ترانسمیتر فشار

تجهیزات اندازه گیری فشار انواعی دارند که یکی از آنها ترانسمیتر فشار است. این ترانسمیتر بعد از اندازه گیری فشار عدد را به صورت جریان الکتریکی و به سیستم ارسال می‌کند. ترانسمیتر فشار نیز مدل های مختلفی دارل که به مدل سنسور, نوع خروجی و ارتباطی یا نوع بدنه و غیره بستگی دارد. این وسیله در اندازه گیری فشار مایع ها و گاز ها کاربرد دارد و یک ابزار مهم و بسیار کاربردی در فرآیند ها مختلف به شمار می‌آید. این ترانسمیتر فشار میتواند در صنعت بسیار موثر واقع شود. در اکثر فرایند های شیمیایی برای رخ ندادن مشکلات زیان بار و اسیب های جبران ناپذیر نیاز به استفاده از ترانسمیتر فشار است تا فشار همیشه در حالت پایداری بماند.

انواع ترانسمیتر فشار

ترانسمیتر فشار قلمی: این ابزار دقیق به مانند باتری قلمی میباشد ازین رو نام آن ترانسمیتر قلمی است, به دلیل جاگیری و حجم بسیار کم کاربرد های زیادی دارند. این ترانسمیتر توسط انتهای خود یه سیستم مورد نظر متصل میشود.

ترانسمیتر فشار تفاضلی: این وسیله فشار بین دو مخزن را اندازه می‌گیرد در این ترانسمیتر های فشار از حسگر فلزی برای نمایش تغییرات فشار استفاده می‌شود.

ترانسمیتر فشار صنعتی: این ترانسمیتر ها جهت اندازه گیری فشار های بسیار بالا طراحی شده اند.

ترانسمیتر فشار دیافراگمی: ترانسمیتر فشار دیافراگمی یک صفحه دیافراگمی دارد که با افزایش یا کاهش فشار تغییر شکل می‌دهد. معمولا ترانسمیتر فشار دیافراگمی از کامپوزیت های پلیمری یا فولاد های زنگ نزن تشکیل می‌شوند.

ترانسمیتر ضد انفجاری: در صنایع پتروشیمی و کارخانه های تولیدی به ویژه کارخانه های تولید آمونیاک, احتمال انفجار بسیار بالا است. درنتیجه در این مناطق از ترانسمیتر هایی استفاده می‌شود که احتمال جرقه و انفجار را تقریبا به صفر می‌رسانند.

ترانسمیتر فشار دیجیتالی: این ترانسمیتر, فشار را در صفحه نمایشگر خود به صورت لحظه ای نشان می‌دهد. این وسایل می‌توانند فشاری که اندازه گیری کرده اند را نیز به اتاق کنترل بفرستند. البته از این ترانسمیتر ها در محیط هایی استفاده می‌شود که شخصی در آن محل بتواند حضور داشته باشد تا بتواند هر لحظه فشار اندازه گیری شده را یادداشت برداری کند.

ترانسمیتر فشار به مدل دیگری نیز جدا از مدل بالا دسته بندی می‌شود که به صورت زیر است:

•  استرین گیج
•  خازنی
• پیزوالکتریک
•  پیزو رزستیو

استرین گیج: در این ترانسمیتر فشار سنسور ها از ولتاژ DC استفاده می‌کنند. این مدل حساسیت پایینی دارد.

خازنی: اسن سنسور پایداری خوبی دارد و دارای خروجی خطی می‌باشد.

پیزوالکتریک: این مدل از ترانسمیتر بسیار کم حجم و کوچک است و دارای پاسخگویی لحظه ای, محدوده دمایی گسترده و پایداری بالا می‌باشد.
سنسور های این مدل معایبی نیز دارد مانند حساسیت بسیار بالا,خروجی AC.

پیزو رزستیو: این ترانسمیتر فشار خروجی DC دارد کم حجم و سریع است اما به نسبت تغییرات دما حساسیت بسیار پایینی دارد.

