فشار هوا چیست؟ نحوه اندازه گیری فشار جو

فشار هوا به نیرویی گفته می شود که مولکول های گاز موجود در جو زمین، به سطوح مختلف وارد می کنند. هرچند این پدیده به طور مستقیم قابل مشاهده نیست، اما اثرات آن در زندگی روزمره نمایان است و نقش کلیدی در صنایع گوناگون مانند خودروسازی، مهندسی پزشکی، نفت و گاز، ساختمان سازی و حتی کشاورزی ایفا دارد. آشنایی با ابزارهایی مانند مانومتر، بارومتر و انواع گیج فشار و نحوه اندازه گیری آن در افزایش ایمنی، بهره وری و کیفیت محصولات صنعتی اهمیت بسیاری دارد.

واحدهای اندازه گیری فشار هوا چیست؟

واحد رایج اندازه گیری فشار هوا میلی بار (mbar) است، اما بسته به زمینه علمی یا صنعتی، واحدهای دیگری نیز برای سنجش فشار به کار می روند که هرکدام ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارند. از جمله مهم ترین واحدهای رایج اندازه گیری فشار هوا عبارتند از:

• پاسکال
• بار
• میلی متر جیوه
• اتمسفر
• PSI

پاسکال (Pa)

پاسکال واحد استاندارد فشار در سیستم بین المللی (SI) است. این واحد به میزان فشاری که نیرویی معادل یک نیوتن به صورت عمود بر سطحی به مساحت یک متر مربع وارد می کند، تعریف می شود. به دلیل کوچک بودن مقدار آن، معمولاً از مضرب های بزرگ تر مانند کیلوپاسکال یا هکتوپاسکال در کاربردهای عملی استفاده می شود.

بار (bar)

بار یکی از متداول ترین واحدهای اندازه گیری فشار در صنعت است، که معادل 100,000 پاسکال می باشد. این واحد در ابزارهایی مانند گیج های فشار و تجهیزات صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد مشاهده می شود و اغلب به جای واحد پاسکال به کار می رود.

میلی متر جیوه (mmHg)

میلی متر جیوه بر پایه ارتفاع ستون جیوه در ابزارهایی مانند بارومتر تعریف می شود. این واحد فشار یک ستون جیوه به ارتفاع یک میلی متر را نشان می دهد و در پزشکی برای اندازه گیری فشار خون کاربرد دارد.

اتمسفر (atm)

اتمسفر از جمله واحدهای کلاسیک و پرکاربرد در فیزیک و شیمی است که برای مقایسه فشارها در شرایط استاندارد استفاده می شود. یک اتمسفر برابر با فشار وارد شده توسط ستونی از جیوه به ارتفاع حدود 760 میلی متر، یا دقیق تر، 101325 پاسکال است.

PSI (پوند بر اینچ مربع)

PSI که مخفف Pounds per Square Inch است، میزان نیرویی را نشان می دهد که به هر اینچ مربع از سطح وارد می شود. این واحد بیشتر در کشورهای انگلیسی زبان رایج است و در صنایع مختلفی از جمله سیستم های پنوماتیک، کمپرسورها، و تجهیزات هیدرولیکی کاربرد دارد. برای مثال فشار باد تایر خودرو معمولاً بر حسب PSI اندازه گیری می شود.

عوامل مؤثر بر فشار جو چیست؟

فشار اتمسفر یا فشار هوا همواره مقدار ثابتی ندارد و تحت تأثیر شرایط محیطی مختلف، دچار نوسان می شود. از مهم ترین عواملی که باعث تغییر فشار هوا در نقاط مختلف زمین می شوند می توان اشاره کرد:

• ارتفاع از سطح دریا
• دمای هوا
• میزان رطوبت
• حرکت توده های هوا

ارتفاع از سطح دریا

یکی از تأثیرگذارترین عوامل بر فشار هوا، ارتفاع است زیرا با افزایش فاصله از سطح دریا، چگالی مولکول های هوا کاهش می یابد و هوا رقیق تر می شود. بنابراین در ارتفاعات مانند مناطق کوهستانی، فشار هوا به مراتب کمتر از نواحی پایین تر یا مناطق ساحلی خواهد بود.

دمای هوا

افزایش دما باعث می شود مولکول های هوا انرژی بیشتری گرفته و با فاصله بیشتری از هم قرار بگیرند. این پراکندگی مولکولی باعث کاهش چگالی هوا و در نتیجه تغییر فشار می شود. در هوای گرم با اینکه مولکول ها پرانرژی هستند، اما فشار وارده بر سطح می تواند کاهش یابد یا توزیع متفاوتی داشته باشد.

