تماس بگیرید

Deghat Gostar Tajhiz
|
ترانسمیتر فشار
ترانسدیوسر فشار
گیج فشار دیجیتال
HandPump
PiloTREK
MicroTREK
MicroTREK
NIVOCAP
NIVOCAP
NIVOPRESS
KELLER Level Prob
NIVOTRACK
NIVOFLIP
EasyTREK
EasyTREK
EchoTREK
EchoTREK
NIVOFLOAT
NIVOCONT
NIVOMAG
NIVOPOINT
NIVOSWITCH
NIVOCONT
NIVOROTA
NIVOCAP CK

آنچه در این مطلب می خوانید

ترنسدیوسر KELLER

1- کاربرد های سنسور فشار

سنسور فشار

سنسور فشار کاربردهای فراوانی در صنعت دارد. به همین دلیل انواع مختلف این سنسور با گستردگی مشخصه‌های بسیار وسیع به تولید می‌رسند و عرضه می‌شوند. انتخاب نوع سنسور فشار بر اساس محل کاربرد آن و بسته به اینکه آیا در محلی با شرایط خشن و سخت یا با خورندگی بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد یا در تجهیزات پزشکی یا ابزارهای متحرک، می‌تواند متفاوت باشد. در این مطلب قصد داریم تا به معرفی ساز و کار سنسور فشار پرداخته و انواع مختلف آن و اصول کار هر کدام را شرح دهیم.

انتخاب یک سنسور فشار، انتخاب از بین طیف وسیعی از تکنولوژی‌ها، پکیج‌ها و سطوح عملکرد و ویژگی‌های مختلف است تا در نهایت خواسته‌های متنوع مهندسان برای اندازه‌گیری دقیق فشار برآورده شود. مثال‌هایی از موارد مختلف کاربرد سنسور فشار به صورت زیر است:

  • اندازه‌گیری فشار گاز درون یک تانک مانند مخزن کمپرسور های صنعتی صنعتی
  • اندازه گیری سطح یا حجم مایع توسط اندازه‌گیری فشار در کف مخزن
  • اندازه‌گیری اختلاف فشار در دو نقطه مختلف از سیستم به عنوان ابزاری برای اندازه‌گیری و پایش  (Flow) مربوط به مایعات یا گازها
  • اندازه‌گیری فشار بارومتری (Barometric) که همان تغییر در فشار اتمسفری با تغییر شرایط آب و هوایی یا تغییر ارتفاع است و در ایستگاه‌های هواشناسی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

2- فشار چیست؟

فشار عبارت است از حاصل تقسیم نیرو بر سطح (). در واحد SI، اگر فشاری به اندازه یک نیوتون بر سطحی به اندازه یک متر مربع وارد شود، فشاری برابر با یک نیوتون بر متر مربع اعمال شده است. تمام انواع سنسورهای فشار حاوی یک مکانیزم یا ساختار هستند که متناسب با نیروی اعمالی واکنش نشان می‌دهند. سه نوع مختلف از فشار وجود دارد که می‌توان آن‌ها را اندازه‌گیری کرد: فشار گیج (Guage)، فشار مطلق و فشار اختلافی.

سنسور پیزورزستیو شرکت KELLER
6LHP backd
PD 10L Compressed
7L.croped

1-2- فشار گیج یا نسبی (PR - Relative)

فشار گیج فشاری است که نسبت به فشار اتمسفری محیط اندازه‌گیری می‌شود. این مقدار می‌تواند برای فشارهای بالاتر از فشار اتمسفری مثبت و برای فشارهای پایین‌تر از فشار اتمسفری منفی باشد. یک سنسور فشارسنج گیج دارای دو پورت است و سنسور به عنوان یک واسط بین فشار مرجع و فشار مطلوب قرار می‌گیرد. یک کاربرد معمول سنسورهای فشارسنج‌ گیج، اندازه‌گیری سطح مایعات در مخزن‌های دریچه‌دار با استفاده از اختلاف فشار هیدرواستاتیک و فشار اتمسفری محیط است.