کاربرد ترانسمیتر فشار

حال که آشنایی نسبتا کاملی با ترانسمیتر فشار و انواع آن دارید به کاربرد های آن می‌پردازیم:

اندازه گیری فشار: ترانسمیتر فشار همونطور که اول این مطلب معرفی کردیم و از نامش پیدا است یکی از تجهیزات اندازه گیری فشار است که در اندازه گیری فشار سیالات و گاز ها کاربرد دارد و در صنایع خودروسازی, هواشناسی و مواردی که فشار در آنها عامل مهمی است مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اندازه گیری جریان: در این روش, ترانسمیتر فشار از رابطه ونتوری که در آن اختلاف فشار رابطه مستقیم با سرعت حریان دارد استفاده می‌کند.

اندازه گیری ارتفاع از سطح دریا: ترانسمیتر فشار از تغییرات فشار نسبت به دریا, یعنی داشتن فشار در سطح دریا سپس فشار در نقطه مورد نظر را اندازه می‌گیرد و در رابطه PgH قرار میدهد و ارتفاع از سطح دریا را میدهد. این مدل در هواپیما و هواشناسی کابرد دارد.

آزمایش نشتی: با اندازه گرفتن فشار و تغییرات آن و با استفاده از مقایسه فشار میان سیستم مورد نظر و سیستم دارای نشتی این میزان را اندازه می‌گیرد.

اندازه گیری عمق: سطح مایعات طبق رابطه Pgh با فشار متناسب است و از ترانسمیتر فشار برای اندازه گیری عمق جسم استفاده می‌شود.

چگونه ترانسمیتر فشار مناسبی تهیه کنیم؟

چند پارامتر مهم در قیمت ترانسمیتر فشار وجود دارد که در انتخاب ترانسمستر فشار کمک می‌کند.

• از موارد مهم موثر در قیمت یک ترانسمیتر دقت آن, محدوده و نمایشگر آن است.
• دقت مناسب برای ترانسمیتر ها بین دو رنج نیم تا یک چهارم درصد است.
• برای پارامتر بعدی یعنی رنج بهتر است ترانسمیتر در رنج مورد نظر برای سیستم مشخص شده انتخاب شود.
• نمایشگر هر ترانسمیتر نیز برای ترانسمیتر هایی که دارای نمایشگر هستند باید دقیق و واضح باشد.

نکات خرید ترانسمیتر فشار

در زمان خرید ترانسمیتر فشار، باید به نکات مهمی توجه کنید که می توانند تأثیر بسزایی در عملکرد و دقت دستگاه شما داشته باشند. در ادامه به بیان هر یک از این نکات می پردازیم:

بازه فشار

محدوده فشاری که ترانسمیتر یا سنسور باید اندازه گیری کند، بسیار مهم است. این بازه معمولا بین کمترین و بیشترین مقادیر فشاری است که در فرآیند خاصی انتظار می رود. برای شرایط خاص مانند ترکیب شرایط خلاء و فشار مثبت، ممکن است نیاز به محدوده های ترکیبی باشد.

فشار مرجع

باید مشخص شود که فشار نسبت به کدام مرجعی اندازه گیری می شود؛ آیا نسبت به فشار هوا، خلاء یا فشارهای دیگر است؟ این نکته می تواند در تفسیر دقیق مقادیر فشار به کاربرد منطبق کمک کند.

فشار بیش از حد

باید به بیشترین مقدار فشاری که ممکن است در شرایط عملیاتی یا غیرعملیاتی رخ دهد، توجه کرد. این نکته بسیار حیاتی است زیرا هر یک از ترانسمیترها و سنسورها دارای محدودیت هایی در خصوص فشار بیش از حد هستند که نباید نادیده گرفته شوند.

نوع ماده

نوع مایع یا گازی که فشار آن اندازه گیری می شود بسیار اهمیت دارد. مواد باید توانایی مقاومت در برابر شرایط فشار و دمای محیط را داشته باشند تا از عملکرد صحیح دستگاه اطمینان حاصل شود.

محدوده دمای رسانه

محدوده دمایی که مایع یا گاز باید در آن اندازه گیری شود، باید به دقت در نظر گرفته شود. همچنین باید توجه شود که تکنولوژی حسگر دارای محدودیت های ماکزیمم و مینیمم در خصوص دما است و باید از این محدودیت ها در انتخاب دستگاه درست استفاده شود.

شرایط محیطی

شرایط محیطی مانند دما، تداخلات الکترومغناطیسی، لرزش و شوک بر عملکرد دستگاه تأثیرگذار هستند. لذا باید مطمئن شوید که ترانسمیتر یا سنسور انتخابی قادر به تحمل این شرایط است.

