پرشین ابزار | تامین و تجهیز و تعمیرات ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی

ترانسمیتر فشار | سنسور فشار

همانطور که می‌دانید، امروزه صنعت به یکی از مهم‌ترین نیازهای بشریت تبدیل شده است. صنعت در حوزه‌های مختلف، نیازمند ابزار آلات و دستگاه‌های مختلفی می‌باشد تا در همان بخش، پیشرفت‌های مناسبی حاصل شود. در صنایع الکترونیکی، دستگاهی وجود دارد به نام ترانسیمتر که بدون شک، یکی از مهم‌ترین دستگا‌ه‌ها، در این حوزه است. ترانسیمتر‌ها انواع متفاوتی دارند که با توجه به نوع خود، هرکدام کارایی خاصی دارند. با ما در گروه پرشین ابزار همراه باشید تا با انواع این دستگاه و کارایی‌های آن آشنا شوید.


ترانسیمتر فشار یا سنسور فشار چیست؟

واژه ترانسمیتر از نظر لغوی به معنای ترکیب دو کلمه ترانسفر (به انگلیسی: Transfer) و متر (به انگلیسی: Meter) می‌باشد. در واقع این دستگاه یک فرستنده است که باید مقدار، کیفیت یا کمیت یک وسیله فیزیکی را اندازه‌گیری کند (در واقع Metering انجام دهد) و آن را به مکانی دیگر که در واقع اتاق کنترل است، منتقل کند (عملیات Transfer انجام شود). این انتقال از طریق سیگنال‌ها انجام می‌شود که در واقع می‌تواند جریان، ولتاژ یا هر سیگنال دیگری باشد.


ساختار ترانسمیتر فشار

ترانسمیترها معمولا از سه بخش اصلی تشکیل می‌شوند. بخش‌های این دستگاه عبارتند از: تقویت کننده، مبدل یا همان ترنسدیوسر، اندازه‌گیر یا همان محاسبه‌گر. اگر قصد کالیبره کردن این دستگاه را داشته باشید، بهتر است بدانید که ورودی‌ها و خروجی‌های آن، با توجه به جدول‌هایی که از طرف تولید کننده آن ایجاد شده است، قابلیت تنظیم و تغییر را دارد. به طور کلی دو راه برای کالیبره کردن این دستگاه وجود دارد.
در روش اول، پتانسیومترهای Span و Zero که روی تجهیز طراحی شده است، بکارگیری می‌شود و کالیبره کردن انجام خواهد شد. اما در روش دوم، باید تجهیز ترانسمیتر به یک کامپیوتر متصل شود و از طریق نر‌م‌افزاری که برای تجهیز آن طراحی شده است، عملیات کالیبره کردن، صورت بگیرد.


انواع ترانسمیتر فشار

ترانسمیترها بر اساس نوع سیگنالی که دارند، تقسیم‌بندی می‌شوند. به طور کلی این دستگاه به سه نوع تقسیم می‌شود که در این بخش به معرفی انواع آن، می‌پردازیم:


ترانسمیترهای آنالوگ

این دسته از ترانسمیترها، اغلب به صورت الکترونیکی تولید شده‌اند. این موضوع بدین معناست که ترانسمیترهای آنالوگ، سیگنالی تولید می‌کنند که می‌تواند از نوع ولتاژ یا جریان باشد. سپس میزان حجم سیگنال، بیان‌گر اندازه‌گیری دستگاه است که البته به آن، کمیت کنترل هم گفته می‌شود. این دستگاه‌های آنالوگ، در واقع فقط از یک نوع سیگنال برای طبقه‌بندی و برقراری ارتباط استفاده می‌کنند. رایج‌ترین نوع سیگنالی که در این دستگاه‌ها استفاده می‌شود، جریان 4 الی 20 میلی آمپر است که باعث می‌شود میزان جریان پایینی، از طریق سیم‌ها و با توجه به اندازه‌گیری فیزیکی، ارسال شود. در این استاندارد، اگر میزان جریان ارسالی برابر با 4 میلی آمپر باشد، بیانگر پایین‌ترین حد ممکن یا همان LRV است. اما اگر میزان جریان ارسالی برابر با 20 میلی آمپر باشد، یعنی اندازه‌گیری در بالاترین حد خود قرار داد و وارد محدوده URV شده است.


