انواع سطوح اندازه‌گیری سنسور فشار
آنچه در این مطلب میخوانید:
ابزار‌های مختلفی برای اندازه‌گیری فشار در صنعت مورداستفاده قرار می‌گیرند که معروفترین آنها ترانسمیتر فشار با سیستم الکتریکی و دقت بالا می‌باشد. چرا که فشار یک کمیت بسیار مهم فرآیندی است و باید در طول کارکرد یک خط تولید پیوسته کنترل شود. باوجوداینکه تمامی این ابزارها برای کنترل فشار مورداستفاده قرار می‌گیرند؛ اما یک تفاوت کلی در همة آنها وجود دارد و آن سطح فشار اندازه‌گیری است. آگاهی از نوع فشار اندازه‌گیری ابزار مورداستفاده، یکی از ابتدایی‌ترین مفاهیم موردنیاز در برخورد با یک ابزار کنترل فشار است. در طی این مطلب ما تمامی سطوح سنجش فشار، توسط این ابزارآلات را معرفی و تشریح می‌کنیم؛ همچنین نحوه ارتباط آنها با یکدیگر را توسط روابط ریاضی ارائه خواهیم داد.
ابزار اندازه‌گیری فشار
فشار به‌عنوان مقدار نیروی اعمال شده توسط ماده در واحد سطح تعریف می‌شود. چندین اصطلاح رایج وجود دارد که اغلب به‌جای یکدیگر برای توصیف سنسورهای فشار استفاده می‌شود. این ابزار شامل مبدل‌های فشار، ترانسمیترهای فشار و نشانگرهای فشار هستند. علی‌رغم اینکه از کدام عبارت استفاده می‌شود، همه این ابزار یک سیگنال خروجی تولید می‌کنند و فشار را اندازه‌گیری می‌کنند.
سنسور فشار چیست؟
سنسورهای فشار ابزار بسیار مفیدی هستند که فشار فیزیکی گازها یا مایعات را از طریق عنصر حسگر، اندازه‌گیری کرده و مقدار آن را توسط یک سیگنال خروجی ارائه می‌دهند. سنسورهای فشار برای کنترل و نظارت بر طیف وسیعی از کاربردهای روزمره، از جمله اندازه‌گیری غیرمستقیم جریان سیال، سرعت، ارتفاع و سطح سیال فرآیندی استفاده می‌شوند.
الزام نصب یک سنسور فشار در یک سیستم کنترلی به این جهت است که به تیم‌های تعمیر و نگهداری در صورت لزوم هشدار داده شود تا فوراً به مشکل رسیدگی شود. رایج‌ترین نوع سنسور فشار مورداستفاده، مبدل پیزوالکتریک و گیج فشار است که برای نظارت بر جریان، سرعت هوا، سطح، سیستم‌های پمپ یا ارتفاع استفاده می‌شود. در ادامه این مطلب انواع سطوح فشار قابل‌اندازه‌گیری که توسط یک سنسور فشار قابل‌سنجش است را شرح می‌دهیم.
فشار اتمسفر
مهم‌ترین فشار، فشار اتمسفر pamb (amb = ambiens = محیط) است. این فشار حاصل وزن ستون هوای اتمسفری با ارتفاع حدود 500 کیلومتری از سطح زمین است. مقدار این فشار با افزایش ارتفاع از سطح زمین به طور مداوم کاهش می‌یابد تا در بالاترین سطح ارتفاع، فشار مطلق برابر صفر می‌شود. علاوه بر این، فشار اتمسفر وابسته به نوسانات آب‌وهوا است. در سطح دریا، این مقدار فشار به طور متوسط 325/101 کیلوپاسکال است که برابر با یک‌بار در نظر گرفته می‌شود.
فشار مطلق
مقدار حقیقی فشار مرجع به‌عنوان فشار مطلق شناخته می‌شود. فشار مرجع، فشار صفر (خلأ) است که در فضای خالی از هوا محاسبه می‌شود. فشار محیط و تأثیرات خارجی مانند آب‌وهوا یا ارتفاع از سطح دریا، بر اندازه‌گیری این فشار تأثیر نمی‌گذارد. فشار مطلق اندازه‌گیری شده توسط یک ترانسمیتر فشار مطلق، برای تمایز از سایر انواع فشار، با شاخص “abs” نشان داده می‌شود که از لاتین “absolutus” گرفته شده است.
رابطه بین پارامترهای فشار اندازه‌گیری (pg) و فشار اتمسفر (patm) و فشار مطلق به‌صورت زیر است:
pabs = pg + patm
برای درک بهتر، در شکل زیر انواع سطوح فشار را به‌خوبی نشان داده‌ایم که از یکدیگر قابل‌تفکیک هستند.
