فروش برترین برندهای ترانسمیتر فشار یا پرشر ترانسمیتر در انواع قلمی، دیافراگمی، اختلاف فشار و … با تضمین اصالت کالا؛ جهت دریافت مشخصات فنی و استعلام قیمت خرید با کارشناسان ما در ارتباط باشید.
ترانسمیتر فشار یا سنسور فشار از کارآمدترین و به روزترین ابزارهای اندازه‌گیری فشار در حوزه‌های صنعتی هستند، آنها از دقت بسیار بالاتری نسبت به هم نوعان آنالوگ خود برخوردارند و عملکردشان به طور خلاصه، اندازه‌گیری فشار، تبدیل آن به یک سیگنال الکتریکی، تقویت سیگنال و ارسال به PLC می‌باشد.
در ابتدای امر بد نیست نگاهی به واژه Pressure Transmitter داشته باشیم؛ همانطور که می‌دانیم پرشر به معنی فشار و ترانسمیتر مشتقی از دو کلمه Transfer و Meter به معنای فرستنده و کمیت اندازه‌گیری است. حال بیاید کمی دقیق‌تر نگاه کنیم؛
پرشر ترانسمیتر وظیفه اندازه‌گیری فشار را دارد و به واسطه قطعات الکترونیک داخلی خود، کمیت فشار را به سیگنال الکتریکی تبدیل کرده که ولتاژ آن بین 1 تا 5 ولت یا جریان 4 تا 20 میلی‌آمپر است و این سیگنال را به PLC ارسال می‌کند. سپس در ادامه، فرآیند به صورتی که در دستور کار قرار دارد، انجام می‌شود.
می‌دانیم که اندازه‌گیری فشار در تمام فرآیندها یکی از ارکان مهم ایمنی و همچنین تاثیرگذار بر عملیات می‌باشد. اندازه‌گیری این کمیت به کمک ابزار دقیق‌های گوناگونی سنجیده می‌شود و از اصلی‌ترین این ادوات می‌توان به گیج فشار و ترانسمیتر فشار اشاره کرد. با گذشت زمان، انقلاب صنعتی و پیشرفت بشر اولین گیج فشار در سال 1849 ساخته شد، در ادامه و با پیشرفت روز افزون صنایع، نیاز به وسیله‌ای برای اندازه‌گیری دقیق‌تر فشار و همچنین ارائه کاربردهای متنوع‌تر احساس شد.
بنای ساخت سنسور فشار در سال 1959 توسط دکتر A. D. Kurtz متالورژیست انجام شد و با گذشت زمان به شکل کاملی از ترانسمیترهای فشار امروزی رسید. تفاوت این دو زمانی احساس شد که با گیج‌های فشار فقط توانایی اندازه‌گیری و نمایش فشار وجود داشت اما در بسیاری از صنایع که احتیاج آنها چیزی فراتر از صرفا اندازه‌گیری بود، رو آوردن به ترانسمیترهای فشار راه جایگزین و کاربردی صنایع شد.
یکی از نام‌هایی که معمولا جایگزین ترانسمیتر فشار می‌شود، ترانسدیوسر فشار است اما جالب است بدانید که بین این دو یک تفاوت بزرگ وجود دارد. وظیه ترنسدیوسر یا مبدل، تبدیل کمیت اندازه‌گیری شده به یک سیگنال الکترونیکی است که آن سیگنال تشکیل شده از واحد میلی ولت است. اما در صنعت و چرخه تولید احتیاج به سیگنال قوی‌تر داریم و در اینجا با استفاده از ترانسمیتر این سیگنال تقویت شده و به PLC ارسال می‌شود. ترانسمیتر سیگنال میلی ولت مبدل را به سیگنال استاندارد صنعتی که 4-20mA و یا 0-20mA است، تبدیل می‌کند.
اساسا مبدل فشار و فرستنده فشار هر دو سنسور فشار هستند؛ اصطلاح سنسور اغلب و به طور کلی برای توصیف هر وسیله‌ای که یک ویژگی فیزیکی را اندازه‌گیری می‌کند و یک خروجی ارائه می‌دهد، استفاده می‌شود. در ترانسمیترها، وظیفه سنسور تشخیص فشار و تبدیل آن به یک سیگنال خروجی پیوسته است و به همین دلیل با نام سنسور فشار نیز در بازار شناخته می‌شوند.
