کاربرد سنسور فشار در صنایع غذایی

کاربرد سنسور فشار در صنایع غذایی چیست؟ در صنایع غذایی بعد از دما، فشار یکی از مهمترین پارامترهایی است که باید کنترل شود. بنابراین یکی از مهم‌ترین ابزارهای اندازه‌گیری در صنعت غذا، سنسور فشار می‌باشد. در پست‌های قبلی در علم فود در مورد سنسورهای دمایی در صنایع غذایی صحبت کردیم. در این مطلب قصد داریم در مورد سنسورهای فشار صحبت کنیم. تا پایان این مطب با ما همراه باشید.

 

مفهوم فشار

فشار مجموعه ای از برخورد مولکول‌ها به سطح است که در فیزیک به صورت نیروی وارد بر سطح تعریف می‌شود. به‌طورکلی دونوع فشار داریم :

فشار استاتیک :

نیرویی است که به صورت عمودی بر روی یک سطح وارد می شود. این فشار زمانی که سیال ساکن باشد کاربرد دارد.

در این فرمول p فشار استاتیک، ρ چگالی سیال و h ارتفاع سیال است.

فشار دینامیک :

این نوع فشار بر اثر حرکت سیالات ایجاد می‌شود. به کمک این فشار می توانیم به صورت غیر مستقیم سرعت را اندازه گیری کنیم. اهمیت فشار دینامیک زمانی است که بخواهیم از فشار سیال برای به حرکت درآوردن یک جسم جامد استفاده کنیم

که در آن P فشار دینامیکی و ρ چگالی سیال و V سرعت سیال است.

 

انواع فشار در صنایع غذایی

فشار را می توانیم به 3 شکل بیان کنیم :

1)فشار مطلق (absolute pressure) :

فشار واقعی در هر نقطه را فشار مطلق می‌گویند که نسبت به «خلأ مطلق» (absolute vacuum) سنجیده می‌شود. این مفهوم به ما یادآوری می‌کند که برای اندازه‌گیری هر مقداری نیاز به یک پایه و مرجع داریم که بر اساس آن اندازه‌گیری را انجام دهیم. در مورد فشار مطلق این مرجع همان خلأ مطلق است. در واقع فشار مطلق فشاری است که در آن حتی یک مولکول گاز هم وجود ندارد.

فشار اتمسفر + فشار نسبی = فشار مطلق

 

2)فشار گیج(gauge pressure):

اختلاف فشار یک سیال با فشار انمسفری را فشار گیج می‌گویند. به این نوع فشار، فشار نسبی نیز گفته می‌شود.

 

3)فشار افتراقی(differential pressure):

این نوع فشار برای بیان اختلاف بین 2 فشار مطلق به کار می‌رود. درواقع اگر 2 نقطه از فشار سیال را اندازه گیری کنیم به اختلاف فشار آنها فشار افتراقی میگویند .

 

 

سنسورهای فشار در صنایع غذایی

از سنسورهای فشار در صنایع غذایی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد :

فشار سنج مانومتری :

این نوع سنسور فشار، به‌صورت لوله‌ای U شکل است و درون آن با موادی مثل جیوه یا آب پر شده است. در مورد فشارسنج‌های مانومتری که با آب پرشده اند این نکته حائز اهمیت است که به دلیل تبخیر آب و دیده نشدن در لوله، این لوله ها را رنگ می‌کنند تا این مشکل برطرف گردد.
این نوع سنسور فشار سه حالت وجود دارد:

• اگر به یک سر لوله فشار وارد کنیم سردیگر باز باشد اختلاف  فشار ایجاد شده نسبی خواهد بود.
• اگر یک سر لوله فشار وارد کنیم و سر دیگر بسته باشد و هوای درون آن هم تخلیه شده باشد اختلاف فشار مطلق خواهد بود.
• اگر لوله را به یک نقطه از یک سیال یا سیال های متفاوت وصل کنیم ، فشار افتراقی دست می آید.

به طور کلی سیالات مورد استفاده درون مانومتر شامل جیوه، آنیلین، بروموفرم، تتراکلرید کربن و روغن ترانسفورماتور می باشد.

 

معایب اندازه‌گیری با سنسور فشار مانومتری :

• خواندن فشار از رو آن‌ها سخت و مشکل است زیرا سطح جیوه درون آن صاف نیست و ممکن است ایجاد خطا کند.
• ممکن است در اندازه گیری فشار مطلق با ابن نوع سنسور فشار خطا ایجاد شود زیرا احتمال تخلیه نشدن هوا به طور کامل وجود دارد.

اشکال مانومترها :

• U شکل
• چشمه‌ای
• مایل

 

 

 

مانومترهای مکانیکی

در این نوع سنسور فشار با ایجاد تغییر فشار، تغییر شکل در مانومتر ایجاد میشود. تغییرات فشار در این دستگاه حتماً باید در یک دامنه الاستیک باشد زیرا فشار خیلی زیاد می‌تواند به این دستگاه آسیب بزند.
مانومترهای مکانیکی به 2 نوع فشارسنج‌های دیافراگمی و فشارسنج‌های Bellows تقسیم می‌شوند.

