سنسور فشار سنج چیست؟ + کاربردهای صنعتی

در این آموزش به زبانی ساده یاد می‌گیرید که سنسور فشار سنج چیست و چگونه کار می‌کند. این‌که انتخاب کرده‌اید که این آموزش را بخوانید، به طور ضمنی به این معناست که برای شما هم جالب بوده است که بدانید یک ترانسمیتر فشار یا سنسور فشار سنج واقعا چیست و چگونه کار می‌کند! چیزی که شاید به گمان بسیاری بدیهی به نظر برسد و جای سوال نداشته باشد… اما این‌طور نیست… با ما همراه باشید تا پاسخ این سوال‌ها را به طور مفصل با هم بررسی کنیم.

فشار چیست؟

برای دانستن در مود سنسور فشارسنج، ابتدا باید با مفهوم فشار آشنا شویم. فشار عبارت است از نیرویی که به ازای هر واحد سطح، به آن وارد می‌شود. اندازه‌گیری فشار مایعات، هوا و برخی دیگر از گاز‌ها معمولا از اندازه‌گیری‌های متداول فشار است.

واحد استاندارد اندازه‌گیری فشار هم پاسکال است که برابر است با یک نیوتن بر مترمربع.

کار یک سنسور فشارسنج هم دقیقا همین است! اندازه‌گیری فشار و اعلام آن به یکی از واحد‌هایی که در سرتاسر دنیا شناخته شده هستند. مثلا پاسکال، بار یا PSI (پوند بر اینچ مربع) که در ایالات متحده آمریکا استفاده می‌شود.

فشار هوای درون تایر یک مثال خوب برای فشار و چگونگی اندازه‌گیری آن است. زمانی که تایر را با هوا پر می‌کنیم، نیرویی که از طرف این هوا بر دیواره‌های تایر وارد می‌شود بیشتر و بیشتر می‌شود و در نهایت منجر به کشیده‌شدن دیواره‌های تایر یا همان پرباد شدن تایر می‌شود. در خودروهای به‌روزتر، فشارهوای داخل تایر همواره توسط سنسور فشارسنجی که درون آن قرار دارد کنترل می‌شود.

سنسور فشار سنج چگونه کار می‌ کند؟

به طور خلاصه، یک سنسور فشارسنج نیروی فشار را به یک سیگنال کوچک الکتریکی تبدیل می‌کند که قابل مخابره و نمایش است. به همین علت است که به این سنسورها ترانسمیتر(فرستنده) فشار نیز گفته می‌شود. دو سیگنالی که به طور معمول بیشتر استفاده می‌شوند یکی سیگنال جریانی در محدوده‌ی 4 تا 20 میلی‌آمپر است و دیگری سیگنال ولتاژ در محدوده‌ی 0 تا 5 ولت.

اغلب سنسورهای فشار با استفاده از اثر پیزوالکتریک کار می‌کند. زمانی که هر ماده‌ای در واکنش به استرسی که به آن وارد می‌شود، بار الکتریکی تولید می‌کند، می‌گوییم دچار اثر پیزوالکتریک شده است. این استرس معمولا همان نیروی فشار است اما می‌تواند نیروهای پیچش، خمش و یا لرزش هم باشد.

یک سنسور فشارسنج وارد آمدن فشار را تشخیص می‌دهد و با استفاده از اندازه‌گیری میزان بار الکتریکی تولید شده، مقدار آن فشار را اندازه‌گیری می‌کند. البته این سنسورها حتما باید از قبل کالیبره شده باشند تا بتوانند تشخیص دهند که چه ولتاژ یا چه میلی‌آمپری متناظر با چه فشاری است. این کالیبراسیون یک تنظیمات ساده‌ی zero و span یا مینیمم و ماکسیمم است که افرادی که در بخش نگه‌داری تجهیزات الکترونیکی فعالیت و تجربه دارند به خوبی می‌توانند آن را انجام دهند.

انواع شناخته شده‌ ی فشار

در این بخش می‌خواهیم ببینیم که کدام انواع متداول فشار هستند که می‌توان آن‌ها را به کمک سنسورهای فشارسنج اندازه‌گیری کرد.

در صنعت معمولا سه نوع فشار شناخته می‌شود؛

دسته اول فشار نسبی یا Gauge Pressure است. این فشار نسبت به فشار اتسفر که در حدود 14.7 PSI است، سنجیده می‌شود. زمانی که فشاری بیشتر از مقدار فشار اتمسفر باشد آن را فشار مثبت و زمانی که کمتر از فشار اتمسفر باشد آن را فشار منفی می‌گویند.

دسته دوم فشار مطلق یا Absolute Pressure گفته می‌شود. این فشار فشاری ست که نسبت به خلاء مطلق سنجیده می‌شود. یک خلاء کامل یا مطلق فشاری دقیقا برابر با 0 PSI دارد و کوچک‌تریم مقدار فشار پس از آن نقطه از صفر به بالا اندازه‌گیری می‌شود.

و اما دسته‌ی آخر که فشار تفاضلی یا Differential pressure نام دارد، فشاری ست که از بیش از دو نوع دیگر در صنعت کاربرد دارد. دقیقا همان‌طور که از اسم آن برمی‌آید، فشار تفاضلی ، اختلاف بین دو فشار است؛ یکی آن‌که سنجیده می‌شود و دیگری فشار مرجع.