ابتدا سنسور فشار، فشار را اندازه‌گیری کرده و مبدل سیگنال آن را تبدیل می‌کند اما به دلیل کوچک و ضعیف بودن سیگنال تبدیل شده توسط مبدل، این سیگنال به فرستنده ارسال می‌شود تا تقویت شود و امکان ارسال به فاصله‌های دورتر را داشته باشد.
OP-amp چیست؟ این اصطلاح که برگرفته از Operational amplifier و به معنی تقویت کننده عملیات است، برای تقویت سیگنال‌های بسیار ضعیف ورودی استفاده می‌شود تا 100% فشار وارده اندازه‌گیری و گزارش شود.
قبل از معرفی و پرداختن به انواع ترانسمیترهای فشار بهتر است نگاهی به انواع فشارها و دلیل استفاده از هرکدام از آنها بیندازیم تا در ادامه، درک تفاوت هرکدام از پرشر ترانسمیترها ملموس‌تر باشد.
1. فشار اتمسفر یا جو: فشار اتمسفری فشاری است که در اطراف ما وجود داشته و با افزایش ارتفاع این فشار کم می‌شود. در زمان اندازه‌گیری فشار وقتی که ترانسمیتر به جایی وصل (خلاء، لوله و…) نیست، یعنی فشار را بر اساس فشار آزمایشگاهی یا محیط اندازه‌گیری و گزارش می‌کند.
2. فشار مطلق: این نوع از فشار از نقطه صفر اندازه‌گیری شده و در تمام نقاط با اختلاف ارتفاع‌های گوناگون مقدار مشخصی دارد. برای رسیدن به فشار مطلق باید یک سر از ابزار دقیق اندازه‌گیرنده را به پمپ خلاء یا وکیوم متصل نموند.
اصل کار این نوع از سنسورهای فشار محاسبه و بدست آوردن اختلاف فشار بین دو سیستم است. به همین دلیل به آنها ترانسمیتر فشار DP نیز می‌گویند.
dp = Hp – Lp
d برگرفته از delta و به معنی اختلاف، P برگرفته از pressure و به معنی فشار، H برگرفته از high و L برآمده از low
الف) ساختار ترانسمیترهای اختلاف فشار DP
در ساختار کلی این مدل که در شکل زیر آورده شده دو المنت، اولیه و ثانویه و یک Housing electronic (سنسور هوشمند) وجود دارد. المنت اولیه با افزایش جریان در لوله، اختلاف فشار ایجاد می‌کند. برای ایجاد افت فشار از انواع مختلفی از محدود کننده‌ها (Restriction) استفاده می‌کنند. انواع مختلفی از این محدود کننده‌ها در صنایع استفاده می‌شود که رایج‌ترین آنها شامل: اریفیس، ونتوری و نازل‌های جریان می‌باشند.
المنت ثانویه که شامل یکی از حسگرهای ظرفیت دیفرانسیل، سیم ارتعاشی و یا کرنش‌سنج است، فشار تولید شده توسط المنت اولیه را با دقت اندازه‌گیری کرده و به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.
در قسمت هوشمند یا مغز دستگاه؛ یعنی جایی که سیگنال‌های دریافتی پردازش می‌شوند، تقویت می‌شوند و به یک جریان یا ولتاژ خروجی که بتوان توسط سیستم کنترل خوانده شود تبدیل می‌شوند، Housing electronic می‌گویند.
ب) نحوه عملکرد و اندازه‌گیری فشار
همانطور که در بخش ساختار ترانسمیترهای اختلاف فشار اشاره شد، در قسمت المنت ثانویه دستگاه آنها دارای دو پورت متفاوت هستند، یکی از آنها High port و دیگری Low port نامیده می‌شود. هر یک از این پورت‌ها به یک غشای فلزی متصل می‌شوند؛ هنگامی که فشار فرآیند از طریق هریک از این پورت‌ها اعمال می‌شود، دیافراگم فلزی تغییر شکل پیدا می‌کند.
