ترانسمیتر فشار - ترانسمیتر

ترانسمیتر فشار

ترانسمیتر فشار وسیله ای مکانیکی است که بعنوان مثال نیروی انبساط یک مایع یا گازی را اندازه گیری می کند. همچنین همه کاره ترین سنسورهای فشار با بیشترین توانایی اندازه گیری و قرار گرفتن در معرض فرآیند است.

این نوع سنسور ها که به عنوان ترانسدیوسر فشار نیز شناخته می شوند، معمولاً از یک سطح حساس به فشار ساخته شده از فولاد، سیلیکون یا مواد دیگر هستند. پشت این سطوح، قطعات الکترونیکی وجود دارند که قادر به تبدیل نیروی وارد شده به سیگنال الکتریکی در ترانسمیتر هستند. فشار به طور کلی به عنوان مقداری نیرو در واحد سطح شناخته می شود و به عنوان مقدار مورد نیاز برای جلوگیری از انبساط مایع، گاز یا بخار بیان می شود.

مبانی فشار

سمت فرآیند سنسور فشار در معرض فشار فرآیند است در حالی که سمت غیر پردازش در معرض اتمسفر قرار می گیرد. اساساً سنسور دارای نیروی فشار اتمسفر در سمت غیر پردازش سنسور و نیروی فشار فرآیند در سمت فرآیند سنسور است. اندازه گیری فشار اتمسفر تفاوت فشار اتمسفر با فشار فرآیند است. اگر قسمت غیر پردازشی سنسور از اتمسفر خارج شود، هر نوع گاز گیر افتاده ای منبسط می شود و با تغییرات دما منقبض می شود و تغییر فشار در سمت غیر پردازشی سنسور ایجاد می کند.

این یک خطای فاحش در سیگنال فشار گیج ایجاد می کند. به عنوان یک قاعده، همه سنسورهای گیج فشار باید از سمت غیر پردازشی سنسور به فشار اتمسفر عبور کنند.

ترانسمیتر فشار مطلق شبیه سنسور فشار گیج است زیرا فقط یک طرف دیافراگم سنسور در معرض فشار فرآیند قرار دارد. سمت غیر پردازشی یک سنسور فشار مطلق طوری طراحی شده است که تقریباً یک خلا کاملی دارد. با سمت غیر فرایند دیافراگم حسگر در خلا کامل با اندازه گیری نیروی اختلاف فشار بین آن و سمت پردازش سنسور، فشار مطلق بدست می آید. در ترانسمیتر فشارهر گونه فشار وارد شده به سمت فرآیند، یک اختلاف مثبت خواهد بود و به عنوان یک فشار مطلق خوانده می شود.

توصیف فشار گیج و فشار مطلق نشان داده است که آنها ذاتاً اندازه گیری های اختلاف هستند و برای این منظور می توان از ترانسمیتر اختلاف فشار به طور گسترده تر از هر نوع ترانسمیتر فشار دیگری استفاده کرد.

اندازه گیری اختلاف فشار در ترانسمیتر فشار معمولاً با قرار دادن یک سنسور از نوع دیافراگم به دو ورودی فشار مستقل انجام می شود. فشارها به طرف مقابل سنسور وارد می شوند و نیروها با هم تداخل می کنند تا یک پاسخ سنسور برابر با اختلاف خالص دو ورودی فشار باشد.

فشارهای سمت بالا (آبی) و فشار ضعیف (زرد) به منظور تعیین "اختلاف فشار" به طور مستقل به سنسور منتقل می شوند.

باز نگه داشتن پورت فشار ضعیف ترانسمیتر فشار به اتمسفر باعث می شود تا از ترانسمیتر برای اندازه گیری فشار گیج استفاده شود زیرا فشار فرآیند اعمال شده یک تفاوت مثبت از جو است. اعمال خلا کامل بر روی درگاه فشار کم، به ترانسمیتر اختلاف فشار اجازه می دهد تا به روشی مشابه ترانسمیتر فشار مطلق پاسخ دهد. برای اندازه گیری خلا در ترانسمیتر فشار جایی که فشار اتمسفر باید نقطه شروع صفر باشد، خلا  به درگاه فشار کم ترانسمیتر فشار اعمال می شود در حالی که پورت فشار بالا به جو منتقل می شود. مقدار اختلاف در حال افزایش (افزایش خلا) به عنوان یک تغییر مثبت خروجی در ترانسمیتر فشار نشان داده می شود.