سیگنال خروجی

نوع سیگنال خروجی که ترانسمیتر یا سنسور ارائه می دهد، باید با نیازهای دستگاه متصل شونده هماهنگ باشد.

منبع تغذیه

دامنه ولتاژ منبع تغذیه که برای ترانسمیتر یا سنسور مورد نیاز است، باید دقیقا مشخص شود تا از عملکرد صحیح دستگاه اطمینان حاصل شود.

دقت اندازه گیری

دقت سنسور باید با توجه به عوامل مختلفی مانند دما، تنظیمات Zero & Span و خطاهای حرارتی مشخص شود. این نکته بسیار مهم است زیرا دقت اندازه گیری بر عملکرد کلی دستگاه تأثیر زیادی دارد.

اتصالات

نوع اتصالات مکانیکی برای نصب سنسور باید با شرایط محیطی و نوع استفاده متناسب باشد. استفاده از اتصالات مناسب می تواند در نصب و استفاده آسان و همچنین عملکرد بهتر دستگاه کمک کند.

بهترین برند های ترانسمیتر فشار

ترانسمیتر فشار توسط شرکت های مختلفی تولید می شود که از مهم ترین آن ها میتوان به رزمونت و یوکوگاوا و… اشاره کرد. ترانسمیتر فشار رزمونت یکی از معلوف ترین و محبوب ترین انواع ترانسمیتر در جهان می باشد. همچنین شرکت دیفا اقدام به تولید انواع ترانسمیتر با استاندارد های روز دنیا کرده که با توجه به نیاز های داخلی و قیمت مناسب، گزینه ای محبوب برای کاربران بوده است

اجزاء ترانسمیتر فشار و نقش آنها

ترانسمیتر فشار به طور عمومی از اجزاء اساسی زیر تشکیل شده اند، هرکدام با وظیفه خاص خود:
سنسور فشار: این بخش از ترانسمیتر فشار مسئول اندازه گیری فشار و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی یا الکترونیکی است. سنسورهای فشار از اصول فیزیکی متنوعی مانند دیافراگم (Diaphragm)، استرین گیج (Strain Gauge)، پیزوالکتریک (Piezoelectric) یا پیزورزیستیو (Piezoresistive) استفاده می کنند. این سنسورها تغییرات فشار را به تغییرات مکانیکی یا الکتریکی تبدیل می کنند.
ترانسدیوسر: ترانسدیوسر مسئول تبدیل سیگنال مکانیکی یا الکتریکی از سنسور فشار به سیگنال الکتریکی است. این قسمت عمدتا شامل یک مدار الکترونیکی است که سیگنال های ورودی را تقویت و به سیگنال خروجی قابل استفاده تبدیل می کند.
واحد نمایش: برخی از ترانسمیترهای فشار دارای واحد نمایشی هستند که می توانند فشار را به شکل عددی یا نمودار نمایش دهند. این واحد نمایش معمولا در سیستم های نظارتی و کنترلی برای نمایش مستقیم فشار استفاده می شود و اطلاعات بصری را به اپراتورها ارائه می دهد.

انواع المان های اندازه گیری فشار در ترانسمیتر فشار

در ترانسمیتر فشار، از انواع مختلفی از المان های اندازه گیری فشار استفاده می شود، هر یک با ویژگی ها و مزایا و معایب خود. در زیر به برخی از این المان ها اشاره می شود:

• استرین گیج: این سنسورها دارای خروجی ولتاژ DC هستند و از حساسیت کم و محدوده دمایی محدودی برخوردارند.
• سنسور خازنی: این سنسورها دارای خروجی خطی، هیسترزیس کم و پایداری خوبی دارند.
• سنسور پیزوالکتریک: این سنسورها دارای ابعاد کوچک با ساختار قوی، محدوده دمای گسترده و پاسخگویی سریع هستند. با این حال، دارای معایبی نظیر حساسیت دمایی بالا، امپدانس خروجی بالا و خروجی ولتاژ به صورت AC هستند.
• سنسور پیزو رزستیو: این سنسورها دارای خروجی ولتاژ DC، ابعاد کوچک، زمان پاسخگویی سریع و حساسیت بالا می باشند، اما نسبت به تغییرات دمایی حساسیت کمی دارند.