فشار گیج

2-2- فشار مطلق یا خلاء (PAA - Absolute)

سنسورهای فشار مطلق، اندازه‌گیری را نسبت به صفر (خلأ) انجام می‌دهند. این سنسورها دارای یک پورت برای ورود و اعمال فشار روی عنصر اندازه‌گیری فشار هستند و یک تغییر مثبت روی خروجی با دامنه‌ای متناسب با فشار اعمالی تولید می‌کنند. این روش برای کاربردهایی که در آن‌ها فشار اتمسفری اندازه‌گیری می‌شود (مثلا به منظور تعیین ارتفاع)، مفید خواهد بود. سنسور فشار مطلق همچنین در تجهیزاتی مفید است که در ارتفاعات مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنجایی که فشار اتمسفری با ارتفاع تغییر می‌کند، فشار‌سنج گیج یک مقدار دقیق ارائه نمی‌دهد. سنسور فشار مطلق در سیستم‌های پایش فشار تایر ماشین و به منظور بهینه‌سازی عملکرد آن نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مطلقjpg

3-2- فشار PA - Sealed Gauge

ساختار این سنسور به این شکل است که با فشار 1atm یعنی فشار هوا در ساحل آبهای آزاد صفر می شود. بنابراین هموراه فشاری معادل با 1 اتمسفر در محفظه ای در پشت سنسور محبوس می باشد

4-2- فشار اخلافی یا تفاضلی (PD - Differential pressure)

سنسورهای فشار اختلافی طرز کاری مشابه با سنسورهای گیج دارند و مقدار اختلاف فشار بین دو نقطه را اندازه می‌گیرند. اما در این مورد، نقطه مرجع یکی از نقاط در خود سیستم است. این نقطه مرجع توسط طراح سیستم مشخص می‌شود. تغییر در مقدار خروجی بسته به اینکه فشار نقطه مورد نظر نسبت به مرجع بزرگ‌تر یا کوچک‌تر باشد، مثبت یا منفی خواهد بود. دامنه مقدار خروجی متناسب با مقدار اختلاف فشار بین دو نقطه است. به عنوان مثال، سنسورهای فشار اختلافی گاهی برای آشکارسازی اختلاف فشار در طرفین یک دستگاه به کار می‌روند. این سنسورها معمولا برای پایش جریان هوا در تجهیزات تهویه مطبوع هوا (Heating, Ventilating, and Air Conditioning) یا HVAC مورد استفاده قرار می‌گیرند.

فشارسنج نوع اختلافی

3- ساختار سنسورهای فشار

ساختار سنسور را تا حدی اصول عملکرد آن (مطلق، گیج و اختلافی) تعیین می‌کند. یک سنسور فشار مطلق ممکن است به‌ صورتی طراحی شود که بسته به موقعیت نصب (روی بُرد یک مدار یا تابلو (Panel))، به فشار اعمال شده از طرف بالا یا طرف پایین پاسخ دهد. به عنوان مثال، ساخت یک پورت برای ورود فشار از طرف بالا ممکن است سنسور را در معرض خطراتی مانند صدمات فیزیکی یا آلودگی توسط غبار و رطوبت قرار دهد. برای غلبه بر این مشکل، سنسوری با ورودی از سمت پایین انتخاب می‌شود. شکل زیر مقایسه این دو ساختار را با یکدیگر نشان می‌دهد.

فشار سنج مطلق در دو نوع ورودی فشار از بالا و ورودی فشار از پایین

4- سنسور فشار، ترانسدیوسر یا ترانسمیتر؟!!

