ترانسمیتر فشار دستگاهی است که برای سنجش فشار در مایعات، سیالات یا گازها طراحی شده است. از ترانسمیترهای فشار به عنوان ابزارهایی برای اندازه گیری فشار در دستگاه ها، لوله ها و مخازن صنعتی استفاده می شود تا پیش از وقوع حوادث به کاربران هشدار دهد. ترانسمیترهای فشار از تنوع گسترده ای برخوردار هستند و بیشتر در صنعت و خودروها به کار می روند. این مقاله به بررسی عملکرد ترانسمیترهای فشار می پردازد.
وظایف ترانسمیتر فشار
تبدیل پارامترهای فیزیکی گاز، مایع و سایر پارامترهای فیزیکی مرتبط با فشار به یک سیگنال الکتریکی استاندارد را انجام می دهد.
ترانسمیتر فشار در موارد گوناگونی مورد استفاده قرار می گیرد. از جمله کاربردهای آن می توان به اندازه گیری فشار ورودی و خروجی در تنظیمات تست موتورها، اندازه گیری افت فشار در یک خط به منظور نگهداری پیشگیرانه، اندازه گیری ارتفاع یا سطح سیال در مخازن، و اندازه گیری فشار در دوغاب و لجن با استفاده از مبدل فشار دیافراگم فلاش اشاره کرد.
ترانسمیتر فشار از اجزای مختلفی تشکیل شده است. اجزای اولیه، مانند صفحه اوریفیس، لوله ونتوری، لوله پیتوت، نازل، المان جریان لامینار و المان گوهایی هستند که در ایجاد اختلاف فشار در هنگام تغییر جریان سیال موثرند.
اجزای ثانویه ترانسمیتر فشار به عنوان اجزای مرتبط با سنسورهای فشار عمل می کنند و سیگنال های الکتریکی معرف اختلاف فشار را به محفظه اصلی ترانسمیتر ارسال می کنند.
محفظه اصلی ترانسمیتر نه تنها اجزای ترانسمیتر را محافظت می کند، بلکه وظیفه تفسیر سیگنال های الکتریکی و ارسال آن ها به صورت جریان استاندارد به واحد کنترل را انجام می دهد.
نحوه کار ترانسمیتر فشار
ترانسمیتر فشار با بهره گیری از اصول مکانیک سیالات عمل می کند. برای درک نحوه عملکرد این تجهیزات، باید ابتدا مفهوم فشار را مورد بررسی قرار دهیم. فشار، نیرویی است که بر سطح عمل می کند و از تقسیم نیرو به مساحت به دست می آید. سیالات دارای دو نوع فشار، فشار استاتیک و فشار دینامیک هستند. فشار استاتیک، نیرویی است که ناشی از وزن سیال در حالت استراحت بر سطح لایه های زیرین است. به عنوان مثال، فشار هیدرواستاتیک ناشی از وزن آب در مخزن سد یک نوع فشار استاتیک است. اما در صورت جریان سیال، فشار دینامیک درون سیستم ایجاد می شود که به آن فشار دینامیک معروف است. اندازه گیری فشار دینامیک اغلب بر اساس معادله برنولی انجام می شود.
ترانسمیتر فشار از دو بخش اصلی، بخشی برای اندازه گیری فشار در سیستم و بخشی برای تبدیل فشار به یک سیگنال الکتریکی استاندارد تشکیل شده است. وظیفه تبدیل انرژی مکانیکی حاصل از فشار سیال به سیگنال الکتریکی در ترانسمیترها به سنسور فشار واگذار شده است. سنسورهای فشار معمولا از انواع مختلفی مانند سنسورهای خازنی، پیزومقاومتی و استرین گیج استفاده می کنند. این سنسورها با تجمیع نیروهای مکانیکی ناشی از فشار سیال توسط دیافراگم، پیستون یا لوله بوردون، سیگنال معادل فشار را تولید می کنند. سپس تغییرات اندازه گیری شده به صورت سیگنال الکتریکی توسط مدارهای الکتریکی ضبط و به ترانسمیتر ارسال می شوند. برخورد سیال با دیافراگم باعث تغییر فاصله بین الکترودها و تغییر ظرفیت خازن می شود. این تغییرات ظرفیت توسط مدارهای الکتریکی اندازه گیری و به ترانسمیتر منتقل می شود. عملکرد سنسورهای دیگر نیز تقریبا مشابه سنسورهای خازنی است. به عنوان مثال، سنسورهای پیزومقاومتی معمولا بر اساس تغییرات مقاومت الکتریکی به سیگنال های الکتریکی معادل کار می کنند.
