 0 |
-40 - 0 |
-60 - 0 |
| -100 - 0 |
-160 - 0 |
-250 - 0 |
-400 - 0 |
-600 - 0 |
ช่วงแรงดันและสุญญากาศรวมในหน่วย bar หรือ Compound
ตารางที่ 6: ช่วงแรงดันและสุญญากาศรวมในหน่วยบาร์
| -1 - 0.6 |
-1 - 1.5 |
-1 - 3 |
-1 - 5 |
| -1 - 9 |
-1 - 15 |
-1 - 24 |
|
ขนาดที่กำหนด
ขนาดระบุ (NS) ของเกจคือเส้นผ่านศูนย์กลางของเกจ ขนาดเกจที่ระบุตามมาตรฐาน EN 837 คือ: 40, 50, 63, 80, 100, 160 และ 250 มม.
ความแม่นยำของเกจวัดความดัน
ระดับความแม่นยำ (KL) จะกำหนดระยะขอบสูงสุดของข้อผิดพลาดแต่ละเกจวัดความดันที่อนุญาตให้มีได้ในรูปของเปอร์เซ็นต์ของการอ่านค่าสเกลสูงสุด ตัวอย่างเช่น เกจวัดความดันที่มีการอ่านค่าสูงสุด 10 บาร์และความแม่นยำระดับ 4 อาจเบี่ยงเบนไปจากแรงดันจริง 4% ( 0.4 บาร์) อีกตัวอย่างหนึ่งคือ เกจที่มีสเกล 0-100 บาร์ มีความแม่นยำ 2% ซึ่งหมายความว่าเกจมีความแม่นยำไม่เกิน 2 บาร์ตลอดช่วงทั้งหมด การติดตั้งเกจวัดความดันที่มีความแม่นยำต่ำอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดได้ และการใช้เกจที่มีความแม่นยำสูงเกินไปจะทำให้ต้นทุนในการจัดซื้อ สอบเทียบ และบำรุงรักษาเกจนั้นเพิ่มขึ้น
ตารางที่ 7: ระดับความแม่นยำของเกจวัดความดัน
| ระดับความแม่นยำ |
ขีดจำกัดของข้อผิดพลาดที่อนุญาต (เปอร์เซ็นต์ของ Span) |
| 0.1 |
0.1% |
| 0.25 |
0.25% |
| 0.6 |
0.6% |
| 1 |
1% |
| 1.6 |
1.6% |
| 2.5 |
2.5% |
| 4 |
4% |
วัสดุ
เนื่องจากเกจวัดแรงดันใช้องค์ประกอบหลายอย่างในการวัดความดัน จึงเป็นสิ่งสำคัญที่ต้องคำนึงถึงความเข้ากันได้ทางเคมีของวัสดุเมื่อเลือกเกจวัดแรงดันที่เหมาะสม
ประเภทของการติดตั้งและการเชื่อมต่อ
- การเชื่อมต่อแบบเกลียวมาตรฐาน: เกจประเภทนี้สามารถขันเข้ากับเกลียวที่มีอยู่ได้ เกลียวถูกซีลโดยใช้ซีลอัดสำหรับเกลียวเรียวและโอริงสำหรับเกลียวขนาน
- เกจวัดความดันแบบรวม: การติดตั้งเกจวัดความดันนี้รองรับด้วยเกลียวตัวเมีย
- เกจวัดแรงดันหน้าแปลน: การติดตั้งประเภทนี้มีให้สำหรับผู้ที่ต้องการติดตั้งเกจวัดแรงดันบนตู้ควบคุม
ความปลอดภัยและอายุการใช้งาน
ตามมาตรฐาน EN 837-2 เพื่อความปลอดภัย จะต้องเลือกเกจวัดความดันด้วยช่วงที่แรงดันใช้งานสูงสุดไม่เกิน 75% ของค่าสเกลสูงสุดสำหรับแรงดันคงที่ หรือ 65% ของค่าสเกลสูงสุดสำหรับแรงดันแบบวนรอบ .
เมื่อใช้ตัวกลางแรงดันที่เป็นอันตราย เช่น ออกซิเจน อะเซทิลีน สารที่ติดไฟได้ และสารพิษ จำเป็นต้องเลือกเกจวัดความดันที่มีมาตรการความปลอดภัยเพิ่มเติม เช่น อุปกรณ์เป่าที่ด้านหลัง มาตรการด้านความปลอดภัยเหล่านี้ช่วยให้แน่ใจว่าการรั่วหรือการระเบิดของส่วนประกอบที่มีแรงดันจะไม่ทำร้ายใครที่อยู่ด้านหน้าเครื่องชั่ง
เกจทั้งเรือนที่มีแนวโน้มที่จะเกิดการสั่นสะเทือนทางกลตลอดเวลามักจะเต็มไปด้วยน้ำมันหรือกลีเซอรีน กรณีนี้จะเป็นกรณีที่มีเกจวัดแรงดันที่ใช้ในเครื่องฉีดน้ำแรงดันสูง
ในแรงดันที่เต้นเป็นจังหวะอย่างรวดเร็ว เช่น การวางเกจโดยปั๊มแบบลูกสูบ โดยทั่วไปจะใช้ข้อจำกัดของรูเพื่อลดความผันผวนของแรงดันและให้การอ่านค่าโดยเฉลี่ย สิ่งนี้จะเพิ่มอายุการใช้งานของเกจโดยการละเว้นการสึกหรอที่ไม่จำเป็นบนเฟืองของเกจ การสึกหรอเป็นเรื่องปกติของเกจเมื่อเวลาผ่านไป
ความสำคัญ
เกจวัดแรงดันมีความสำคัญในหลายอุตสาหกรรม เช่น การผลิต กระบวนการทางเคมี และ HVAC เพื่อให้แน่ใจว่าระบบทำงานภายในมีระดับแรงดันที่ปลอดภัย และเพื่อตรวจจับสิ่งผิดปกติหรือความผิดปกติอื่นๆ ตัวอย่างเช่น ในโรงงานแปรรูปสารเคมี Pressure gauge จะใช้ในการตรวจสอบระดับแรงดันของถัง ท่อ และภาชนะเพื่อป้องกันการรั่วไหลหรือการระเบิด ในระบบ HVAC เกจวัดแรงดันช่วยรักษาระดับแรงดันที่เหมาะสมเพื่อการทำงานที่มีประสิทธิภาพและปลอดภัย
สรุป
โดยสรุปแล้ว เ
กจวัดแรงดันเป็นเครื่องมือวัดความดันที่จำเป็นสำหรับทุกคนที่ทำงานกับเครื่องจักรที่เกี่ยวข้องกับแรงดันของเหลวหรือก๊าซ สามารถช่วยป้องกันอันตรายจากความปลอดภัยและทำให้มั่นใจได้ว่าเครื่องจักรของคุณทำงานได้อย่างถูกต้อง การทำความเข้าใจวิธีการทำงานของมาตรวัดแรงดัน ประเภทต่างๆ ที่มี และการใช้งานสามารถช่วยให้คุณเลือกเกจวัดแรงดันได้ตรงตามความต้องการ ดังนั้น ครั้งต่อไปที่คุณเจอเกจวัดแรงดัน จำไว้ว่ามันไม่ใช่แค่อุปกรณ์ที่มีหน้าปัดเล็กๆ และมีเข็มแต่มันเป็นเครื่องมือสำคัญที่ช่วยให้คุณและเครื่องจักรของคุณปลอดภัย
