گیج خلا چیست + آشنایی با انواع فشار سنج خلا

در بسیاری از فرآیندهای صنعتی، کنترل دقیق فشار و خلا نقش حیاتی در کیفیت، ایمنی و عملکرد دارد. خلا یا Vacuum، به فشار پایین ‌تر از فشار اتمسفریک اطلاق می شود و برای اندازه‌ گیری آن ابزار دقیقی به نام گیج خلا استفاده می ‌شود. در صنایع داروسازی، خودروسازی، مواد غذایی، نیمه ‌هادی و حتی آزمایشگاه‌ های فیزیک، اندازه ‌گیری دقیق خلا حیاتی است. این مقاله به بررسی کامل پرسش «گیج خلا چیست؟»، آشنایی با انواع گیج خلا از جمله خلا سنج عقربه ای و دیجیتال، تکنولوژی ‌های به‌کاررفته در آنها، و همچنین تعریف و کاربرد «وکیومتر» میپردازد.

گیج خلأ چیست؟

گیج خلأ (Vacuum Gauge) ابزاری برای اندازه ‌گیری میزان فشار پایین ‌تر از اتمسفر (خلأ) است. خلا به معنای فضای بدون مولکول یا با تعداد بسیار کم مولکول است که در آن فشار بسیار پایین میباشد. این ابزار در محیط‌ هایی که کنترل دقیق فشار نیاز است، به‌ کار میرود.

گیج خلا ممکن است به‌صورت آنالوگ یا دیجیتال طراحی شده باشد و در صنایع مختلفی نظیر پتروشیمی، خودروسازی، پزشکی و آزمایشگاهی کاربرد دارد.

فشار مطلق و نسبی؛ مفهومی پایه برای درک گیج خلا

درک تفاوت میان فشار مطلق و فشار نسبی، یکی از مفاهیم کلیدی برای فهم عملکرد گیج خلا و انتخاب نوع مناسب آن است. بسیاری از افراد هنگام خرید یا استفاده از فشار سنج خلا یا گیج وکیوم با این مفاهیم مواجه می شوند ولی تفاوت آ‌نها را به ‌درستی نمی ‌دانند. در این بخش، به‌زبان ساده اما دقیق این مفاهیم را بررسی میکنیم.

فشار اتمسفریک (فشار جو)

در سطح دریا، هوای اطراف ما فشاری معادل حدود 101.3 کیلوپاسکال (kPa) یا 760 میلی ‌متر جیوه    (mmHg)  به هر سطح وارد می کند. به این فشار، «فشار اتمسفریک» گفته می‌ شود و مرجع سنجش بسیاری از ابزارهای اندازه ‌گیری فشار است.

فشار مطلق  (Absolute Pressure)

فشار مطلق به فشاری گفته می شود که نسبت به خلأ کامل (zero reference) اندازه‌ گیری می‌ شود. این نوع فشار، دقیق‌ ترین شکل اندازه‌ گیری فشار است؛ چرا که مرجع آن یک محیط کاملاً بدون فشار (خلأ مطلق) است و تحت تأثیر فشار جو قرار نمی گیرد.

در کاربردهای پیشرفته صنعتی، آزمایشگاهی، فضایی و شیمیایی، استفاده از فشار مطلق به‌دلیل دقت بالا، ضروری است.

به‌صورت ساده:

فشار مطلق = فشار نسبی (Gauge Pressure) + فشار اتمسفریک  (Atmospheric Pressure)

به بیان دیگر، فشار مطلق مجموع فشار واقعی داخل یک سیستم به ‌اضافه فشار جو اطراف آن است. این پارامتر به ‌ویژه در خلأ بالا و فرآیندهای حساس که تغییرات کوچک فشار اهمیت دارند، کاربرد دارد.

فشار نسبی (Gauge Pressure)

فشار نسبی که در زبان انگلیسی به آن Gauge Pressure گفته می‌ شود، یکی از رایج‌ ترین انواع اندازه ‌گیری فشار در صنعت است. این نوع فشار، نسبت به فشار اتمسفریک (فشار محیط اطراف) سنجیده میشود و معمولاً توسط گیج ‌های آنالوگ یا دیجیتال استاندارد اندازه‌ گیری می شود.