برای کسب اطلاعات بیشتر  و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.

تاریخچه ترانسمیتر فشار

برای سالهای متمادی اندازه گیری فشار مورد توجه علم قرار گرفته است. در پایان قرن شانزدهم، گالیله گالیله ایتالیایی (1564-1642) حق ثبت اختراع سیستم پمپ آب مورد استفاده در آبیاری را دریافت کرد. به عنوان یک کنجکاوی: در سال 1592، گالیله با استفاده از یک لوله آزمایش و یک حوض آب، اولین دماسنج را جمع آوری کرد. لوله وارونه شد و تا نیمه در آب غوطه ور شد. بنابراین هنگامی که هوای داخل لوله سرد شد، حجم آن کاهش یافت، و آب بالا می آمد.هنگامی که هوا گرم می شد حجم آن بالا می رفت و آب به زور خارج می شد.بنابراین سطح آب دمای هوا را اندازه گیری می کرد. متر او هرگز دلیل این محدودیت را نمی دانست و همین امر باعث شد دانشمندان دیگر به مطالعه این پدیده بپردازند.

در سال 1643 فیزیکدان ایتالیایی Evangelista Torricelli (1608-1647) فشارسنج را اختراع کرد که با آن می توانست فشار اتمسفر، یعنی نیروی هوا را بر روی سطح زمین ارزیابی کند. او آزمایشی را با پر کردن یک لوله 1 متری با جیوه انجام داد که در یک سر آن آب بندی شده بود و از طرف دیگر در یک وان با جیوه غوطه ور شد. ستون جیوه همیشه در لوله تقریباً 760 میلی متر غوطه ور می شود. او بدون اینکه دقیقاً دلیل این پدیده را بداند، آن را به نیروی ایجاد شده در سطح زمین نسبت داد. توریچلی همچنین به این نتیجه رسید که فضای باقی مانده توسط جیوه در ابتدای لوله خالی است و آن را خلاء نامید.

پنج سال بعد فیزیکدان فرانسوی بلز پاسکال از فشارسنج استفاده کرد تا نشان دهد که فشار هوا در بالای کوه ها کمتر است.

در سال 1650 فیزیکدان آلمانی Otto Von Guericke اولین پمپ هوای کارآمد را ایجاد کرد که با آن رابرت بویل آزمایش های فشرده سازی و رفع فشار را انجام داد و 200 سال بعد، فیزیکدان و شیمیدان فرانسوی جوزف لوئیس گی-لوساک، تعیین کرد که فشار یک گاز محبوس شده در یک ثابت ثابت است، حجم متناسب با دمای آن است.

در سال 1849 Eugène Bourdon حق اختراع لوله بوردون را دریافت کرد، که تا به امروز در اندازه گیری فشار نسبی استفاده می شود. در سال 1893، E.H. آماگات از پیستون با وزن مرده در اندازه گیری فشار استفاده کرد.

در چند دهه گذشته با ظهور فناوری دیجیتال، تجهیزات بسیار متنوعی در کاربردهای متعدد در بازار گسترش یافته است. مشخصه فشار از لحظه ای که در مقادیر قابل اندازه گیری ترجمه شد واقعاً ارزشمند بود.

کل سیستم اندازه گیری فشار از یک عنصر اولیه تشکیل شده است که در تماس مستقیم یا غیرمستقیم با فرآیندی است که در آن تغییرات فشار رخ می دهد و یک عنصر ثانویه (ترانسمیتر فشار) که وظیفه آن ترجمه تغییر در مقادیر قابل اندازه گیری برای استفاده است.

