انواع سنسور فشار کدام اند؟

در کنترل اکثر فرآیندهای صنعتی، اندازه گیری فشار بسیار مهم در نظر گرفته می شود. سنسور فشار اطلاعات فشار را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. اکثر سنسورهای فشار، تغییر شکل دیافراگم را با توجه به اختلاف فشار اعمال شده در هر دو جهت اندازه گیری می کنند.

تولیدکنندگان از عناوین مختلفی برای چنین محصولاتی استفاده می کنند. «سنسور فشار» و «مبدل فشار» را می توان به عنوان مترادف و معادل استفاده کرد. اصطلاح "فرستنده فشار" برای سنسور فشار مجهز به قطعات الکترونیکی استفاده می شود که آن را قادر می سازد سیگنال خروجی استانداردی را ارائه دهد. در این مقاله به تفصیل در مورد سنسور فشار صحبت خواهیم کرد و سعی می کنیم هر آنچه که باید در مورد سنسور فشار بدانید را به شما بگوییم.

 
سنسور فشار چیست؟

سنسور فشار یک اصطلاح چتری است که برای توصیف هر وسیله ای که می تواند فشار را تشخیص و یا اندازه گیری کند استفاده می شود. همراه با "ابزار فشار" این رایج ترین اصطلاح است.ما در اینجا در مورد سوئیچ های فشار هوا صحبت نمی کنیم، اما از نظر فنی حتی آن سوئیچ ها سنسور فشار هستند. لازم به ذکر است که وقتی از این اصطلاح استفاده می کنیم، منظور یک ابزار اندازه گیری پیوسته است که سیگنالی را منتشر می کند که به یک واحد اندازه گیری خاص در یک مقیاس یا محدوده خاص (مثلا 0-500 psi) کالیبره شده است.

سنسور فشار چگونه ساخته می شود؟

بیایید نگاهی گذرا به طراحی و عملکرد سنسور فشار بیاندازیم. سنسور فشار از محل اتصال فشار در نقطه اندازه گیری پیچ می شود. عنصر حسگر فشار، فشار موجود را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. الکترونیک پایین دست این سیگنال را تقویت و استاندارد می کند.

سیگنال استاندارد شده از طریق یک لینک الکتریکی برای ارزیابی سیگنال ارسال می شود. اکنون می بینیم که چگونه اجزای جداگانه در منطقه تولید کنار هم قرار می گیرند. در مرحله اول اتصال فشار به عنصر سنسور فشار جوش داده می شود. در یک برنامه اندازه گیری فشار، سنسور فشار از طریق یک پورت فشار به نقطه اندازه گیری متصل می شود. عنصر حسگر فشار موجود را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.

پس از نصب PCB، این الکترونیک سیگنال سنسور را تقویت و استاندارد می کند. اکنون تنها چیزی که مورد نیاز است اتصال الکتریکی مورد نیاز بین سنسور و PCB است. این مجموعه مونتاژ شده پیش تنیده (فورجینگ خودکار) است. برای اطمینان از پایداری فشار طولانی مدت، فشاری خارج از محدوده فشار بیش از حد به این سنسور فشار اعمال می شود.در مرحله بعد،  بدنه نصب می شود. بدنه از تجهیزات الکترونیکی در برابر تأثیرات مکانیکی و محیطی محافظت می کند. به منظور بهبود خوانایی و دوام برچسب محصول، سنسورهای فشار دارای علامت لیزری هستند. این کار در یک مرحله با جوش بدنه انجام می شود. سپس اتصال برق نصب می شود. برای انتقال سیگنال استاندارد، برای ارزیابی سیگنال در دستگاه ها استفاده می شود.

در طول تنظیم فشار، آزمایش ولتاژ بالا به طور همزمان برای بررسی راندمان انجام می شود. تجهیزات داخلی پر از تجهیزات اضافی است. اسناد تجهیزات، مانند دستورالعمل های عملیاتی و گزارش های آزمایش کالیبراسیون، گنجانده شده است. در نهایت با چسباندن برچسب بسته بندی، سنسور فشار اکنون آماده ارسال است.

