فشارسنج (Barometer)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
فشارسنج (Barometer) :
فشارسنج یا بارومتر دستگاهی است که به طور خاص برای اندازه گیری فشار اتمسفر (فشار هوا) طراحی شده است. این وسیله کاربرد گسترده ای در هواشناسی برای پیش بینی وضع هوا و همچنین در تعیین ارتفاع از سطح دریا (ارتفاع سنجی) دارد. دو نوع اصلی فشارسنج وجود دارد: جیوه ای و آنروئیدی (فلزی).
فشارسنج جیوه ای (Mercury Barometer): اولین بار توسط توریچلی ساخته شد. یک لوله شیشه ای بلند (حدود ۸۵ سانتی متر) که یک سر آن بسته است، کاملا از جیوه پر شده و سپس در یک مخزن جیوه وارونه قرار می گیرد. جیوه در لوله تا ارتفاعی حدود ۷۶ سانتی متر (در سطح دریا) پایین می آید و بالای آن خلاء توریچلی ایجاد می شود. ارتفاع ستون جیوه (
\[ h \]) متناسب با فشار هوا است:
\[ P_{atm} = \rho_{Hg} g h \]. این نوع فشارسنج بسیار دقیق است اما به دلیل سمیت جیوه و شکنندگی، امروزه کمتر در کاربردهای عمومی استفاده می شود.
\[ P_{atm} = \rho_{Hg} g h \]فشارسنج آنروئیدی (Aneroid Barometer): از یک محفظه فلزی انعطاف پذیر و تا حدی تخلیه شده (خلاء نسبی) تشکیل شده است. با تغییر فشار هوا، دیواره محفظه خم می شود. این خمش توسط یک سیستم اهرمی تقویت شده و به عقربه منتقل می شود. این نوع فشارسنج کوچک، قابل حمل و ایمن است، اما دقت آن کمتر از نوع جیوه ای است و نیاز به کالیبراسیون دوره ای دارد. حسگرهای فشار مدرن MEMS (که در تلفن های هوشمند و دستگاه های GPS یافت می شوند) در واقع نوعی فشارسنج آنروئیدی هستند که با تکنولوژی نیمه هادی ساخته شده اند.
کاربردهای فشارسنج:
هواشناسی: فشار پایین معمولا نشانه هوای نامساعد (طوفان، باران) و فشار بالا نشانه هوای صاف و پایدار است. تغییرات فشار در طول زمان برای پیش بینی بسیار مهم است.
هوانوردی و کوهنوردی: ارتفاع سنج ها (altimeters) در هواپیماها و ساعت های مخصوص کوهنوردی در واقع فشارسنج هایی هستند که ارتفاع را از روی کاهش فشار با افزایش ارتفاع محاسبه می کنند. رابطه ارتفاع با فشار تقریبا به صورت
\[ P = P_0 e^{-h/H} \]است که
\[ H \]مقیاس ارتفاع (حدود ۸ کیلومتر) است.
کالیبراسیون: فشارسنج های جیوه ای به عنوان مرجع برای کالیبراسیون سایر سنسورهای فشار استفاده می شوند.
در فشارسنج های دیجیتال مدرن، از سنسورهای پیزومقاومتی یا خازنی MEMS استفاده می شود که خروجی الکتریکی دیجیتال (مثلا I²C) دارند. این سنسورها بسیار کوچک، کم مصرف و دقیق هستند و می توانند علاوه بر فشار، دما را نیز اندازه گیری کنند. کالیبراسیون این سنسورها با مقایسه با یک فشارسنج مرجع در دماهای مختلف انجام می شود.