کاربردهای سنسور فشار سنج در صنعت

سیستم‌ های بخار

در صنعت، سنسورهای فشارسنج در طیف وسیعی از فرآیند‌ها کاربرد دارند. یکی از این کاربردها اندازه‌گیری فشار بخار در سیستم‌های بخار است. این بخارها معمولا برای تولید گرما در برخی فرآیندهای یک خط تولید استفاده می‌شوند. فشارسنج درون این سیستم‌ها می‌تواند وظایف متعددی به عهده داشته باشد. اولین و واضح‌ترین آن‌ها همان مشاهده و اندازه‌گیری فشار است. مسئولیت بعدی می‌تواند کنترل زمانی باشد که بخار به درجه حرارت معین خود رسیده و پس از آن با دمای ثابت می‌تواند وارد چرخ‌ی تولید شود.

می‌دانیم که این بخارهای داغ می‌توانند در خطوط انتقال‌شان فشار تولید کرده و منجر به اتفاقات خطرناکی شوند. ما می‌توانیم از یک سنسور فشارسنج به عنوان یک دستگاه ورودی در این سیستم‌ها استفاده کنیم که کنترل یک دریچه‌ی باز و بسته‌شونده‌ی مخصوص را به عهده بگیرند و جاری شدن بخار در مسیر را کاملا تحت نظر داشته باشند. این کار با استفاده از یک برنامه‌ی ساده‌ی PLC قابل انجام است.

فیلترها

سنسورهای فشارسنج را هم‌چنین در مجاورت بسیاری از فیلترها در فرآیندهای صنعتی نصب می‌کنند. زمانی که فیلتر کپ می‌شود، جریان کاهش می‌یابد. با کاهش جریان آن مایع یا … ، فشار اندازه‌گیری شده توسط فشار سنج می‌تواند افزایش یا کاهش یابد؛ بسته به این‌که فشارسنج کدام سمت فیلتر را کنترل کند. تحت نظر داشتن این فشار کمک می‌کند که شما متوجه شوید که فیلتر کپ شده و نیاز به تمیزشدن یا تعویض دارد.

اندازه گیری سطح با سنسور فشار سنج

یکی از کاربردهای این سنسورها که شاید در نگاه اول بدیهی به نظر نرسد، استفاده از آن‌ها به عنوان سنسورهای تعیین سطح است.

یک منبع را در نظر بگیرید که در حال پر شدن است، شما می‌توانید با استفاده از مقدار فشار هیدرواستاتیکی که توسط سنسور فشارسنج اندازه‌گیری می‌شودو مقداری محاسبات ریاضی بر بروی این فشار و حجم تانک و چگالی مخصوص آن مایع، تعیین کنید که در هر لحظه مایع تا چه سطحی ( چه ارتفاعی) از تانک درون آن ریخته است. البته اگر تانک بسته باشد، اندازه‌گیری فشار برای تعیین سطح مایع به این راحتی‌ها هم نیست! هرچند هم‌چنان یک گزینه‌ی خوب محسوب می‌شود. کاری که باید در این حالت انجام دهیم این است که حداقل دو سنسور فشار تهیه کنیم و فشار تفاضلی را اندازه بگیریم. یک سنسور در پایین منبع قرار می‌گیرد و فشار مایع را اندازه‌گیری می‌کند و یک سنسور در بالای منبع برای اندازه‌گیری فشار فشار هوای درون منبع. اختلاف این دو فشار و محاسباتی که گفتیم، مشخص می‌کند که چه مقدار مایع درون منبع است.

مروری بر آن چه در مقاله سنسور فشار سنج آموختیم

در ابتدا گفتیم که فشار عبارت است از نیرویی که به ازای هر واحد سطح، به آن وارد می‌شود.

واحدهای استاندارد فشار پاسکال، بار (Bar) یا PSI (پوند بر اینچ مربع) هستند.

یک سنسور فشارسنج نیروی فشار را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند که قابل مخابره و نمایش است. به همین علت است که به این سنسورها ترانسمیتر(فرستنده) فشار نیز گفته می‌شود.

از این سنسورها معمولا برای اندازه‌گیری فشار نسبی، فشار مطلق و فشار تفاضلی استفاده می‌شود.

فشار نسبی نسبت به فشار اتمسفر اندازه‌گیری می‎شود، فشار مطلق نسبت به خلاء مطلق و فشار تفاضلی در واقع اختلاف فشار میان دو فشار دیگر است.

سنسورهای فشار برای تحت کنترل داشتن فشار در بسیاری از فرآیند‌های صنعتی کاربرد دارند.

یکی از فشارهایی که اندازه‌گیری آن در صنایع رایج است، فشار بخار است. می‌توان با کمک یک سنسور فشارسنج ، دریچه‌ای را به منظور نظارت بر جریان یا ثابت‌ نگه‌داشتن فشار و دمای بخارکنترل کرد.

یکی دیگر از کاربردهای متداول اما کمتر شناخته شده‌ی سنسورهای فشارسنج، تعیین ارتفاع مایعات در مخازن است.

تشخیص کپ شدگی فیلترها هم یکی دیگر از کاربردهای متداول فشار تفاضلی است که توسط فشارسنج ها و مقایسه‌ی فشار دو سمت فیلتر، امکان پذیر است.

منبع: ترجمه از وب‌سایت realpars.com

امیداورم که نکات مفیدی را در آموزش سنسور فشار سنج یادگرفته باشید. در آینده‌ای نزدیک آموزشی در مورد چگونگی انتخاب فشارسنج مناسب برای خرید سنسور فشار برای هرکاربرد را نیز با شما به اشتراک خواهیم گذاشت. همچنین توصیه می‌کنیم دیگر مطالب مرتبط به اتوماسیون صنعتی را هم مطالعه کنید.

اگر این نوشته‌ برایتان مفید بود لطفا کامنت بنویسید.