با در نظر گرفتن ویژگی ها و نیازهای موردنظر، انتخاب المان مناسب برای اندازه گیری فشار در ترانسمیتر از اهمیت بسیاری برخوردار است و باید با دقت انجام شود.

چگونگی عملکرد ترانسمیتر فشار

هر ترانسمیتر فشار با یک روش خاص و متفاوت از سایرین کار می کند، ولی به طور کلی، این ترانسمیترها قادرند تغییرات فشار را در شرایط مختلف اندازه گیری کرده و به صورت یک عدد دیجیتالی گزارش دهند.
به عنوان مثال، برخی از ترانسمیترها که از مواد پیزوالکتریک استفاده می کنند، قادرند نیروی مکانیکی را به شکل فشار تشخیص داده و آن را به جریان الکتریکی تبدیل کنند. از سوی دیگر، برخی سنسورهای فشار، بر فشار هوای خالص در یک سیستم یا مخزن متکی می شوند و از این طریق نسبت به یک فشار خالص کالیبره می شوند.
عملکرد ترانسمیتر فشار از ترانسمیتر اختلاف فشار متفاوت است. این ترانسمیترها تغییرات فشار را به صورت جریان مکانیکی تبدیل می کنند و سپس تغییرات مکانیکی را به جریان الکتریکی تبدیل کرده و در قالب یک عدد به صورت آنالوگ یا دیجیتال گزارش می دهند.
بطور کلی، عملکرد ترانسمیتر فشار در دو بخش تشکیل شده است: بخشی که فشار را تشخیص می دهد و بخشی که نتیجه را انتقال می دهد. در نهایت، از ابزارهایی مانند هارت کالیبراتور ۴۷۵ امرسون برای کالیبره کردن سیستم های اندازه گیری فشار استفاده می شود که از پروتکل هارت برای این کار استفاده می کند.

محل نصب ترانسمیتر فشار

ترانسمیترهای فشار در نقاط مختلفی از لوله ها و مخازن نصب می شوند تا فشار را در سراسر محوطه اندازه گیری کنند. این ترانسمیترها شامل سه بخش اصلی هستند: تقویت کننده، مبدل (ترانسدیوسر)، و حس کننده.
ترانسمیترها به دو نوع نیوماتیکی و الکتریکی تقسیم می شوند. خروجی ترانسمیترهای الکتریکی بین ۴ تا ۲۰ میلی آمپر است، در حالی که خروجی ترانسمیترهای نیوماتیکی بین ۳ تا ۱۵ psi متغیر است و این تغییرات براساس تغییرات کمیت ورودی رخ می دهد. لازم به ذکر است که بخش های مبدل و تقویت کننده در انواع ترانسمیترها مشابه است و تنها بخش حس کننده بر اساس نوع کمیت متفاوت است.
به عنوان مثال، در ترانسمیترهای فشار، بخش حس کننده به فشار حساس است، در حالی که در ترانسمیترهای دما، این بخش به دما حساسیت دارد. برای کالیبره کردن یا تنظیم ترانسمیترها، باید طبق دستورالعمل سازنده و با ورودی های مشخص، خروجی را تنظیم کرد. به عنوان مثال، در صورتی که ورودی صفر باشد، خروجی ترانسمیتر نیوماتیکی باید ۳ psi باشد و در صورت حداکثر بودن ورودی، خروجی باید به ۱۵ psi برسد.

نقش ترانسدیوسر در ترانسمیترها

ترانسدیوسر یک وسیله است که کار آن تبدیل انواع انرژی به یکدیگر است. به طور خاص، اگر یک سنسور فشار همراه با ترانسدیوسر باشد، پارامتر فشار توسط سنسور اندازه گیری شده و مقدار اندازه گیری شده به ترانسدیوسر تحویل داده می شود. سپس ترانسدیوسر این مقدار را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند که برای کنترلر قابل درک است و می تواند از طریق سیم های فلزی ارسال شود.
در نتیجه، خروجی یک ترانسدیوسر همیشه یک سیگنال الکتریکی است که می تواند ویژگی ها و پارامترهای الکتریکی نظیر ولتاژ، جریان و فرکانس را تغییر دهد. البته باید دقت شود که سنسور انتخابی قادر به تبدیل پارامترهای فیزیکی به الکتریکی باشد. برای مثال، یک سنسور دما باید دمای اندازه گیری شده را به یک سیگنال بسیار ضعیف تبدیل کند که سپس به ترانسدیوسر وارد شده و به مدارهای الکترونیکی تحویل داده می شود.
این فرایند تضمین می کند که داده های دقیق و قابل اعتمادی از محیط جمع آوری شده و به سیستم های کنترل انتقال یابد، که این امر برای عملکرد صحیح و ایمن بسیاری از فرآیندهای صنعتی ضروری است.