• سنسور فشار دیافراگمی :

همانطورکه در شکل زیر مشاهده می‌کنید، زمانی که دیافراگم به سمت بالا حرکت می‌کند، به اهرم فشار وارد کرده و عقربه فشار سنج شروع به حرکت می‌کند. هرچه سطح دیافراگم بیشتر باشد( با اینکه سطح ثابت است) به‌دلیل افزایش نیرو، حساسیت سنسور فشار نیز افزایش می‌یابد. این نوع سنسور فشار برای اندازه‌گیری فشارمطلق تا 50bar،  اندازه‌گیری فشار نسبی تا 2000bar و اندازه‌گیری فشار افتراقی تا 2.5bar کاربرد دارد.

جنس دیافراگم :

• stainless steel : در صنعت غذا از این جنس دیفراگم برای سنسور فشار دیافراگمی استفاده می‌شود.
• آلیاژهای فلزی
• پلاستیک
• سرامیک : برای محیط اسیدی

 

 

سنسور فشار  Bellows :

ویژگی‌های این سنسورفشار شامل موارد زیر می‌باشد :

• شامل یک لوله شیاردار از جنس یک فلز یا آلیاژ فلز
• معمولا برای اندازه‌گیری فشار گازها کاربرد دارد
• یا این نوع سنسورفشار، هر 3 نوع فشار نسبی، مطلق و افتراقی قابل اندازه‌گیری می‌باشد.
• دارای حساسیتی بیشتر از فشارسنج‌های دیافراگمی
• دارای هزینه ساخت زیاد
• امکان آسیب دیدن با تغییرات فشار زیاد

 

 

 

لوله فشار بوردن( bourdon pressure gauge)

ویژگی‌های این سنسور فشار شامل موارد زیر می‌باشد:

• از متداولترین و پرکاربردترین فشارسنج‌ها
• نوعی حسگر مکانیکی
• اندازه‌گیری فشار گیج مایعات و گازها
• دارای سطح مقطع بیضی یا مستطیلی

 

مکانیسم عمل لوله بوردن :

لوله بوردن، لوله‌ای هلالی شکل است. وقتی گازی وارد لوله می‌شود، لوله تمایل دارد که سطح مقطع بیضی خود را به سطح مقطع دایره‌ای شکل تبدیل کند. این امر باعث می‌شود لوله هلالی شکل تمایل به صاف شدن پیدا کند. به‌همین دلیل اهرم کشیده شده و عقربه اعداد بالاتری را نشان خواهد داد.

 

 

 

کالیبراسیون حسگرهای فشاری :

جهت کالیبزاسیون سنسورهای فشار به موارد زیر باید توجه نمود :

•  از ابزاری استفاده کنیم که از سنسور فشاری که قصد کالیبراسیون آن را داریم دقیق تر باشد.
• برای فشارهای 0.1mbar – 20 bar  از مانومترهای U شکل برای کالیبراسیون استفاده می‌گردد.
• برای فشارهای بالای 20bar از آلیاژطلا و کروم برای کالیبراسیون استفاده می‌شود.
• برای فشارهای خیلی پایین در محدوده 0.1 تا 0.001 میلی بار از mcleod gauge(گیج فشار مک لئود)  استفاده می‌شود. البته گیج فشار مک لئود را می‌توان برای کالیبراسیون تا فشار 0.0000001 نیز به کاربرد.

 

دوره زمانی کالیبراسیون :

2 نوع دستگاه برای اندازه‌گیری فشار داریم :

• ابزارهایی که پایدارند و در اثر اندازه‌گیری فشار، آسیب نمی بینند و سالی یک بار به کالیبراسیون نیاز دارند. مانند :
  • ابزارهای اندازه‌گیری برای فشار مثل آلیاژ طلا و کروم این ویژگی را دارند و در اثر فشار تنها مقاومت آنها تغییر می کند.
  • مانومترهای U شکل که در اثر فشار، تنها جیوه درون آنها حرکت می‌کند.

• ابزار های مکانیکی و الاستیک، که درمورد این دسته برپایه تجربی، دوره‌ها زمانی کالیبراسیون را به دست می‌آوریم
  • مانند لوله بوردن، فشارسنج های دیافراگمی و بیلوز
  • این گروه به صورت مداوم دارای تحرکات مکانیکی هستند بنابراین نیازمند دوره های زمانی کوتاهتر برای کالیبراسیون می‌باشند.

 

دوره آموزشی متخصص آزمایشگاه مواد غذایی

 

دوست عزیز علم فودی اگر می خوای از دوره های تخصصی که علم فود برگزار میکنه باخبر بشی و کلی مطلب علمی در زمینه صنایع غذایی یاد بگیری علم فود رو در اینستاگرام هم دنبال کن (کافیه روی عکس زیر کلیک کنی تا وارد پیج علم فود بشی):

علم فود