برای اندازه‌گیری تغییر شکل دو دیافراگم نیاز به یک سنسور هوشمند FCX است. در داخل محفظه دیافراگم یک سیال (مشتقات سیلیکون) وجود دارد که وظیفه آن منتقل کردن فشار اندازه‌گیری شده به حسگر اندازه‌گیری میکروخازنی است. فشار وارد شده به دو طرف المنت باعث فشرده شدن المنت می‌شود و تغییر شکل اندازه‌گیری شده متناسب با فشار تفاضلی اندازه‌گیری می‌شود. در نهایت سیگنال به صورت دیجیتالی توسط واحد الکترونیکی پردازش می‌شود و فرآیند ادامه پیدا می‌کند.
محدوه رنج قابل اندازه‌گیری در این مدل در کمترین حالت مساوی با 0 تا 1 میلی‌بار و در بیشترین حالت برابر با 0 تا 30 بار است. از آنجایی که این مدل برای بدست آوردن اختلاف فشار بین دو فرآیند است پس برای اندازه‌گیری در رنج‌های پایین مناسب‌تر است. یکی دیگر از مزایای استفاده از ترانسمیتر فشارهای دیفرانسیلی، امکان استفاده در محدوده دمایی وسیع -90 تا +400 درجه سانتی‌گراد است.
ترانسمیترهای فشار مطلق، فشار فرآیند را نسبت به نقطه صفر مطلق، یعنی خلاء کامل اندازه گیری می کنند. یک خلاء کامل برابر با 0 بار و فشار هوای متوسط در سطح دریا 1013.25 میلی‌بار است و این مقدار به عنوان مقدار مرجع این سنسورها در نظر گرفته می‌شود.
در این سری نیز همانند مدل قبل، مقدار فشار با توجه به میزان تغییر شکل دیافراگم فلزی محاسبه می‌شود. این روش‌ها باتوجه به فشار مرجعی که در آن مدل اندازه‌گیری می‌شود، متفاوت هستند. در اینجا یکی از پورت‌های ورودی در معرض خلاء مطلق قرار می‌گیرد و سپس مهر و موم می‌شود؛ در نتیجه تغییر شکل اندازه‌گیری شده دیافراگم تحت تاثیر فشار خارجی قرار نمی‌گیرد و به عنوان نقطه صفر برای پوشش خلاء بسته عمل می‌کند.
استفاده از سنسور فشار مطلق، یکی از محبوب‌ترین گزینه‌ها در صنایع است و دلیل این محبوبیت عدم تاثیرپذیری نسبت به تغییرات فشار اتمسفریک محیط و محاسبه فشار با در نظرگرفتن صفر مطلق، دقت بسیار بالا و همچنین تکرار پذیری آن می‌باشد. البته قابل ذکر است که این مدل معایبی دارد که به آنها اشاره می‌کنیم:
1. قیمت بالا 2. محدوده فشار کم نسبت به سایر مدل‌ها 3. فرآیند کالیبراسیون خاص
همانطور که ذکر شد تمامی مدل‌های ترانسمیتر با در نظر گرفتن نوعی از مرجع (وکیوم، فشار ورودی دوم و یا اتمسفر) فشار را اندازه‌گیری می‌کنند. مرجع این نوع از سنسور؛ فشار اتمسفری، جو یا نسبی است که سنجش خود را با توجه به فشار محیط اطراف اعلام می‌کند. از آنجایی که این سیستم مکانیسم ساده‌تری به نسبت دو مدل بالا دارد و احتیاج به اتصالات خاص و یا مهر و موم و اتصال به خلا ندارد؛ از اصلی‌ترین گزینه‌ها برای مصارف صنعتی است.
در مورد نحوه عملکرد و اندازه‌گیری فشار در این مدل نیز استفاده از دیافراگم به عنوان المنت اولیه سنجش انجام می‌گیرد، کمیت به مبدل ارسال می‌شود و آنگاه سیگنال ضعیف به جهت تقویت به قسمت فوقانی دستگاه ارسال می‌شود.
با نظر به اینکه هر کدام از وسایل و روش‌ها مزایا و معایب خود را دارند، در ادامه به این موارد می‌پردازیم.
