تحقیق انواع فشارسنج و کاربرد آنها، - دانلود رایگان
دانلود رایگان
دانلود رایگان تحقیق انواع فشارسنج و کاربرد آنها،
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