فشار گیج (فشار نسبی)
مقدار فشار اندازه‌گیری شده توسط یک ترانسمیتر فشار گیج که بیشترین کاربرد در صنعت را دارد، فشار گیج Pe (e = excedens) نامیده می‌شود. این مقدار تفاوت بین یک فشار مطلق (pabs) و فشار اتمسفر (pe = pabs – pamb) است و به طور خلاصه به‌عنوان فشار گیج شناخته می‌شود. ازآنجایی‌که فشار گیج اختلاف با فشار محیط (فشار اتمسفر) را اندازه‌گیری می‌کند، بنابراین اندازه‌گیری فشار به دلیل تأثیرات خارجی مانند آب‌وهوا یا ارتفاع از سطح دریا تغییر می‌کند. اگر یک سنسور فشارسنج به‌اشتباه در برنامه‌ای استفاده شود که در آن فشار مطلق اندازه‌گیری می‌شود، باید خطاهای اضافی 30 میلی‌بار به دلیل تغییرات آب‌وهوا و با خطاهای اندازه‌گیری تا 200 میلی‌بار در صورت تغییر مکان محاسبه شود.
فشار دیفرانسیل
تفاوت بین دو مقدار فشار p1 و p2 به‌عنوان اختلاف فشار، Δp = p1 – p2 شناخته می‌شود. در مواردی که تفاوت بین دو فشار خود نشان‌دهنده متغیر اندازه‌گیری باشد، تحت‌فشار دیفرانسیل شناخته می‌شود. براین‌اساس، برای اندازه‌گیری فشار دیفرانسیل، ابتدا دو فشار مختلف در یک ابزار اندازه‌گیری مانند ترانسمیترهای فشار دیفرانسیلی سنجیده می‌شود. درصورتی‌که مقادیر اندازه‌گیری شده با یکدیگر متفاوت باشند، فشار دیفرانسیل نشان داده می‌شود. از مواردی که اندازه‌گیری فشار دیفرانسیل برای آنها ضروری است می‌توان به نظارت فیلتر و اندازه‌گیری سطح در مخازن بسته اشاره کرد.
تفاوت بین مبدل‌ها، فرستنده‌ها و سنسور
دلیل اهمیت تمایز بین سنسورهای فشار، مبدل‌های فشار و فرستنده‌های فشار این است که آنها اغلب به‌جای یکدیگر استفاده می‌شوند، اما در اصل کمی متفاوت از هم هستند.
- سنسور فشار: یک سنسور فشار بر روی یک واکنش فیزیکی کار می‌کند. ماژول حسگر داخل سنسور فشار یک ولتاژ خروجی تولید می‌کند. کالیبراسیون، تقویت و جبران دما باید از قبل موردتوجه قرار گیرد تا نتایج دقیق و پایدار باشند.
- مبدل‌های فشار: مبدل‌های فشار مانند سنسور، ولتاژ خروجی فشار تولید می‌کنند، این ابزار نیز یک عنصر حسگر فیزیکی در داخل دارند. مبدل‌های فشار می‌توانند سیگنال را کنترل کنند و آنها را در فاصله بیشتری منتقل کنند.
- ترانسمیترهای فشار: سنسور ترانسمیتر فشار بسیار شبیه به یک مبدل فشار عمل می‌کند، اما به‌جای خواندن ولتاژ، ترانسمیتر فشار، سیگنال جریان را ارسال می‌کند.به منظور بررسی کاربرد انواع ترانسمیتر فشار، مقاله انواع برنامه‌های کاربردی ترانسمیتر فشار می‌تواند شمارا بطور کامل راهنمایی کند.
جمع‌بندی
سنسورهای فشار ابزار ضروری یک سیستم کنترلی هستند که فشار فیزیکی سیالات را اندازه‌گیری و تبدیل به یک سیگنال مرتبط می‌کنند، تا تیم‌های تعمیر و نگهداری در صورت بروز فشار نامناسب فوراً به مشکل رسیدگی کنند. رایج‌ترین سطوح فشاری که سنسورها اندازه‌گیری می‌کنند شامل فشار مطلق، فشار گیج و فشار دیفرانسیل است که بسته به کاربرد موردنیاز باید انتخاب شوند. فشار مطلق، مقدار فشار سیال به‌علاوه فشار اتمسفر که برابر با یک‌بار است را اندازه‌گیری می‌کند. درصورتی‌که فشار گیج اختلاف فشار مطلق با فشار اتمسفر را به‌عنوان خروجی گزارش خواهد داد که به‌عنوان فشار نسبی نیز در نظر گرفته می‌شود. همچنین در صورت نیاز به اختلاف فشار دونقطه از سیال، از سنسور اندازه‌گیری فشار دیفرانسیل استفاده می‌شود.