در نهایت، ترانسمیتر، سیگنال از سنسور را دریافت کرده و آن را به صورت یک جریان الکتریکی (معمولا از 4 تا 20 میلی آمپر) به واحد کنترل ارسال می کند. در فرآیند کلی سیستم های اندازه گیری و کنترل، مراحل زیر دنبال می شود:
کمیت فیزیکی: این کمیت مورد اندازه گیری در سیستم تعیین می شود.
سنسور/ترانسدیوسر: سنسورها تغییرات کمیت فیزیکی را اندازه گیری کرده و آن ها را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند.
ترانسمیتر: ترانسمیتر سیگنال های از سنسور را دریافت می کند و آن ها را به سیگنال استاندارد تبدیل می کند و به واحد کنترل ارسال می کند.
کنترلر: کنترلر سیگنال از ترانسمیتر را دریافت کرده و بر اساس آن، خروجی قابل کنترلی را تولید می کند.
عنصر نهایی: عنصر نهایی وظیفه تغییر فرآیند با توجه به معیارهای تعیین شده توسط کنترلر را انجام می دهد.
رکوردر: رکوردر وظیفه نمایش تغییرات سیگنال (کمیت) بر اساس زمان را بر عهده دارد.
الزامات نصب ترانسمیتر فشار چه هستند؟
نصب ترانسمیتر فشار یا ترانسمیتر اختلاف فشار در سیستم لوله کشی یک روند ساده دارد. با این حال، اگر اصول نصب صحیح این تجهیزات رعایت نشود، عملکرد ترانسمیتر و عمر مفید آن ممکن است تحت تاثیر قرار گیرد.
یکی از مهم ترین موارد در نصب ترانسمیتر فشار، مسیر انتقال سیگنال از محل عبور مایع تا ترانسمیتر، که به عنوان ایمپالس پایپینگ نیز شناخته می شود، می باشد. این مسیر باید به گونه ای اجرا شود که توانایی اندازه گیری دقیق فشار را فراهم کند. به طور کلی، منشا خطاها در نصب ترانسمیتر فشار می تواند شامل موارد زیر باشد:
- نشت در مسیر انتقال فشار
- افت اصطکاک
- گاز گیری در خطوط انتقال مایع
- وجود مایع در خطوط انتقال گاز
- اختلاف چگالی بین مسیر انتقال فشار بالا و پایین
- استفاده از منیفولد ولو که امکان نصب و کالیبراسیون آسان تر ترانسمیتر را برای اندازه گیری دقیق تر فشار فراهم می کند.
در هنگام نصب ترانسمیتر فشار، باید از ابزار مناسب مانند آچار استفاده شود. بستن دستی ترانسمیتر ممکن است فشار اضافی به قطعات وارد کند. برای آب بندی اتصال ترانسمیتر، نباید از نوار تفلون یا مواد آب بندی عمومی استفاده شود. آب بندی و درزبندی ترانسمیتر فشار باید با استفاده از قطعات ارائه شده توسط سازنده انجام شود.
در مناطق نزدیک به ولوهای ایزوله کننده که امکان قطع و وصل ناگهانی جریان وجود دارد، استفاده از محافظه ها یا اسنابرهای فشار در خطوط ایمپالس، از آسیب رسیدن به ترانسمیتر و جلوگیری از خطا در اندازه گیری کمک می کند. کابل اتصال ترانسمیتر به واحد کنترل باید به گونه ای باشد که از تجمع رطوبت در محل اتصال کابل جلوگیری شود. علاوه بر موارد فوق، مسائل دیگری نیز وجود دارند که رعایت آن ها می تواند روی انتخاب بهترین مکان برای نصب ترانسمیتر فشار و افزایش دقت اندازه گیری تاثیر بگذارد. برخی از این موارد عبارتند از:
- فاصله بین محل عبور مایع تا ترانسمیتر کمترین مقدار ممکن باید باشد.
- در سیستم های انتقال مایع، شیب ایمپالس پایپینگ باید حداقل 8 سانتی متر در هر متر (8 درصد) و به سمت بالا (از محل ترانسمیتر تا محل اتصال به خط لوله) باشد.
- نصب ترانسمیتر در مجراهای یک طرفه (انتهایی) باید از طریق منیفولد ولو انجام شود. در غیر این صورت، احتمال اعمال فشار اضافی و خطای اندازه گیری افزایش می یابد.
- از نصب ترانسمیتر در نقاط بالایی سیستم های انتقال مایعات و نقاط پایین سیستم های انتقال گازی خودداری شود.
- تمام خطوط ایمپالس باید دمای مشابهی داشته باشند.
- تخلیه گاز از داخل سیستم های انتقال مایعات به خوبی انجام شود.
- مواد خورنده یا بسیار داغ در تماس مستقیم با سنسورها و فلنج های ترانسمیتر نباشند.
- از نصب تجهیزات در مناطق مستعد انجماد خودداری شود.