میزان رطوبت

رطوبت هوا به مقدار بخار آبی گفته می شود که در جو وجود دارد. وقتی رطوبت افزایش پیدا می کند، برخی مولکول های سنگین تر مانند نیتروژن و اکسیژن با بخار آب جایگزین می شوند. به دلیل اینکه مولکول های آب سبک تر هستند، افزایش رطوبت باعث کاهش چگالی و در برخی شرایط، کاهش فشار می شود.

حرکت توده های هوا

جابجایی هوا در جو زمین ناشی از اختلاف فشار بین دو ناحیه است که هرچه این اختلاف بیشتر باشد، سرعت و شدت باد نیز افزایش می یابد. بنابراین حرکت توده های هوا به دلیل اختلاف فشار است که این حرکت می تواند به تغییر فشار در مناطق مختلف منجر شود.

فشار هوا را چگونه اندازه گیری می کنند؟ (7 روش)

اندازه گیری فشار هوا به کمک ابزارهایی خاص انجام می شود که بسته به نوع فشار (فشار مطلق، نسبی یا خلأ) و دقت مورد نیاز، متفاوت هستند. از جمله مهم ترین ابزارهای اندازه گیری فشار هوا شامل موارد زیر می شوند:

• مانومتر
• ارتجاعی
• دمپر
• لوله بوردون
• کپسولی
• دیافراگمی

مانومتر (Manometer)

مانومتر یکی از ابزارهای پایه ای و درعین حال مؤثر برای اندازه گیری فشار گاز یا مایع در داخل تجهیزات، لوله ها یا مخازن کاربرد دارد. مانومتر از یک لوله شیشه ای خم شده به شکل U تشکیل شده است که درون آن مایعی مانند جیوه یا آب ریخته می شود. یکی از سرهای این لوله به محیط آزاد یا مرجع متصل است و سر دیگر آن به سیستم مورد بررسی متصل می شود. زمانی که فشار وارد می شود، اختلاف سطح مایع در دو بازوی لوله شکل می گیرد که نشان دهنده میزان فشار در سیستم است. این اختلاف ارتفاع، مبنای خواندن مقدار فشار خواهد بود و بسته به نوع مانومتر، می توان فشار نسبی، مطلق یا خلأ را اندازه گیری کرد.

فشارسنج های ارتجاعی (Elastic Pressure Gauges)

این فشارسنج از مکانیزم هایی مانند لوله بوردون، دیافراگم یا کپسول استفاده می کند که در اثر تغییر فشار، تغییر شکل می دهد. این تغییر شکل به صورت مکانیکی به یک عقربه منتقل شده و عدد فشار خوانده می شود که به دلیل سادگی و دقت بالا، در صنایع مختلفی کاربرد دارد.

دمپر (Dead Weight Tester)

دمپر یکی از دقیق ترین تجهیزات برای کالیبراسیون فشار است که بیشتر در محیط های آزمایشگاهی کاربرد دارد. ساختار آن شبیه آکاردئون طراحی شده و با وارد شدن فشار، منبسط می شود که مقدار جا به جایی آن متناسب با میزان فشاری است که اعمال شده است.

لوله بوردون (Bourdon Tube)

لوله بوردون در اشکال مختلفی مانند C، مارپیچ و حلزونی ساخته شده و زمانی که فشار به داخل لوله وارد می شود، شکل اولیه لوله تغییر کرده و باز یا بسته خواهد شد. این تغییر شکل باعث حرکت یک مکانیزم داخلی می شود که در نهایت به حرکت عقربه و نمایش میزان فشار روی صفحه منجر می گردد.

گیج فشار کپسولی (Capsule Pressure Gauge)

در این ابزار از یک کپسول فلزی انعطاف پذیر استفاده می شود که با تغییر فشار هوا، تغییر شکل می دهد که این تغییر شکل باعث حرکت عقربه در صفحه نمایش می شود. گیج کپسولی برای اندازه گیری فشارهای پایین مناسب است و در سیستم های تهویه یا خلأ کاربرد دارد.

گیج فشار دیافراگمی (Diaphragm Gauge)

در این نوع گیج یک دیافراگم نازک بین دو محفظه قرار می گیرد و برای محیط هایی با سیالات خورنده یا گازی مناسب است. با تغییر فشار، دیافراگم خم شده و این تغییر مکان به صورت مکانیکی یا الکتریکی اندازه گیری می شود.