ترانسمیترهای پنوماتیک

یک سیگنال پنوماتیک که در واقع به متغیر فرآیند مربوط است، توسط ترانسمیترهای پنوماتیک، خروجی داده می‌شود. امروزه کارخانه‌ها و سایر گروه‌های صنعتی بزرگ، از سیگنال پنوماتیک بین 3 الی 15 psig استفاده می‌کنند. همانطور که مشخص است، محدوده LRV یا پایین‌ترین حد سیگنال به 3 psig مربوط است و در مقابل، 15 psig بیان‌گر بالاترین محدوده یا URV می‌باشد.
بهتر است بدانید که این دسته از ترانسمیترها، معمولا در مناطق محروم و دور افتاده‌ای استفاده می‌شود که در آنجا دسترسی به برق، کار آسانی نیست. البته ابزار آلات و دستگاه‌های الکترونیکی که در اواخر قرن 20 توسط متخصصان اختراع شد، تا حد زیادی توانست هزینه‌های مرتبط با راه‌اندازی سیم سیگنال الکتریکی را کاهش دهد. بنابراین، یک کارخانه دیگر نیازی به راه‌اندازی لوله‌های هوای تحت فشار نداشت و به راحتی می‌توانست از این سیم‌ها استفاده کند. دقیقا همین موضوع سبب شد تا رفته رفته از محبوبیت ترانسمیتر‌های پنوماتیک و سایر دستگاه‌هایی که از این سیگنال استفاده می‌کنند، کاسته شود.


ترانسمیترهای دیجیتال

ترانسمیترهای دیجیتال، توانایی این را دارند که به راحتی سیگنال دیجیتالی تولید کنند. با این روش به راحتی می‌توانید ترانسمیتر را با سایر دستگاه‌ها، ترکیب کنید. لازم است بدانید که ترانسمیترهای دیجیتال، ویژگی تشخیص دیوایس را افزایش می‌دهند و به نوعی باعث می‌شوند که کنترل پروسه اندازه‌گیری و خود دستگاه، آسان‌تر از قبل باشد. این دستگاه‌های دیجیتالی، می‌توانند سیگنال‌ها را در مقادیر مجزا و سطوح مختلف، که هر کدام از آن‌ها روش خاصی دارند، ترکیب کنند. این کار باعث می‌شود تا در نهایت، متغیرهای فرآیند در کنار سایر اطلاعات مانند اطلاعات تشخیصی، منتقل شود. به دلیل اینکه ترانسمیترهای دیجیتالی، سیگنال‌هایی که تولید می‌کنند را به طریق مختلف ترکیب می‌کنند، از پروتکل‌های مختلفی مانند HART و Fieldbus استفاده می‌کنند. با توجه به اینکه این ترانسمیترها، شامل ریزپردازنده‌های داخلی هستند و به کمک این ریزپردازنده‌ها، پردازش سیگنال راحت‌تر انجام می‌شود و قابلیت تشخیص آن بالاتر می‌رود، می‌توانیم از آن‌ها به عنوان یک وسیله هوشمند یاد کنیم.


ترانسمیترهای الکترونیکی

این دسته از ترانسمیترها، با توجه به تعداد سیم‌هایی که در جهت تامین توان ترانسمیتر دارند، تقسیم‌بندی می‌شوند. ترانسمیترهای الکترونیکی، به گروه‌های 2 سیم، 3 سیم و 4 سیم، تقسیم‌بندی می‌شوند. در ترانسمیترهای الکترونیکی، معمولا 4 دسته از متغیر‌ها اندازه‌گیری می‌شوند. این 4 گروه عبارتند از:
• دما
• فشار
• سطح
• سطح جریان
البته علاوه بر این موارد، گاهی اوقات لازم است ترکیبات و اجزای مختلف شیمیایی نیز، مورد تجزیه و تحلیل قرار بگیرد. بر همین اساس، ترانسمیترهای فشار، دما، سطح و جریان، اغلب مواقع در صنایع فرآیندی هم، مورد استفاده قرار می‌گیرند.