مردانی که سابقه اندازه گیری فشار را ایجاد کردند

اصول اولیه اندازه گیری فشار

بیایید مفهوم فشار استاتیک را ببینیم، شکل پایه 3 را در نظر بگیریم. گیرنده ای را با مایعی نشان می دهد که فشاری را در نقطه ای اعمال می کند که متناسب با وزن مایع و فاصله نقطه تا سطح است. (اصل ارشمیدس: جسمی که در یک مایع غوطه ور شده است، تحت نیرویی به نام رانش برابر با وزن مایع جابجا شده قرار می گیرد. برای مثال، این اصل در صورت امکان تعیین سطح را با استفاده از شناور انجام می دهد. رانش یک سطح مایع که برای نشانگر حرکتی که سطح آن در حال اندازه گیری است، منتقل می شود، زیرا رانش با چگالی متفاوت است).

فشار استاتیک P به عنوان نسبت بین نیروی F اعمال شده به صورت عمود بر سطحی با مساحت A تعریف می شود: P = F/A [N/m2).

شکل 3 فشار روی نقطه غوطه ور P

شکل 4 فشار روی بدن غوطه ور

شکل بالا یک متوازی الاضلاع با ضلع A و طول L در یک طرف را نشان می دهد، که در آن فشار روی سطح بالایی و سطح پایینی آن به ترتیب با PD = hpg و PU = (h + L) pg داده می شود. فشار حاصل برابر با PU - PD = lpg است. فشار اعمال شده توسط نیروی عمود بر سطح سیال، فشار استاتیک نامیده می شود. اصل پاسکال بیان می کند که افزایش فشار مایع به طور یکسان به تمام نقاط مایع منتقل می شود. این اصل در سیستم‌های هیدرولیک (مانند ترمز خودرو) استفاده می‌شود و در شکل 5 می‌توان آن را نشان داد.

برای کسب اطلاعات بیشتر  و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.

همچنین شایان ذکر است که استیون لاو (1548-1620) نیز ذکر شده است: در یک سیال همگن و غیر قابل تراکم در حالت تعادل تحت اثر گرانش، فشار به صورت خطی با عمق افزایش می یابد. اختلاف فشار بین دو نقطه برابر است با حاصل ضرب وزن مخصوص سیال با اختلاف سطح بین نقاط مورد نظر.

شکل 5- فشار عمود بر سطح است و نیروهای وارده دارای شدت هایی متناسب با نواحی مربوطه هستند.

اکنون فشار اعمال شده توسط سیالات متحرک بر روی یک بخش عرضی لوله را مشاهده کنید. بیایید شکل 6 را در نظر بگیریم، جایی که:

F1 = نیروی اعمال شده به سطح A1.

P1 = نسبت بین F1 و A1.

ΔL2 = فاصله جابجا شده توسط سیال.

V2 = سرعت جابجایی.

h2 = ارتفاع نسبت به مرجع گرانشی.

و

F2 = نیروی اعمال شده به سطح A1.

P2 = نسبت بین F1 e A1.

ΔL2 = فاصله جابجا شده توسط سیال.

V2 = سرعت جابجایی.

h2 = ارتفاع نسبت به مرجع گرانشی.

شکل 6 – معادله برنولی – فشار اعمال شده توسط سیالات متحرک بر روی مقطع عرضی لوله.

با فرض یک سیال ایده آل بدون ویسکوزیته، با اصطکاک و بنابراین بدون اتلاف انرژی جابجا می شود.

کار انجام شده توسط حاصل نیروهای وارد بر یک سیستم برابر است با تغییر انرژی جنبشی، قضیه کار-انرژی. با این کار داریم:

P1+ (1/2) ρ .v12 + ρ . g . h1 = P2 + (1/2)ρ . v22 + ρ . g . h2

این معادله برنولی است که ثابت می کند کل فشار در طول یک لوله همیشه در یک سیستم ایده آل ثابت است. نکته جالب در این معادله این است که فشارهای زیر قابل تشخیص است:

• P1 = فشار اعمال شده
• (1/2) ρ.v₁²= فشار دینامیکی
• ρ.g. h1 = فشار استاتیک

این نسبت برای محاسبه سرعت سیال با توجه به فشار ضربه و فشار استاتیک بسیار مفید است. از این جیره، ممکن است برای مثال جریان سیال محاسبه شود.
مقادیر C نتایج تجربی هستند و برای هر نوع عنصر اندازه‌گیری اولیه و سیستم دریافت ضربه، C بر حسب تابع قطر لوله‌کشی (D)، تعداد رینولدز (Rd) و نسبت قطرهای مربوط به بخش A1 و A2

C = f(D,Rd,β)

واحدهای فشار در سیستم بین المللی (SI)

پاسکال [Pa] واحد فشار در سیستم بین المللی واحدها (SI) است.