کاربردهای فشار هوا در صنایع مختلف

فشار هوا یکی از منابع انرژی رایج و مهم در صنایع مختلف است و در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، تولیدی و خدماتی نقش حیاتی دارد. به برخی از کاربردهای مهم فشار هوا در صنایع مختلف عبارتند از:

خودروسازی

فشار هوا در صنعت خودروسازی برای راه اندازی ابزارهای پنوماتیک مانند آچار بادی، پیچ گوشتی و رنگ پاشی بدنه با پیستوله بادی کاربرد دارد. همچنین در خطوط تولید، سیستم های پنوماتیک برای جابه جایی و مونتاژ قطعات به کار می روند و در بخش کنترل کیفیت، از فشار هوا برای تست نشتی قطعات استفاده می شود.

ساخت وساز

در صنعت ساخت وساز، فشار هوا در فرآیندهای عمرانی مانند بتن ریزی یا کار با ابزارهای پنوماتیکی استفاده می شود. یکی از کاربردهای رایج آن، استفاده از جت فن ها در پارکینگ مجتمع های مسکونی و تجاری است که با بهره گیری از جریان هوای فشرده، به تهویه فضاهای بسته کمک کرده و هوای آلوده را به بیرون هدایت می کند.

نفت و گاز

در پالایشگاه ها که فشار زیاد اما جریان هوای نسبتاً کم مورد نیاز است، از کمپرسورهای پیستونی استفاده می شود. این نوع کمپرسور با تولید هوای فشرده با فشار بالا، در اجرای عملیات حساس صنعتی مانند تأمین انرژی ابزارها، راه اندازی سیستم های کنترل پنوماتیکی و انتقال سیالات نقش حیاتی دارد. مقاومت بالا، قابلیت تولید فشار زیاد و عملکرد دقیق، این کمپرسورها را به گزینه ای ایده آل در صنایع نفت و گاز تبدیل کرده است.

دارویی

در صنعت داروسازی، کنترل شرایط محیطی و حفظ پاکیزگی هوا اهمیت بسیار بالایی دارد. به همین دلیل برای تأمین هوای فشرده مورد نیاز در فرآیندهای تولید، بسته بندی و انتقال مواد، از کمپرسورهای باد بی صدا و بدون روغن استفاده می شود. کمپرسورهای اویل فری، هوای فشرده تمیز و پایدار تولید می کنند که با استانداردهای بهداشتی سخت گیرانه این صنعت مطابقت دارد.

کارخانه ها

فشار هوا یکی از ارکان اساسی در صنایع و کارخانه ها محسوب می شود که در بخش های مختلف تولید، کنترل و اتوماسیون نقش حیاتی ایفا می کند. در کارخانه ها از سیستم های پنوماتیک برای به حرکت درآوردن ماشین آلات، کنترل خطوط تولید و جا به جایی مواد استفاده می شود. فشار هوا در سیستم های بسته بندی، رنگ پاشی، تمیزکاری تجهیزات و حتی در کنترل کیفی محصولات کاربرد دارد. همچنین بسیاری از کارخانه ها از کمپرسورهای هوا برای تأمین انرژی سیستم های کنترلی، شیرهای اتوماتیک و ربات های صنعتی استفاده می کنند.

جمع بندی

فشار جو نیرویی حیاتی در طبیعت و صنعت است که بر اساس عوامل متعددی مانند ارتفاع، دما، رطوبت و موقعیت جغرافیایی تغییر می کند. برای اندازه گیری این فشار، ابزارهای متنوعی مانند مانومتر، گیج فشار دیافراگمی و بوردونی طراحی شده اند که هر در صنایع مختلفی از جمله نفت و گاز، ساخت و ساز، خودروسازی و انواع کمپرسور کاربرد دارد.

سوالات متداول

اختلاف فشار چه تأثیری روی آب و هوا دارد؟

اختلاف فشار باعث حرکت توده های هوایی می شود که منجر به وزش باد و بارندگی می شود. مناطق کم فشار معمولاً بارندگی بیشتری دارند، اما مناطق پرفشار با هوای خشک و صاف همراه هستند.

منظور از هوای کم فشار چیست؟

هوای کم فشار به مناطقی گفته می شود که تراکم هوای کمتری دارد که این مناطق اغلب با هوای گرم، مرطوب و ناپایدار همراه است و می تواند منجر به طوفان و بارش شود.

منظور از هوای پرفشار چیست؟

در مناطق پرفشار هوای سرد و فشرده به سمت پایین حرکت می کند که این وضعیت باعث آسمان صاف، دمای پایین تر و شرایط جوی پایدار می شود.

چرا با افزایش ارتفاع فشار کاهش پیدا می کند؟

با بالا رفتن از سطح دریا، تراکم مولکول های هوا کاهش می یابد و در نتیجه فشار نیز کمتر می شود؛ به همین دلیل در ارتفاعات بالا، هوا رقیق تر بوده و تنفس دشوارتر است.