انواع سنسور فشار

هنگام انتخاب سنسور فشار، شناخت سه نوع فشار ضروری است که هر کدام مربوط به نسخه های مختلف سنسور می باشد. اکثر سنسورهای فشار، تغییر شکل دیافراگم ناشی از فشار وارد شده به آن را اندازه گیری می کنند و دانستن این موضوع بسیار مهم است. از آنجایی که دیافراگم دارای دو طرف است، فشار دوم به طرف دیگر وارد می شود.تغییر شکل اندازه گیری شده (انحراف) نتیجه اختلاف فشار بین دو طرف مختلف دیافراگم است.

سنسورهای فشار بر اساس "فشار مرجع" به سه دسته تقسیم می شوند که باید در نظر گرفته شود:

1- فشار مطلق:
با سنسور فشار مطلق، طرف دیگر دیافراگم در خلاء است و تغییر شکل آن دقیقاً مربوط به فشار اندازه گیری شده است.
2- فشار نسبی:
در یک سنسور فشار نسبی، طرف دیگر دیافراگم در معرض فشار اتمسفر است، بنابراین تغییر شکل آن به اختلاف فشار اندازه‌گیری شده و فشار اتمسفر (محیط) مربوط می‌شود.
3- فشار دیفرانسیل:
در سنسور فشار دیفرانسیل، دو ورودی مجزا برای هر طرف دیافراگم وجود دارد. بنابراین تغییر شکل آن به اختلاف فشار بین این دو ورودی مربوط می شود.

کاربرد و انتخاب سنسورهای فشار مطلق

تفاوت بین یک سنسور فشار مطلق و یک سنسور فشار نسبی در این است که یک سنسور فشار مطلق فشار را نسبت به فشار مرجع، که خلاء است، اندازه گیری می کند، در حالی که یک سنسور فشار نسبی، فشار را نسبت به فشار اتمسفر اندازه گیری می کند، به عبارت دیگر، تفاوت بین فشار یک فرآیند و فشار اتمسفر را اندازه گیری می کند.

هنگام انتخاب سنسور، اولین معیار باید نقطه مرجع شما باشد: آیا می خواهید فشار را در مقایسه با فشار اتمسفر بدانید یا خیر؟
سنسور فشار مطلق تنها سنسوری است که می تواند فشار اتمسفر را اندازه گیری کند، بنابراین می توان از آن برای اندازه گیری فشار هوا استفاده کرد.از جمله کاربردهای آنها اندازه گیری ارتفاع بر اساس تغییر فشار اتمسفر در هنگام تغییر ارتفاع است.

فشار اتمسفر به دلیل تغییرات آب و هوایی می تواند تا 30 میلی بار (30 میلی بار) تغییر کند و اگر ارتفاع سنسور تغییر کند (متغیر بین سطح دریا و 2000 متر)، می تواند تا 200 میلی بار (200 میلی بار) نیز تغییر کند. بنابراین، سنسور فشار نسبی ممکن است خطای اندازه گیری داشته باشد و فشارهای مختلفی را برای فشار معین به دلیل تغییرات فشار اتمسفر اندازه گیری کند. برای فشارهای بالا این خطا ناچیز است، اما برای فشارهای پایین قابل توجه است. بنابراین در این حالت بهتر است از سنسور فشار مطلق استفاده کنید.

کاربرد و انتخاب سنسورهای فشار نسبی (متر).

تفاوت بین سنسور فشار مطلق و سنسور فشار نسبی را فراموش نکنید. سنسور فشار مطلق فشار را نسبت به فشار خلاء مرجع اندازه گیری می کند و سنسور فشار نسبی نسبت به فشار اتمسفر اندازه گیری می کند. در واقع سنسورهای فشار نسبی تفاوت بین فشار فرآیند و فشار اتمسفر را اندازه گیری می کنند.

هنگام انتخاب سنسور، اولین معیار باید نقطه مرجع شما باشد: آیا می خواهید تفاوت فشار فرآیند و فشار اتمسفر را بدانید؟ سنسور فشار نسبی زمانی استفاده می شود که بخواهد تأثیر فشار اتمسفر بر اندازه گیری را حذف کند.به عنوان مثال، هنگامی که از سنسور فشار برای اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک مایعات (برای اندازه گیری سطح مایعات) استفاده می شود، از آنجایی که سطح مایع داخل مخزن نیز در معرض فشار اتمسفر است، سنسور فشار نسبی فقط امکان اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک را فراهم می کند. فشار و تأثیر متغیرها بر فشار اتمسفر را حذف می کند.