یک Pa فشار ایجاد شده توسط نیروی 1 نیوتن بر روی سطح 1 متر مربع atPa = N/m2 است.

جدول 1 واحدهای اصلی و تبدیل بین آنها را نشان می دهد.

رایج ترین انواع اندازه گیری فشار

در تابع مرجع، اندازه گیری فشار را می توان به صورت: گیج، مطلق و اختلاف فشار یا نسبی طبقه بندی کرد. بیایید شکل 7 را به عنوان مرجع در نظر بگیریم:

شکل 7 - مراجع برای فشار و معمول ترین انواع فشار

• فشار مطلق: در رابطه با خلاء کامل، یعنی اختلاف فشار در یک نقطه اندازه گیری معین با فشار خلاء (صفر مطلق) اندازه گیری می شود. به طور معمول از نماد ABS زمانی استفاده می شود که این واحد نشان داده شود. مثال: فشار مطلق اعمال شده توسط جو در سطح دریا 760mmHg است.
• اختلاف فشار: اختلاف فشاری است که بین دو نقطه اندازه گیری می شود. وقتی هر نقطه ای غیر از خلاء یا اتمسفر به عنوان مرجع استفاده می شود به معنای اختلاف فشار است. به عنوان مثال، اختلاف فشار موجود در یک صفحه اوریفیس.
• فشار گیج: در رابطه با فشار محیط، یعنی نسبت به اتمسفر اندازه گیری می شود. همیشه مهم است که روی نماد ثبت کنید که اندازه گیری نسبی است. مثال: فشار نسبی 10Kgf/cm2.

توجه داشته باشید که فشار گیج با اختلاف فشار مطلق و اتمسفر بدست می آید.

ترانسمیتر های فشار نیز در سه نوع اندازه گیری فشار طبقه بندی می شوند: فشار اتمسفر، فشار خلاء و اختلاف فشار. پر استفاده ترین این ترانسمیتر ها ترانسمیتر های اختلاف فشار هستند.

برای اندازه گیری فشار از واحدهای مشتق شده مختلفی استفاده می شود ، از جمله:

• پاسکال (Pa) ، یا یک نیوتن واحد در هر متر مربع (1 N/m2)
• پوند در هر اینچ مربع (psi)

محیط های حساس به فشار مانند صنایع گاز، پتروشیمی، آزمایشگاه ها و صنایع داروسازی معمولاً نیاز به ترانسمیتر فشار دارند تا نیروی وارد شده مایعات و گازها را به عنوان مقدار Pa یا psi کنترل کنند. برای اطمینان از دقیق بودن نتایج و پاسخدهی مناسب در زمان واقعی، این امر نیاز به ادغام دقیق ترانسمیتر های فشار در تجهیزات تبدیل سیگنال الکتریکی دارد.

با این حال بیشتر اوقات، متخصصان صنعتی برای حفظ سطح فشار مطلوب برای گاز، روغن و مایعات با دمای بالا، به سیستم های سنجش جامع با ترانسمیتر های فشار ترکیب شده اعتماد می کنند.

ترانسمیتر های فشار گیج مجهز به اندازه گیری فشار مطلق با ملاحظات خاص صنعت برای پشتیبانی از نظارت بر فرآیند های سخت هستند. دیافراگم های فولادی نصب شده در مخازن تحت فشار می توانند تغییر شکل های دقیقه مربوط به نیروی وارد شده را ثبت کنند، که این امر به نوبه خود توسط یک سنسور فشار در داخل ترانسمیتر فشار گیج به سرعت به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. با توجه به این ویژگی فشار را می توان از راه دور اندازه گیری کرد، یا از طریق نمایشگر های بصری و کاربر پسند در محل توسط ترانسمیتر فشار اندازه گیری و نظارت کرد.

برای کسب اطلاعات بیشتر  و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.