انواع گیج خلأ و تکنولوژی‌ های به‌کاررفته

یکی از عوامل کلیدی در انتخاب دقیق و هوشمندانه ‌ی گیج خلا، آشنایی با انواع مختلف آن و فناوری ‌هایی است که در طراحی و ساخت آن ‌ها به‌کار رفته است.

بسته به نوع کاربرد، محدوده فشار مورد نیاز، دقت اندازه ‌گیری، و شرایط محیطی، گیج‌ های خلا در اشکال و تکنولوژی ‌های مختلفی تولید میشوند.

در ادامه به معرفی پرکاربرد ترین انواع گیج وکیوم و تکنولوژی ‌های رایج در آن ‌ها می ‌پردازیم:

گیج خلأ عقربه ای (آنالوگ)

گیج خلأ عقربه ای که با نام‌ های دیگری مانند گیج وکیوم آنالوگ یا فشار سنج خلا عقربه‌ ای نیز شناخته می ‌شود، یکی از متداول ‌ترین و اقتصادی ‌ترین ابزارها برای اندازه‌ گیری فشار منفی (خلأ) در صنعت است. این نوع گیج به‌دلیل طراحی مکانیکی ساده، قیمت مناسب و دوام بالا، در بسیاری از کاربردهای صنعتی و عمومی به ‌کار می رود.

نحوه عملکرد

گیج ‌های عقربه ‌ای معمولاً بر پایه یکی از مکانیزم ‌های مکانیکی زیر ساخته می ‌شوند:

• لوله بوردون (Bourdon Tube): با افزایش یا کاهش فشار، لوله خمیده تغییر شکل داده و عقربه را حرکت می ‌دهد.
• دیافراگم (Diaphragm): فشار باعث حرکت یک صفحه انعطاف‌پذیر می ‌شود که منجر به چرخش عقربه میگردد.
• کپسول (Capsule Element): برای فشارهای پایین و دقیق ‌تر، از کپسول ‌های فلزی با انبساط دو طرفه استفاده میشود.

تمامی این سیستم ‌ها بدون نیاز به برق یا منبع تغذیه عمل می‌ کنند و به همین دلیل بسیار مورد توجه در محیط ‌های صنعتی خشن هستند.

گیج خلأ دیجیتال

گیج خلا دیجیتال یا Vacuum Digital Gauge نسل جدیدی از ابزارهای اندازه‌ گیری فشار منفی است که با دقت بالا، امکانات متنوع و قابلیت ‌های ارتباطی پیشرفته، جایگزین مناسبی برای مدل ‌های عقربه ‌ای در صنایع حساس و مدرن شده ‌اند. این نوع فشار سنج خلا با بهره‌ گیری از تکنولوژی ‌های حسگر پیشرفته، به شما امکان میدهد مقادیر فشار را به ‌صورت عددی، دقیق و با قابلیت ثبت و انتقال داده مشاهده کنید.

نحوه عملکرد

گیج‌ های خلا دیجیتال با استفاده از سنسورهای الکترونیکی کار میکنند که فشار وارد شده را به سیگنال الکتریکی تبدیل کرده و در نهایت روی یک نمایشگر دیجیتال LCD یا LEDنمایش میدهند. سنسورهای مورد استفاده ممکن است یکی از موارد زیر باشند:

• سنسور پیزوالکتریک (Piezoelectric)
• سنسور خازنی  (Capacitive)
• سنسور استرین گیج  (Strain Gauge)
• سنسور حرارتی (Thermal Conductivity)

گیج پیرانی (Pirani Gauge)

گیج پیرانی (Pirani Gauge) یکی از پرکاربرد ترین ابزارهای اندازه ‌گیری فشار در محدوده خلا پایین تا متوسط   (Low to Medium Vacuum) است. این نوع گیج خلا مبتنی بر تغییرات هدایت حرارتی گازها در شرایط فشار پایین طراحی شده و در بسیاری از صنایع، از جمله تولید نیمه ‌هادی ‌ها، تجهیزات پزشکی و سیستم ‌های خلأ صنعتی مورد استفاده قرار میگیرد.