ترانسمیترهای فشار

این گروه از ترانسمیترها، معمولا در بحث اندازه‌گیری فشارهای فرآیند یا پروسه، بکارگیری می‌شوند. اما خود این گروه نیز، شامل گروه‌های مختلفی می‌‎‌شود که عبارتند از: ترانسمیترهای فشار مطلق، ترانسمیترهای فشارسنج، ترانسمیترهای فشار دیفرانسیل،


ترانسمیترهای سطح

همانطور که از نام این دسته پیداست، ترانسمیترهای سطح، باید سطح یک ماده جامد یا مایع را که در یک فضای یا ظرف است را، اندازه‌گیری کنند. ترانسمیترهای سطح، شامل گروه‌های: سطح پیوسته و سطح نقطه‌ای، سطح رسانا، سطح التراسونیک، سطح پنوماتیک و ... می‌شوند.


ترانسمیترهای دما

ترانسمیترهای دما در واقع یک سنسور دما و یک فرستنده دارند. در واقع سنسور دما یک سیگنال را مانند RTD یا همان ترموکوپل، به فرستنده می‌دهد. سپس دما با توجه به همان سیگنال محاسبه می‌شود و در نهایت به صورت یک سیگنال دیگر بین 4 الی 3 میلی‌آمپر، برای کنترلر یا همان گیرنده، ارسال می‌شود. ترانسمیترهای دما شامل گروه‌های: ترانسمیترهای دما مدل ترموکوپل و ترانسمیتر دما مدل RTD می‌شوند.


ترانسمیترهای جریان

در واقع ترانسمیترهای جریان، در راستای نمایش و اندازه‌گیری جریان بکار گیری می‌شوند. این دستگاه‌ها، به کمک سنسوری که دارند، جریان و فرستنده را می‌توانند در یک قطعه ترکیب کنند. میزان سیگنال جریانی که ارسال می‌شود، بین 4 الی 20 میلی آمپر خواهد بود که در واقع بیان‌گر تغییرات، در جریان فرآیند است. ترانسمیتر وسیله‌ای است که یک سیگنال را به اتاق کنترل ارسال می‌کند. این دستگاه که شامل مدل‌های مختلفی می‌‎شود، امروزه در صنایع مختلفی مورد استفاده قرار می‌‎گیرد که در هرکدام از آن‌ها، کارایی خاصی دارد. 

 

سنسور فشار چیست؟ چگونه سنسور فشار مناسب انتخاب کنیم؟

به هر ابزاری که بتواند فشار را تشخیص دهد سنسور فشار می‌گویند، به این صورت که سنسور فشار، اطلاعات فشار را جمع آوری کرده و تبدیل به یک سیگنال الکتریکی می‌کند. چنین محصولی با عناوین مختلفی تحت عنوان ترانسدیوسر فشار و ترانسمیتر فشار در بازار عرضه می‌شود اما تفاوت‌هایی بین آن‌ها وجود دارد که در ادامه توضیح خواهیم داد. سنسور فشار از جمله تجهیزات ابزار دقیق است که در صنعت کاربرد بسیاری دارد، انواع مختلفی ازین ابزار با مشخصه‌های گوناگون در بازار عرضه می‌شود. حال بر اساس محل کاربرد می‌توان انتخاب‌های متفاوتی برای این سنسور داشت، زیرا سنسوری که در شرایط سخت و خشن مورد استفاده قرار می‌گیرد با سنسوری که در تجهیزات پزشکی یا ابزارهای متحرک استفاده می‌شود می‌تواند متفاوت باشد. 


ترانسدیوسر فشار

ترانسدیوسرهای فشار مانند سنسورهای فشار، عمل تبدیل مقادیر فشار به سیگنال ولتاژ خروجی را انجام می‌دهد، که این خروجی متناسب با تغییر فشار در حد چند میلی‌ولت یا چند ولت می‌باشد.