کاربرد و انتخاب سنسورهای فشار دیفرانسیل

سنسور فشار دیفرانسیل دارای دو پورت فشار ورودی است که زمانی استفاده می شود که بخواهیم اختلاف فشار بین دو نقطه را بدانیم. به عنوان مثال، می توان از آن برای کاربردهایی استفاده کرد که دبی با استفاده از افت فشار محاسبه می شود.

کدام فناوری سنسور فشار را انتخاب کنیم؟

هنگامی که نوع فشار مورد نیاز برای اندازه گیری را تعیین کردید، می توانید بر روی فناوری حسگر تمرکز کنید.

سنسور فشار پیزورزیستیو

در یک سنسور فشار پیزومقاومتی، فشار بر عنصر حسگر نیرو وارد می کند و منجر به تغییر در مقاومت آن می شود. سنسورهای فشار پیزورزیستیو دارای حساسیت بالا، مقاوم و همچنین مقاومت حرارتی بالایی هستند. اما سیگنال خروجی آنها ضعیف است.

سنسور فشار پیزوالکتریک

در سنسور فشار پیزوالکتریک، فشار بر عنصر سنسور که از مواد پیزوالکتریک ساخته شده است، نیرو وارد می کند و در نتیجه منجر به تولید ولتاژ در این عنصر می شود.این سنسورها می توانند محدوده اندازه گیری بسیار وسیع و همچنین مقاومت حرارتی بسیار خوبی داشته باشند. اما سیگنال خروجی آنها ضعیف است و در مقایسه با سنسورهای مقاومت پیزو دقت و صحت کمتری دارند.

سنسور فشار خازنی

در سنسور فشار خازنی، دیافراگم یکی از صفحات خازن است. دیافراگم تحت فشار تغییر حالت داده و ظرفیت الکتریکی خازن را تغییر می دهد. این سنسورها دقت و حساسیت بالایی را ارائه می دهند و می توانند فشارهای پایین را در محدوده mbar اندازه گیری کنند. با این حال، این سنسورها هنگام قرار گرفتن در معرض ارتعاش عملکرد خوبی ندارند زیرا ارتعاش اندازه گیری های آنها را نامنظم و ناپایدار می کند.

چگونه سنسور فشار مناسب را انتخاب کنیم؟

پس از تعیین اینکه به کدام یک از سنسورهای فشار مطلق، نسبی یا تفاضلی نیاز دارید و همچنین انتخاب فناوری سنسور فشار خود، مدل مناسب را با توجه به معیارهای زیر انتخاب کنید.

محدوده اندازه گیری (محدوده فشار کاری)

اول از همه، مهم است که سنسوری را انتخاب کنید که محدوده اندازه گیری آن با محدوده فشاری که می خواهید اندازه گیری کنید مطابقت داشته باشد.برای این منظور، متغیرهای فشار را در شرایط عادی و شرایط ممکن در نظر بگیرید.

درجه حرارت

دمای کار نیز مهم است. اکثر سنسورها دارای محدوده عملکردی بین -25 تا 100 درجه سانتیگراد هستند. دمای بسیار بالا یا پایین، گرم یا سرد، معمولاً با محیط های کثیف و گرد و غبار همراه است. دما بر مواد الکترونیکی مورد استفاده در قطعات تأثیر می گذارد. قرار گرفتن در معرض دماهای بسیار بالا یا پایین برای مدت زمان طولانی بالاتر از مشخصات دمای کاری فرستنده فشار، و در مواردی که سنسور دارای رتبه حفاظتی IP یا NEMA مناسبی نباشد، طول عمر سنسور شما را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. همچنین محدودیت های دمای عملیاتی و الزامات IP و NEMA را در نظر بگیرید.

 
چگالی خاص

دانستن وزن مخصوص (چگالی محصول در حال اندازه گیری) برای کالیبراسیون مناسب سنسور و کالیبره کردن خروجی برای سیستم کنترل شما بسیار مهم است. چگالی ویژه مایعات و گازها می تواند با تغییرات دما تغییر کند. از همه تغییرات احتمالی آگاه باشید تا سنسور شما به درستی کالیبره شود.