سنسورهای مورد استفاده در اندازه گیری فشار

به طور کلی سنسورها بر اساس تکنیک مورد استفاده در فشار مکانیکی بر روی یک سیگنال الکترونیکی متناسب طبقه بندی می شوند. همه تکنیک ها یک هدف واحد دارند: تبدیل فشار اعمال شده بر حسگر به سیگنال الکترونیکی متناسب با آن:

• ظرفیت متغیر (خازنی)
• پیزو-مقاومت (کرنش سنج)
• پتانسیومتری
• پیزو الکتریک
• مقاومت مغناطیسی متغیر
• طنین انداز-رزونانت
• نوری

و غیره...

سنسور پیزو-مقاومت یا استرین گیج

پیزو-مقاومت به تغییر مقاومت الکتریکی با تغییر شکل/انقباض در نتیجه فشار اعمال شده اشاره دارد. آنها عمدتاً توسط عناصر کریستالی (کرنش سنج) به هم پیوسته در پل (wheatstone) با مقاومت های دیگر تشکیل می شوند که تنظیم صفر، حساسیت و جبران دما را ارائه می دهند. مواد ساخت و ساز بسته به سازنده متفاوت است و امروزه حسگرهای حالت جامد به راحتی پیدا می شوند.

معایب: محدوده دمای عملیات محدود، قابل استفاده در محدوده های فشار پایین، زیرا سیگنال تحریک بسیار کم، ناپایدار و ناپایدار تولید می کنند.

در حال حاضر به اصطلاح مبدل فیلم وجود دارد که از رسوب بخار یا تزریق عناصر کرنش سنج مستقیماً بر روی دیافراگم ساخته می شود و ناپایداری را به دلیل استفاده از چسب بر روی آلیاژ مدل های سیم متصل به حداقل می رساند. مزیت بزرگ این است که سیگنال الکتریکی سطح بالاتری تولید می کند، اما در دماهای بالا کاملا آسیب پذیر است. زیرا دما بر مواد چسبنده استفاده شده هنگام چسباندن سیلیکون به دیافراگم تأثیر می گذارد.

چندین تکنیک مبتنی بر تولید حسگرهای سیلیکونی پیزومقاومتی (زیر لایه سیلیکونی) در حال ظهور هستند، با این حال مستعد تخریب سیگنال در تابع دما هستند و نیاز به جبران از مدارهای پیچیده، به حداقل رساندن خطا و حساسیت صفر دارند. آنها در کاربردهایی که در معرض دوره های طولانی درجه حرارت بالا هستند، کاملاً غیر قابل دوام هستند. زیرا انتشار در این شرایط بسترها را تخریب می کند.

شکل 8 - سنسور پیزو مقاومت

سنسور پیزو الکتریک

ماده پیزو الکتریک کریستالی است که تنش اختلاف متناسب با فشار اعمال شده بر روی سطوح خود ایجاد می کند: کوارتز، نمک روشل، باریم تیتانیوم، تورمالین و غیره... تغییر شکل فیزیکی در اثر یک فشار پیزو الکتریسیته توسط پیر و ژاک کوری در سال 1880 کشف شد.

نقطه ضعف آنها این است که به مدار امپدانس بالا و تقویت کننده با بهره بالا نیاز دارند و در برابر نویز حساس هستند. علاوه بر این، به دلیل ماهیت دینامیکی آنها اندازه گیری فشار حالت جامد را انجام نمی دهند. با این حال، مزیت آنها پاسخ سریع است.

رابطه بین بار الکتریکی و فشار اعمال شده به کریستال عملاً خطی است:

q = مربع x آپ

p - فشار اعمال شده، A - ناحیه الکترود، Sq - حساسیت،

q - بار الکتریکی، C - ظرفیت کریستال، خروجی ولتاژ Vo

شکل 9a - سنسور پیزوالکتریک

شکل 9b - سنسور پیزوالکتریک

سنسور طنین انداز رزونانت

آنها به طور کلی از اصل فناوری که به عنوان سیم ارتعاشی شناخته می شود پیروی می کنند. یک سیم پیچ مغناطیسی به دیافراگم متصل است که وقتی تحت یک میدان مغناطیسی قرار می گیرد که جریان الکتریکی را هدایت می کند، نوسان می کند. فرکانس نوسان متناسب با جذر ولتاژ سیم (انبساط/فشرده سازی) است. سنسور رزونانس سیلیکون از سیم استفاده نمی کند، بلکه از سیلیکون برای تشدید با فرکانس های مختلف انبساط/رزونانس (یک تابع 1/f2) استفاده می کند. سنسور توسط یک کپسول سیلیکونی که روی یک دیافراگم قرار دارد تشکیل می شود که هنگام اعمال اختلاف فشار می لرزد و فرکانس ارتعاش به فشار اعمال شده بستگی دارد. برخی از سنسورهای تشدید به تکنیک‌های جبران دما از طریق دماهای سخت‌افزاری/نرم‌افزاری پیچیده، با افزایش تعداد قطعات، که به صفحات الکترونیکی بیشتری در برخی تجهیزات نیاز دارند، نیاز دارند.

سنسور خازنی

این سنسورها قابل اعتمادترین هستند و در میلیون ها برنامه استفاده شده اند. آنها بر اساس مبدل هایی هستند که فشار اعمال شده به سنسورهای دیافراگم باعث ایجاد تغییر در ظرفیت بین آنها و دیافراگم مرکزی می شود. این تغییر معمولاً برای تغییر فرکانس نوسان ساز، به عنوان عنصر پل خازن و همچنین برای تغییر فرکانس نوسانگر استفاده می شود. این فرکانس را می توان مستقیماً توسط CPU اندازه گیری کرد و به فشار تبدیل کرد. در این مورد هیچ تبدیل A/D وجود ندارد و به دقت و حذف انحرافاتی که در تبدیل‌های آنالوگ/دیجیتال با آن مواجه می‌شوند، کمک می‌کند. شایان ذکر است که این اصل خواندن کاملا دیجیتال است و از اواسط دهه 80 توسط Smar استفاده می شود. Smar تنها شرکت برزیلی و یکی از معدود شرکت‌هایی است که این نوع سنسورها را تولید می‌کند. آنها خطی هستند و عملاً نسبت به تغییرات دما حساس نیستند و برای ابزار دقیق و کنترل فرآیند مورد علاقه هستند، زیرا عملکرد عالی در پایداری، دما و فشار استاتیک دارند. برخی از بهترین ویژگی های آنها:

• ایده آل برای کاربردهای فشار کم و بالا.
• خطای احتمالی کل و در نتیجه تغییرپذیری فرآیند را به حداقل برسانید.
• ایده آل برای برنامه های کاربردی جریان.
• پاسخ خطی آن‌ها دقت محدوده‌پذیری بالایی را ممکن می‌سازد.

شکل 10 - نمونه ای از ساخت حسگر خازنی

سنسور نوری

آنها هنوز به خوبی شناخته نشده اند، اما در زیر برخی از نقاط عطف تکامل فیبر نوری آورده شده است:

• این تکنولوژی توسط فیزیکدان هندی ناریندر سینگ کانپانی اختراع شد.
• 1970: Corning Glass چند متر فیبر نوری با تلفات 20db/km تولید کرد.
• 1973: یک مدار فیبر نوری در ایالات متحده نصب شد.
• 1976: آزمایشگاه های بل یک پیوند تلفنی به طول 1 کیلومتر را در آتلانتا، GA نصب کردند و ثابت کردند که استفاده از آن برای ارتباطات تلفنی عملا امکان پذیر است.
• 1978: تولید فیبرهای نوری در چندین مکان جهان با تلفات زیر 1.5 دسی بل در کیلومتر آغاز شد.
• 1988: اولین کابل زیردریایی فیبر نوری در اقیانوس غوطه ور شد و بزرگراه اطلاعات را به وجود آورد.
• 2004: فیبرهای نوری سالانه 40 میلیارد دلار به فروش می رسد.
• 2007: فیبر نوری برزیل 30 ساله شد و بازار فیبر نوری تمام آمریکایی 237 میلیون دلار صورتحساب داشت.
• 2014: بازار سنسورهای فیبر نوری آمریکا حدود 237 میلیون دلار صورتحساب دارد.