ذکر این نکته بسیار مهم است که سنسور فشار یک واژه عمومی برای توصیف تجهیزات اندازه‌گیری فشار است. اما بسته به طراحی مدار الکتریکی متناظر، ممکن است این عنصر سنسور یا ترانسدیوسر یا ترانسمیتر باشد. المان اندازه‌گیری که وظیفه شناسایی و اندازه‌گیری تاثیرات فشار وارده را بر عهده دارد، خروجی‌ را تولید می‌کند که نمی‌تواند مستقیما در یک مدار الکتریکی (مانند یک سیستم مبتنی بر میکروکنترلر) مورد استفاده قرار گیرد. پاسخ فیزیکی باید به یک سیگنال الکتریکی تبدیل شود و سپس یک مدار کاندیشنر یا حالت دهنده سیگنال (Signal Conditioner) مورد نیاز است تا سیگنالی مناسب و قابل استفاده به دست آید.

5- سنسور فشار

ولتاژ خروجی یک سنسور فشار متناسب با فشاری است که به آن وارد می‌شود. اصطلاح سنسور معمولا به المان فیزیکی که فشار را تشخیص می‌دهد، اشاره می‌کند. سنسورهای فشار نصب شده بر روی برد به صورت پکیجی (Packaged) موجود هستند، اما نیاز است مهندس طراح کالیبراسیون، جبران‌ساز دمایی و تقویت کننده مناسب را به صورت جداگانه در نظر بگیرد. گاهی پیش می‌آید که واژه سنسور به اشتباه به جای ترانسمیتر و ترانسدیوسر نیز به کار برده می‌شود.

سنسور فشار KELLER

6- ترانسمیتر فشار

ترانسمیتر فشار بسیار شبیه به ترانسدیوسر فشار است، با این تفاوت که به جای سیگنال ولتاژ، سیگنال جریانی از طریق یک بار با امپدانس پایین تولید می‌کند. و سیگنال خروجی با قدرت بالا تر و قابل انتقال در فواصل طولانی تر ایجاد می کند. به طور معمول، اندازه جریان خروجی در محدوده 4 تا 20 میلی آمپر قرار دارد که یک مقدار استاندار صنعتی است. اما انواع خروجی ولتاژی نیز وجود دارد که بر مبنای 0-10 ولت 0 تا 5 ولت و 0.5 تا 4.5 ولت ، سیگنال خروجی را ارسال می کنند. توجه کنید که در کاربردهای متحرک، ترانسمیتر می‌تواند منجر به کاهش شارژ باتری شود، خصوصا زمانی‌ که به طور مداوم در انتهای گستره (Range) فشار خود مورد استفاده قرار گیرد.

اختصاص سنسورهای فشار مطلق در موقعیت‌هایی که استفاده از آن‌ها لزومی ندارد، یک مشکل بسیار رایج است؛ زیرا اکثر تجهیزات صنعتی می‌توانند از سنسورهای فشار گیج استفاده کنند. بنابراین بسیار مهم است که قبل از انتخاب نوع سنسور فشار از الزامات تجهیزات به خوبی مطلع باشیم تا یک انتخاب موثر، دقیق و مقرون‌ به صرفه انجام دهیم.

ترانسمیتر فشار keller
ترانسمیتر فشار KELLER

7- اصول کاری یک سنسور فشار

یک سنسور فشار براساس عکس‌العمل فیزیکی در مقابل فشار اعمالی کار می‌کند. این سنسور تغییرات نسبی حاصل را به صورت الکتریکی اندازه می‌گیرد و برای این هدف از پدیده‌هایی مانند تغییر در ظرفیت خازنی، تغییر در مقاومت اهمی یک استرین‌گیج یا کرنش‌سنج (Strain Gauge) و عنصر پیزوالکتریک استفاده می‌کند. تمام این تغییرات متناسب با دامنه انحراف پس از اعمال فشار هستند. مولفه‌های مهمی مانند گستره اندازه‌گیری، تناسب با محیط، اندازه فیزیکی، توان مورد نیاز و نوع ملزومات اندازه‌گیری فشار می‌توانند راهنمای موثری برای مهندسان طراح باشند.