مزایا: قیمت پایین‌تر نسبت به دو مدل فوق، دامنه اندازه‌گیری گسترده‌تر، قابل اعتماد و دقیق، نصب آسان، طول عمر بالا
معایب: به طور کل ایرادی نمی‌توان به ترانسمیترهای فشار وارد کرد، اما در مدل ترانسمیتر فشار نسبی می‌توان گفت از آنجایی که این مدل با توجه به فشار هوا سنجش خود را انجام می‌دهد ممکن است دقت کمتری نسبت به دیگر همتایان خود داشته باشد.
ترانسمیترهای فشار قلمی یا سوزنی که معمولا با ترنسدیوسرها اشتباه گرفته می‌شوند، از انواع پرشر ترانسمیترها بوده و با استفاده از دیافراگم کوچک داخلی خود فشار را اندازه‌گیری کرده و به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند. برخی از این نوع ترانسمیترها یک صفحه مانیتور کوچک جهت نمایش دادن کمیت نیز دارند اما بسیاری از آنها فاقد مانیتور هستند و فقط وظیفه فرستنده بودن مقدار را بر عهده دارند. با اینکه این مدل‌ها به نسبت دیگر مدل‌های ترانسمیتر فشار مقاومت بسیار بالایی در برابر حرارت، نفوذ آب و ضدانفجار بودن ندارند، اما به دلیل ساختار کوچکشان و از طرفی اشغال کردن فضای محیطی بسیار کم و همچنین قیمت مناسب‌تر نسبت به هم‌نوعان خود، طرفداران خاص خود را همیشه داشته‌اند.
توجه: از آنجایی که ممکن است به دلیل برخی از شباهت‌های ظاهری ترانسمیتر فشار قلمی با پرشر سوییچ، با هم به اشتباه گرفته شوند؛ بد نیست کمی در مورد سوییچ فشار نیز بدانیم…
به طور خلاصه وظیفه پرشر سوییچ‌ها اندازه‌گیری مقدار فشار و قطع و وصل کردن عملیات توسط کنتاکت داخلی خود است. از طرفی این مکانیسم را با ترانسمیترهای فشار نیز می‌توان پیش برد اما دو نکته وجود دارد که چرا نباید از ترانسمیتر فشار به جای پرشر سوییچ استفاده کنید. یک، ترانسمیترها قیمت بالاتری به نسبت سوییچ‌ها دارند و دومین مورد اشغال فضای بیشتر ترانسمیترها نسبت به سوییچ‌ها می‌باشد.
زمانی که فشار وارد محفظه ترانسمیتر و دیافراگم می‌شود، یک کمیت آنالوگ است و باید به یک واحد الکتریکی تبدیل شود. معمولا مقدار جریان خروجی از مبدل‌ها بسیار کوچک بوده و مقداری برابر 0 تا 3 میلی‌ولت است. این مقدار توسط سنسورها یا مبدل‌هایی با فناوری‌های گوناگون تبدیل می‌شود که در ادامه به معرفی معروف‌ترین آنها خواهیم پرداخت.
1. Strain Gauge ، کرنش سنج یا پیزومقاومتی:
سنسورهای استرین گیج یا کرنش سنج شامل مجموعه‌ای از نوارهای فلزی و مارپیچ بسیار کوچک هستند، ضخامت آنها چیزی حدود سه تا پنج میکرومتر است و بر روی دو صفحه چسبانده شده‌اند. وقتی این مبدل کوچکترین فشاری را متحمل می‌شود، دچار اختلاف مقاومت شده و این تغییر ایجاد شده به پل وتسون انتقال می‌یابد. در پل وتسون با تغییر مقاومت، ولتاژ تغییر کرده و این مقدار به فرستنده ارسال می‌شود.
این مدل به دلیل ظریف بودن بسیار محبوب واقع شده اما برخی مشکلات نیز در استفاده از آن وجود دارد به طور مثال؛ به تغییرات دمایی حساس هستند، به دلیل استفاده از فلز ممکن است در صورت وارد آمدن فشار بیش از حد حالت الاستیته آنها از بین برود یا گاها بشکند و نهایتا احتیاج به کالیبراسیون به طور منظم دارند.