اصول عملکرد گیج پیرانی

در قلب گیج پیرانی، یک سیم حرارتی نازک (معمولاً از جنس تنگستن یا پلاتین) قرار دارد که توسط جریان الکتریکی گرم می ‌شود. در فشارهای بالاتر، گاز اطراف سیم گرمای بیشتری را جذب کرده و دمای سیم کاهش می‌ یابد. در مقابل، با کاهش فشار و نزدیک شدن به شرایط خلا، گاز کمتری برای انتقال حرارت وجود دارد و دمای سیم افزایش می‌ یابد.

این تغییر دما باعث تغییر مقاومت الکتریکی سیم میشود که توسط مدار الکترونیکی اندازه‌ گیری شده و به فشار تبدیل میگردد.

گیج ترموکوپل  (Thermocouple Gauge)

گیج ترموکوپل یکی از انواع پرکاربرد فشار سنج خلا است که برای اندازه ‌گیری فشار در محدوده‌ ی خلا پایین تا متوسط) از حدود 1 Torr تا 10⁻³ (Torr طراحی شده است. این گیج بر اساس اندازه‌ گیری دمای یک المنت حرارتی و تبدیل آن به سیگنال فشار کار میکند. سادگی، قیمت مناسب و عملکرد پایدار، آن را به گزینه ‌ای محبوب برای کاربردهای صنعتی و آزمایشگاهی تبدیل کرده است.

اصول عملکرد گیج ترموکوپل

در ساختار داخلی این گیج، یک المنت فلزی گرم ‌شونده و یک ترموکوپل وجود دارد. هنگامی‌که المنت توسط جریان الکتریکی گرم می ‌شود، گرمای آن به گاز اطراف منتقل می ‌شود. میزان این انتقال گرما به فشار گاز بستگی دارد: هرچه فشار پایین ‌تر باشد، انتقال حرارت کمتر است و دمای المنت بیشتر می ‌شود.

ترموکوپل این تغییر دما را به ولتاژ الکتریکی تبدیل میکند و سیستم الکترونیکی داخلی، آن را به فشار تبدیل کرده و روی نمایشگر دیجیتال (در مدل‌ های پیشرفته) یا به ‌صورت خروجی سیگنال ارائه میدهد.

وکیومتر چیست؟

وکیومتر در واقع یکی دیگر از نام ‌های گیج خلا است که بیشتر در محافل تخصصی یا در زبان انگلیسی به کار میرود. این ابزار نیز وظیفه ‌ی اندازه‌ گیری میزان خلا در یک محیط را دارد. تفاوت اصلی آن با دیگر مدل ‌های گیج خلا در ساختار یا عملکرد نیست، بلکه بیشتر در زبان و بازار مصرف است.

برخی افراد از وکیومتر به ‌عنوان یک دسته‌ ی خاص از خلا سنج ‌ها یاد میکنند که بیشتر در صنایع خودروسازی و سیستم‌ های ترمز خلأ به‌کار میروند.

کاربردهای رایج گیج خلا در صنعت

1. صنعت بسته‌بندی وکیوم

در خطوط بسته ‌بندی مواد غذایی، دارویی و صنعتی، خلا نقش کلیدی در حذف اکسیژن، افزایش عمر محصول و جلوگیری از آلودگی ایفا میکند. گیج خلا عقربه‌ای یا دیجیتال در این سیستم‌ ها برای کنترل دقیق سطح خلا در بسته‌ بندی استفاده می ‌شود.

بدون حضور یک گیج خلا دقیق، کیفیت بسته ‌بندی میتواند به‌شدت کاهش یابد و احتمال فساد یا خرابی محصولات افزایش یابد.

2. تولید نیمه‌ هادی ‌ها و الکترونیک

تولید تراشه ‌ها،  LEDها، صفحات نمایش و قطعات الکترونیکی حساس به رطوبت و گرد و غبار نیازمند شرایط خلا بالا (High Vacuum) است. در این کاربردها از گیج ‌هایی مانند پیرانی یا گیج یونی برای اندازه ‌گیری دقیق خلا استفاده میشود. دستگاه ‌هایی مانند وکیومتر دیجیتال در این صنایع برای ثبت و تحلیل داده‌ ها استفاده می‌ شوند.