 
فشار هوا

در سنسورهای فشار با مرجع گیج مهر و موم شده و در محدوده فشار پایین (کمتر از 100 PSI)، تغییرات فشار هوای محیط را کنترل کنید.این می تواند باعث رانش فراتر از دقت تعیین شده سنسور شود. در فشارهای بیشتر از 100 PSI، جابجایی اسمی (کمتر) است و فاکتور مهمی نیست.

سازگاری شیمیایی

سنسورهای فشار گاهی اوقات در محیط های خورنده نصب می شوند. در یک محیط خورنده، آلاینده های گازی مانند آمونیاک، اسید سولفوریک و اسید هیدروکلریک ممکن است وجود داشته باشد. مواد شیمیایی خورنده معمولاً از طریق لوله های نشتی، دود و بخار به تجهیزات حمله می کنند. قطعات الکترونیکی و سیم کشی می توانند خورده شوند و باعث خرابی تجهیزات و از دست رفتن داده های خروجی شوند. پوشش خروجی و سایر قطعات الکترونیکی باید از مواد شیمیایی محافظت شوند. سازگاری شیمیایی صحیح برای سنسور ضروری است.

لرزش

در کاربردهای صنعتی سنگین و پیچیده معمولاً ارتعاشات قوی رخ می دهد. یک مبدل فشار در معرض ارتعاشات قوی، بدون حفاظت کافی، می تواند به طور کامل آسیب دیده و از بین برود. حفاظت ضد لرزش معمولاً شامل پوشاندن قطعات الکترونیکی حسگر با اپوکسی برای جلوگیری از تخریب فیزیکی است. این کار اضافی فقط در صورت نیاز انجام می شود زیرا کار کارخانه را برای سرویس سنسور مشکل می کند.

محیط های پرخطر

مناطق خطرناک مناطقی هستند که به دلیل وجود هوا، گاز و ترکیبات گرد و غبار قابل احتراق احتمال انفجار در آنها وجود دارد. اگر سنسور فشار شما در مکانی خطرناک نصب می‌شود، مطمئن شوید که تأییدیه‌های صحیح (IECE و ATEX و غیره) را دارد و برای جلوگیری از موقعیت‌های خطرناک، علامت‌ها با کاربرد مطابقت دارند.

سیگنال خروجی

سیگنال خروجی سنسور فشاری که انتخاب می کنید باید با حلقه اندازه گیری یا کنترل شما مطابقت داشته باشد.

ترکیب و نصب

آخرین معیار مهم انتخاب ترکیب سنسور و نحوه نصب آن در نقطه مورد نظر است. اکثر سنسورها برای نصب آسان روی لوله ها، مخازن و غیره با رزوه طراحی شده اند.همچنین برخی از سنسورها با اتصال فلنجی برای اتصال به فرآیند تولید می شوند.

گنجاندن سنسور فلاش دیافراگمی نیز مزایای خود را دارد.در این پیکربندی، دیافراگم سنسور همسطح با دیواره لوله است که از مشکلات گرفتگی ناشی از تجمع مواد در محیط‌های غیر جریان (جریان) جلوگیری می‌کند. این حسگرها برای مایعات حاوی عناصر جامد به ویژه در صنایع غذایی بسیار مفید هستند.در این مقاله، برخی از موارد اساسی را که باید هنگام انتخاب سنسور فشار در نظر بگیرید،بررسی کرده ایم.هر یک از این حوزه ها می تواند به تنهایی یک مقاله مفصل باشد. اگر تصمیمات درستی در مورد برنامه خود بگیرید، تضمین می‌کنید که سنسور شما برای سال‌های زیادی عملکرد رضایت‌بخشی خواهد داشت.

  کلام آخر 

اتوماسیون صنعتی صنعت تک مجموعه ای تخصصی از آموزش، معرفی و فروش تجهیزات اندازه گیری فشار شامل ترانسمیتر فشار، سوئیچ فشار و فشار سنج است که به مشتریان خود کمک می کند تا سنسور یا فرستنده مناسب را به راحتی تشخیص دهند.