2. Capacitive sensor یا حسگر خازن تفاضلی:
حسگرهای خازن تفاضلی که از سنسورهای رایج و پر کاربرد هستند، با مکانیسم خاصی سنجش خود را انجام می‌دهند. این سنسور متشکل از یک دیافراگم فلزی محکم است و در داخل آن دو صفحه فلزی وجود دارد که یک خازن را به وجود می‌آورند. در میان این دو صفحه یک ترکیب سیلیکونی که خاصیت عایق الکتریک بودن را دارد، افزوده می‌شود. دیافراگم موجود در داخل سل، با تغییر فشار به حرکت درآمده و با اندازه‌گیری دقیق میزان جابه‌جایی دیافراگم، مقدار فشار بدست خواهد آمد. در نهایت به کمک اتصال یک مدار آشکارساز ظرفیت خازنی به سل و با استفاده از یک سیگنال متحرک جریان AC، اختلاف ظرفیت بین دو خازن یا همان صفحه‌های فلزی اندازه‌گیری شده و به یک سیگنال خروجی متناسب تبدیل می‌شود.
3. Resonant element یا سنسورهای رزونانس:
مکانیسم ساخت و طرز کار این نوع از سنسورها به طور خلاصه از این قرار است؛ میزان تغییرات بسته به مقدار فرکانس (ارتعاشی) که توسط سیم یا قعطه‌های نازک فلزی ایجاد می‌شود، از طریق یک نمودار اندازه‌گیری می‌شود. زمانی که فشار به سنسور وارد می‌شود، فرکانس ارتعاش سیم را به یک کمیت نیرو تبدیل می‌کند؛ اگر این نیرو به دیافراگم اعمال شود و کشش سیم متناسب با حرکت دیافراگم تغییر کند، در این حالت فرکانس رزونانس فلز، فشار سیال را نشان می‌دهد.
این سه مدل که در قسمت بالا معرفی شدند، از رایج‌ترین سنسورهای اندازه‌گیری در صنعت هستند؛ اما این بدان معنا نیست که مدل‌های دیگری نیز وجود ندارد. در مورد انتخاب هر کدام از این المان‌ها نیز باید گفت که کمپانی‌ها بسته به استراتژی تولید و طراحی محصولات خود یکی از این مدل‌ها را بادر نظر گرفتن مزایا و معایب به کار می‌گیرند.
HART که متشکل از کلمات Highway Addressable Remote Transducer است، یک پروتکل ارتباطی دو جهته است که دسترسی داده‌ها را بین ابزار دقیق های هوشمند و سیستم‌های میزبان (PLC) فراهم می‌کند. هارت دو کانال ارتباطی همزمان، یکی آنالوگ و دیجیتال را فراهم می‌کند: یک سیگنال 4-20 میلی‌آمپر، مقدار اندازه‌گیری شده اولیه را به عنوان مقدار آنالوگ جریان با استفاده از سیم‌کشی که برق دستگاه را تامین می‌کند، ارتباط می دهد. سپس سیستم میزبان مقدار فعلی را با توجه به پارامترهای تعریف شده توسط نرم افزار HART به یک مقدار فیزیکی تبدیل می‌کند. به عنوان مثال، 7 میلی آمپر = 20 بار.
بطور کلی هدف استفاده از هارت ایجاد ارتباط دوطرفه مطمئن بین تجهیزات نصب شده و اتاق کنترل است. از آن برای کالیبراسیون و یا انتقال سیگنال‌های ضعیف و تبدیل آن به سیگنال‌های قوی 4 تا 20 آمپر استفاده می‌شود. امکان به کارگیری یک HART برای چند دستگاه ترانسمیتر نیز وجود دارد، اما به دلیل سرعت پایین توصیه می‌شود که از آن در چند گره (سیستم‌های گوناگون) استفاده نشود.
نتیجه‌گیری: در این نوشتار سعی بر معرفی و بررسی انواع ترانسمیترهای فشار داشتیم و تلاش بر آن بود که مطلب مفید واقع شده و انتخاب را برای شما آسان کند. جهت مشاوره خرید و استعلام قیمت با ما در تماس باشید.