3. سیستم‌ های پمپ خلأ صنعتی

در بسیاری از کارخانه‌ ها، از پمپ ‌های خلا برای مکش، انتقال سیالات یا ایجاد فشار منفی استفاده میشود. گیج خلا عقربه‌ ای برای نظارت مداوم بر عملکرد این پمپ ‌ها استفاده شده و خرابی یا افت راندمان را سریعاً هشدار میدهد.

4. صنایع خودرو سازی

در سیستم ‌های ترمز خودروهای مجهز به بوستر ترمز (Vacuum Booster) ، خلا نقشی حیاتی در تقویت نیروی ترمز دارد. تعمیرکاران برای بررسی عملکرد این سیستم از گیج مکش خودرو استفاده میکنند که نوع خاصی از گیج وکیوم است.

5. صنایع داروسازی و پزشکی

در تولید دارو، تجهیزات استریل‌کننده (اتوکلاو)، سانتریفیوژها و سیستم ‌های خلأ بیمارستانی، کنترل دقیق فشار منفی اهمیت حیاتی دارد. گیج ‌های دیجیتال با دقت بالا برای این کاربردها استفاده می شوند.

استفاده از گیج خلا دیجیتال در این موارد امکان پایش لحظه ‌ای و ثبت داده‌ های مربوط به خلا را فراهم میکند.

6. خشک ‌کن ‌های صنعتی و خلأ

در صنایع نساجی، شیمیایی، و غذایی، برای خشک ‌کردن محصولات بدون آسیب حرارتی از خشک‌کن ‌های تحت خلا استفاده می شود. این سیستم‌ ها با کمک فشار سنج خلا دیجیتال یا ترموکوپل کنترل می ‌شوند.

7. صنایع تحقیقاتی و دانشگاهی

در آزمایشگاه ‌های فیزیک، شیمی، مهندسی مواد و پژوهش ‌های پیشرفته، شرایط خلا بسیار بالا موردنیاز است. گیج یونی با دقت فوق ‌العاده بالا در این حوزه استفاده شده و داده‌ ها توسط سیستم ‌های رایانه ‌ای تحلیل می شوند.

8. صنایع نفت، گاز و پتروشیمی

در برخی فرآیند های پالایشگاهی یا خطوط لوله، کنترل فشار خلا برای جلوگیری از انفجار یا نشتی اهمیت زیادی دارد. استفاده از گیج خلا مقاوم در برابر خوردگی با بدنه استیل ضد زنگ در این صنایع رایج است.

9. سیستم ‌های HVAC و تهویه مطبوع

در نصب و سرویس سیستم‌ های سرمایشی و تهویه مطبوع، قبل از شارژ، لازم است خط را وکیوم کرده و فشار خلا را بررسی کرد. در اینجا از خلا سنج عقربه‌ ای یا دیجیتال سبک استفاده می ‌شود.

نتیجه گیری

با توجه به گستردگی کاربردهای گیج خلا در صنایع مختلف، انتخاب ابزار مناسب با شرایط کاربردی، دقت مورد نیاز، نوع خروجی داده و شرایط محیطی بسیار مهم است. یک انتخاب اشتباه می ‌تواند منجر به خرابی تجهیزات، افت کیفیت تولید و حتی خطرات ایمنی شود.

پیشنهاد می ‌شود پیش از خرید، به موارد زیر دقت کنید:

• محدوده فشار قابل اندازه ‌گیری
• دقت و حساسیت دستگاه
• محیط کاری (خوردگی، رطوبت، دما)
• نوع نمایش (دیجیتال یا عقربه‌ای)
• نیاز به ثبت یا انتقال داده

اگر به دنبال یک منبع معتبر برای تهیه این ابزار هستید، پیشنهاد می ‌شود از فروشگاه ‌بانک صنعت، مرجع تخصصی ابزار دقیق بازدید کرده و نسبت به خرید گیج وکیوم، خرید گیج فشار و دما یا فشار سنج خلا دیجیتال مناسب با نیاز خود اقدام نمایید.