خروجی ترانسمیتر فشار

ترانسمیتر فشار معمولا دارای دو نوع خروجی اصلی است: سیگنال آنالوگ و سیگنال دیجیتال. این دو نوع خروجی هرکدام ویژگی های خاص خود را دارند و برای کاربردهای مختلف مناسب هستند.

سیگنال آنالوگ

سیگنال آنالوگ یکی از متداول ترین خروجی ها در ترانسمیترهای فشار است. این سیگنال می تواند به دو صورت اصلی ارائه شود:
جریان مستقیم (4-20 میلی آمپر): این نوع سیگنال آنالوگ به طور گسترده ای در صنایع مختلف استفاده می شود. در این روش، فشار اندازه گیری شده به سیگنال جریان الکتریکی تبدیل می شود که به طور خطی با فشار متناسب است. به عنوان مثال، فشار 100 واحدی می تواند معادل یک سیگنال 12 میلی آمپر باشد. این سیگنال به راحتی توسط سیستم های کنترلی و نمایشگرها قابل خواندن است و برای پردازش و نظارت بر داده های فشار مفید است.
ولتاژ (0-10 ولت): در این روش، فشار اندازه گیری شده به سیگنال ولتاژ تبدیل می شود. این سیگنال ولتاژ به طور خطی با فشار تغییر می کند و معمولا برای کاربردهای کمتر حساس و یا در سیستم های کنترل با ورودی ولتاژ مناسب است. به عنوان مثال، فشار 100 واحدی ممکن است معادل سیگنال 5 ولت باشد.
سیگنال های آنالوگ به دلیل سادگی و هزینه پایین، در بسیاری از صنایع مورد استفاده قرار می گیرند و به راحتی با سیستم های مختلف سازگار هستند.

سیگنال دیجیتال

ترانسمیترهای فشار مدرن معمولا با خروجی دیجیتال نیز عرضه می شوند. این خروجی ها اطلاعات را به صورت کدهای دیجیتال ارسال می کنند و معمولا از پروتکل های ارتباطی مختلف برای انتقال داده ها استفاده می کنند. برخی از این پروتکل ها عبارتند از:
HART: پروتکل HART (Highway Addressable Remote Transducer) به ترانسمیترها امکان می دهد تا داده های دیجیتال و آنالوگ را به صورت همزمان ارسال کنند و به تبادل اطلاعات دقیق تری کمک می کند.
Modbus: پروتکل Modbus برای ارتباطات صنعتی و تبادل داده ها در سیستم های کنترل و اتوماسیون استفاده می شود.
PROFIBUS: این پروتکل برای ارتباطات در شبکه های صنعتی پیچیده تر و اتوماسیون پیشرفته به کار می رود.
Foundation Fieldbus: این پروتکل برای ارتباطات در سیستم های کنترل فرآیند با قابلیت های پیشرفته و تنظیمات دقیق استفاده می شود.
سیگنال های دیجیتال به دلیل قابلیت ارسال اطلاعات دقیق تر و امکان پیکربندی و تنظیمات پیشرفته، در کاربردهای صنعتی پیچیده و مدرن ترجیح داده می شوند. این سیگنال ها همچنین امکان نظارت و تنظیم از راه دور را فراهم می آورند و می توانند اطلاعات بیشتری از فرآیند را ارائه دهند.

خروجی های ترکیبی

بعضی از ترانسمیترهای فشار به گونه ای طراحی شده اند که همزمان می توانند سیگنال های آنالوگ و دیجیتال را ارائه دهند. این ویژگی به کاربران این امکان را می دهد که بر اساس نیازهای خاص خود، از یکی یا هر دو نوع سیگنال استفاده کنند و به اطلاعات دقیق تر و کامل تری از فرآیند دسترسی پیدا کنند.