 

ترانسمیتر فشار - سنسور فشار

ترانسمیتر فشار همانند یک ترانسدیوسر فشار عمل می‌کند، با این تفاوت که به جای سیگنال ولتاژ، سیگنال جریانی از طریق یک بار با امپدانس پایین را ایجاد می‌کند. در این ابزار معمولا ، اندازه جریان خروجی در محدوده 4 تا 20 میلی آمپر قرار دارد که یک مقدار استاندار صنعتی می‌باشد

 

نحوه عملکرد سنسور فشار

سنسور فشار قابلیت تبدیل فشار مکانیکی ورودی در مایعات یا گازها را به سیگنال خروجی الکتریکی داراست. مبدل فشار شامل یک عنصر حساس به فشار است که می تواند فشار اعمال شده را اندازه گیری، تشخیص یا نظارت کند. یک سنسور فشار، فشار را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. سنسورهای فشار صنعتی از اثر پیزوالکتریک استفاده می‌کنند که شامل فشار سنج‌های فویل فلزی است که بر روی دیافراگم نصب شده‌اند. با تغییر فشار، دیافراگم تغییر شکل می‌دهد و باعث می‌شود مقاومت در استرین‌گیج‌ها تغییر کند و این امکان را می‌دهد که تغییرات فشار به صورت الکتریکی اندازه‌گیری شود.

 

انواع فناوری های سنجش فشار و اصول کار آنها

انواع فن‌آوری‌های سنجش فشار وجود دارد که می‌توانند فشار را به یک سیگنال الکتریکی قابل اندازه‌گیری و استاندارد تبدیل کنند.

• سنسور فشار مقاومتی یا پیزومقاومتی:

سنسورهای فشار مقاومتی از تغییر در مقاومت الکتریکی یک کرنش سنج متصل به دیافراگم (که به عنوان عنصر خمشی نیز شناخته می‌شود) که در معرض محیط فشار قرار دارد، استفاده می‌کنند. سنسورهای فشار پیزومقاومتی دارای حساسیت بالایی هستند، این سنسورها دارای استحکام بالا و همچنین مقاومت در برابر حرارت بالا هستند. اما سیگنال خروجی آنها ضعیف می‌باشد.

• سنسور فشار خازنی:

حسگرهای فشار خازنی از دیافراگمی استفاده می‌کنند که با فشار اعمال شده منحرف می‌شود تا خازن متغیری برای تشخیص کرنش ناشی از فشار اعمال شده ایجاد کند. با اعمال فشار، نیروی خارجی دیافراگم را فشرده می‌کند و مقدار خازن کاهش می‌یابد. با آزاد شدن فشار، دیافراگم به شکل اولیه خود باز می گردد و ظرفیت خازنی به دنبال دارد. در اکثر مواقع از دیافراگم‌های سرامیکی، فلزی و یا سرامیکی و سیلیکونی استفاده می‌شود. ظرفیت خازن را می توان برای ارائه خوانش دقیق فشار کالیبره کرد. حسگرهای خازنی، که تغییر ظرفیت خازنی را با انحراف یک صفحه تحت فشار اعمال شده نشان می‌دهند، می‌توانند بسیار حساس بوده و بارهای اضافه زیادی را تحمل کنند.

• سنسور فشار پیزوالکتریک:

حسگرهای فشار پیزوالکتریک از خواص مواد پیزوالکتریک مانند سرامیک یا کوارتز متالیز شده برای تولید پتانسیل الکتریکی بر روی سطح هنگامی که ماده تحت فشار مکانیکی و ایجاد فشار قرار می‌گیرد، استفاده می‌کند. مقدار بار متناسب با بار اعمال شده است و قطبیت با جهت نیرو تعیین می‌شود. پتانسیل الکتریکی با تغییر فشار به سرعت انباشته و از بین می‌رود و امکان اندازه‌گیری فشارهای دینامیکی با تغییر سریع را فراهم می‌کند.