1-7- سنسور فشار خازنی

سنسور فشار خازنی شامل یک خازن است که دارای یک صفحه صلب (Rigid) و یک دیافراگم انعطاف‌ پذیر به عنوان الکترود است. مساحت این الکترودها ثابت بوده، در نتیجه ظرفیت خازنی متناسب با فاصله بین الکترودها تغییر می‌کند. فشاری که باید اندازه‌گیری شود به سمت دیافراگم انعطاف پذیر اعمال می‌شود. در نتیجه انحراف به وجود آمده باعث تغییر در ظرفیت خازنی می‌شود و می‌توان آن را توسط یک مدار الکتریکی اندازه‌گیری کرد. شکل زیر اصول کاری یک فشار‌سنج خازنی را نشان می‌دهد.

سنسور فشار خازنی

2-7- سنسورهای فشار استرین‌گیج

در یک سنسور فشارسنج استرین‌گیج، فویل یا استرین‌گیج‌های سیلیکونی به صورت یک پل وتسون (Wheatstone bridge) چیده شده‌اند. پل وتسون در واقع روشی برای تبدیل تغییر مقاومت به تغییر ولتاژ است. استرین‌گیج به نوعی از دیافراگم متصل شده است که هنگام اعمال فشار منحرف می‌شود. این انحراف موجب تغییر در مقاومت استرین‌گیج خواهد شد. سپس سیگنال حاصل توسط مدار پل وتسون اندازه‌گیری، تقویت و پردازش می‌شود. توجه کنید که اهمیت این کار به این دلیل است که در کاربردهای عملی تغییر مقاومت بسیار ناچیز است و نویز و اغتشاش زیادی وجود دارد. حال خروجی مناسب (جریان در ترانسمیتر و ولتاژ در ترانسدیوسر) تولید می‌شود. در شکل زیر، دیاگرام سنسور فشار استرین‌گیج نشان داده شده است.

سنسور فشار استرین گیج

3-7- سنسور‌های فشار پیزورزیستیو

المان اندازه‌گیری پیزورزستیو (Piezoresistive) نیز می‌تواند در قالب یک پل تعبیه شود. شکل زیر نشان می‌دهد که المان اندازه‌گیری در یک سنسور فشار نوع پل چگونه به یک دیافراگم منعطف متصل شده‌ است تا مقاومت مطابق با دامنه انحراف دیافراگم تغییر کند. خطی بودن سنسور به پایداری دیافراگم در طول بازه اندازه‌گیری و نیز خطی بودن استرین گیج و عناصر پیزورزیستیو بستگی دارد.

سنسور پیزورزیستیو

از آنجا که شرکت مهندسی دقت گستر تجهیز به عنوان نماینده انحصاری کمپانی KELLER در ایران تامین کننده ترانسمیتر و ترانسدیوسر های پیزورزستیو می باشد؛ در مطلبی مجزا، با عنوان اساس کار سنسور های پیزورزستیو ، به صورت مبسوط صحبت شده است.
سنسور فشار KELLER

4-7- سنسورهای ممز (MEMS)

معمولا یک سنسور فشار پیزورزیستیو یا خازنی، مانند اکثر تجهیزات یا ماژول‌های الکترونیکی، به عنوان یک قطعه نسبتاً بزرگ آماده کار تصور می‌شود، اما همیشه این طور نیست. یک مکانیزم اندازه‌گیری فشار خازنی یا پیزو را می‌توان روی سیلیکون نیز پیاده‌سازی کرد که به آن‌ها سیستم‌های میکرو الکترومکانیکی (Micro Electro Mechanical System) یا MEMS می‌گویند. تجهیزات MEMS که نه‌تنها سنسورهای فشار بلکه سنسور حرکت و موقعیت و میکروفون‌های سیلیکونی را شامل می‌شوند، بسیار کوچک، پایدار و مقرون به‌ صرفه هستند و در مواردی کاربرد دارند که فضا و هزینه محدود است؛ مانند موبایل‌ها و تجهیزات اینترنت اشیا (IOT).

آنچه در این مطلب خواندید

0 0 رای ها
رتبه بندی
اشتراک
اطلاع دهید
0 دیدگاه
بازخوردهای درون خطی
مشاهده همه نظرات