נושא : מד לחץ צינור בורדון

בס"ד ‏יום שני 9 ינואר 2023

הקדמה

כל מערך תהליכי בתעשייה מורכב מהמון תתי תהליכים , בכל תתי תהליכים אלו אנו נדרשים לאשר נדרש לנתר פעולתה של המערכת על מנת לוודא שאין דליפה או שינויי פתאומי שישפיעו על ביצועי התהליך. אחד הרכיבים הנפוצים להעברת מידע לטכנאי או למערך ההפעלה המפעלי הינו מד לחץ אנלוגי ,עקרון המדידה של מדי לחץ אלו מבוסס עד ימינו על המצאתו של המהנדס הצרפתי " אז'ן בורדון " בשנת 1849 אשר פיתח את העיקרון מדידה המבוסס על סוג של קפיץ אלסטי הנמתח ומתכווץ בהתאם לשינוי הלחץ , מדי הלחץ הנמצאים בשימוש לא השתנו יותר מידי במשך יותר ממאה שנים אלא מבוצעים בהם שינויים כל הזמן על מנת שיוכלו להתאים לצרכים של יישומים חדשים.

תמונה מספר 1 : שעוני לחץ מחברות שנות עיקרון הפעולה מבוסס על צינור בורדון

מהו "צינור בורדון" ?

זהו צינור דק המכופף בצורה מסוימת ויכול לשנות את צורתו כתלות בלחץ המופעל עליו והקריאה נעשית באמצעות מחוג , מודול האלסטיות שעליה היא מבוססת מספקת תוצאות מדויקות למדי במהלך השנים היה התקדמות מועטה מאוד בטכנולוגיה הבסיסית.
הצינור אלסטי שמתגמש כאשר הוא נתון ללחץ מסוים, תנועה זו מומרת מהקפיץ אל המחוג על ידי חיבור הצינור אל המחוג המצביע על הלחץ.

איך צינור בורדון עובד ?

נקודת המפתח היא שמד לחץ מסוג בורדון הוא שכל צינור מעוקל יתיישר אם נפעיל עליו מספיק לחץ.
לצורך המחשה ניתן להשתמש בדימוי של "צפצפת נחש המוכר מסיבות יום הולדת ,אם ננשוף מספיק חזק הצפצפה תתיישר למצב פתוח ובגמר הנשיפה הצפצפה חוזרת למצב אסוף.

תמונה מספר 2 : צפצפה במצב אסוף ומצב פתוח

למד לחץ המבוסס על צינור בורדון יש צינור בצורה מסוימת שמולחם בקצה אחד לתוך שקע (חיבור למערכת הנמדדת) ואילו צידו השני סגור ואליו מולחם גיר סיבובי עם חוגה, שינוי בלחץ גורם לשינוי בצינור שינוי זה יהיה פרופורציונלי ללחץ המופעל עליו.
בשל מבנהו דיוק המדידה שלהם הינו בין ± 0.1% ל- ± 2.5% מהסטייה בקנה מידה מלא בשל טעויות קריאה מרזולוציית השנתות וגודלו של המחוג.

מבנה שעון לחץ מסוג צינור בורדון

הצינור עליו מתבסס מד הלחץ מתאפשר להכנה מחומרים רבים, אך חיוני שתכונות הקפיץ ישמרו חומר קשה מידי או רך מידי ימנעו את פעולות התקנית של השעון לאורך זמן . חיסום המתכת המתבצע על המתכת המרכיבה את הצינור משפרת את התכונות האלסטיות של החומר, ובכך מאפשר שינויים חוזרים ונשנים למשך זמן ממשוך מבלי להיפגע בתכונות אלו .

לאחר בחירת הצינור וטיפול טרמי (חיסום מתכות) לאחר מכן הוא מועבר דרך סדרה של גלגלים המכופפים אותו לצורה הנדרשת ומשטחים אותו כדי לעצב אותו לצורת סליל. החלל שנוצר בצינור מתרחב ומתכווץ בהתבסס ללחץ העבודה של החומר הנמדד.

חלק מהחומרים הנפוצים המרכיבים את הצינורות כוללים סגסוגות פלדה, נירוסטה, פליז, נחושת ,בריליום וברונזה זרחנית.
לחץ הכניסה יכול להתבצע על ידי כמעט כל חומר , כולל אוויר, מים ושמן. בעוד נירוסטה מתאימה לשמנים כבדים, נחושת בריליום מתאימה ליישומים בלחץ גבוה במיוחד וברונזה זרחתית משמשת ליישומים כלליים שמשתמשים באוויר, מים ואפילו כמה שמנים קלים.

סוגים עיקריים של מדי לחץ וההבלים בניהם

א. צורת C – זהו סוג המבנה של מד הלחץ הנפוץ ביותר , הוא מורכב מצינור כפוף לצורת C התנועה של הC הינה המדידה הפרופורציונלית ללחץ ומשמש ליישומים בלחץ נמוך , המבנה יכול לעמוד בלחץ של 98 אטמוספרות בקירוב.

ב. צורת ספיראלה – מיוצר על יד ליפוף של צינור מתכת שטוחה לספירלה בעלת מספר סיבובים תנועת הקצה של הספירלה שווה לסכום תנועות הקצה של כל קשתות ה C הבודדות שלה. לכן הוא מייצר תנועת קצה גדולה יותר לעומת צורה מסוג C , המבנה מתאים ללחצים של עד 276 אטמוספרות בקירוב.

ג. צורת סליל – מבנה זה מאפשר להמיר את תנועת הקצה לתנועה מעגלית. על ידי התקנת ציר מרכזי בתוך הסליל ולאורך צירו וחיבורו לקצה, תנועת הקצה הופכת לתנועה מעגלית של הציר, המבנה מתאים ללחצים של עד 4,900 אטמוספרות בקירוב.

תמונה מספר 3 : הדגמה של מד לחץ מסוג צינור בורדון בצורת C

יתרונות וחסרונות של מד בורדון

יתרונות

1. יש לקפיץ יכולת חזרה ממושכת על הפעולה.
2. פשטות יחסית לבניה.
3. זולה באופן ייחסי.
4. פשוטים להתקנה ולהחלפה בעת הצורך.

חסרונות

1. שיפוע קפיץ נמוך.
2. רגיש מאוד לזעזועים, רעידות והיסטרזיס.
3. הדיוק עשוי להיות לא מספיק עבור יישומים רבים.
4. תגובה איטית לשינויים בלחץ.

לסיכום

למרות כל יתרונותיו של מד הלחץ מסוג בורדון מומלץ להכיר גם אם החסרונות שלו ולהתאים את מד הלחץ לאפליקציה הנדרשת

1. נתוני החומר ממנו עשוי מד הלחץ.
2. טמפרטורת העבודה של החומר.
3. דיוק המדידה הנדרש.
4. לחץ העבודה המקסימלי שהחומר הנמדד יכול להגיע אליו (במצב קיצון אפשרי).

לצורך הדוגמה

אנו יודעים כי אמוניה תוקפת נחושת בצורה חמורה ועל כן אסור להשתמש בנחושת במערכות המכילות אמוניה על כן שעון המבוסס על נחושת במערכת קירור אמוניה עלול להיות הסיבה העיקרית לדליפה לכן יש לשים לב שכאשר אנו בוחרים את מד הלחץ שהוא מתאים לסוג החומר הנבחר.

בהצלחה