حساسیت سنسورهای فیبر، یعنی اختلال قابل اندازه گیری با شدت کمتر، ممکن است به موارد زیر بستگی داشته باشد:

• تغییرات بی نهایت کوچک در برخی از پارامترهای مشخصه فیبر مورد استفاده، زمانی که فیبر عنصر حسگر است.

تغییرات در خواص نور استفاده شده، زمانی که فیبر کانالی است که نور از طریق آن به محل مورد آزمایش برگشت و عقب می رود.

حسگرهای فیبر نوری فشرده هستند و حساسیت قابل مقایسه با دستگاه های معمولی مشابه را نشان می دهند. سنسورهای فشار با استفاده از یک غشای متحرک در یکی از انتهای فیبر ساخته می شوند. مزایای این سنسورها عبارتند از: حساسیت بالا، اندازه کوچک، انعطاف پذیری و مقاومت، وزن کم، طول عمر طولانی، فاصله انتقال طولانی، واکنش شیمیایی مواد کم، ایده آل برای کار در محیط ذاتا ایمن، ولتاژ بالا و محیط خطرناک، عایق الکتریکی، الکترومغناطیسی ایمنی، مالتی پلکس شدن سیگنال ها، به عنوان مثال یک فیبر واحد می تواند ده ها سنسور برای اندازه گیری ارتعاش، فشار، دما، جریان چند فازی، تغییر شکل و غیره داشته باشد.

برای کسب اطلاعات بیشتر  و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.

تکنیکی که در ساخت حسگر نوری استفاده می شود تداخل سنج فابری-پروت است، دستگاهی که عموماً برای اندازه گیری طول موج با دقت بالا مورد استفاده قرار می گیرد. که دو آینه نیمه بازتابنده آن (از شیشه یا کوارتز) در یک راستا قرار دارند و حداکثر کنتراست حاشیه ای و فاصله بین آنها را فراهم می کنند. تنوع مکانیکی تغییر فاصله می تواند توسط فشار ایجاد شود و به عنوان یک سنسور فشار عمل می کند.

طول حفره Fabry-Pero دیافراگم فولادی ضد زنگ کانکتور ورودی کابل فیبر نوری

شکل 11 - سنسور فشار با اصل Fabry-Pero

تجهیزات صنعتی برای اندازه گیری فشار

در صنعت در میان چندین تجهیزات مورد استفاده برای اندازه گیری فشار، دو مورد از آنها را می توان افزایش داد: مانومتر و ترانسمیتر فشار.

مانومتر برای خواندن فشار موضعی استفاده می شود و معمولاً یک اتصال به فرآیند و یک نمایشگر (در صورت الکترونیکی) یا یک اشاره گر (در صورت مکانیکی) برای خواندن فشار محلی دارد. آنها معمولاً دستگاه های ارزان قیمتی هستند که در مواقعی استفاده می شوند که فشار لازم نیست به سیستم کنترل منتقل شود و نیازی به دقت نیست. مثلا فشارهای استاتیکی، فشار پمپ ها و ... مدل های اختلاف فشار، بهداشتی و ... نیز وجود دارد.

شکل 12 – انواع مانومتر.

یک ترانسمیتر فشار هوشمند فناوری حسگر و الکترونیک آن را ترکیب می کند.

به طور معمول، باید ویژگی های زیر را ارائه دهد:

• سیگنال خروجی دیجیتال؛
• رابط ارتباط دیجیتال (HART/4-20mA، Foundation Fieldbus، Profibus-PA)؛
• جبران فشار و دما؛
• ثبات؛
• کالیبراسیون آسان؛
• محدوده مجدد (با یا بدون مرجع)؛
• خود تشخیصی؛
• نصب و کالیبراسیون آسان؛
• قابلیت اطمینان بالا؛
• هزینه کم و دوره نصب و نگهداری کوتاه؛
• کاهش نفوذ/نفوذ فشار؛
• صرفه جویی در فضا در نصب؛
• اجازه ارتقاء فن آوری های Foundation Fieldbus و Profibus PA.
• منابع رابط EDDL و FDT/DTM.
• حفاظت گذرا، بدون قطبیت منبع تغذیه؛
• قفل فیزیکی برای انتقال حضانت و غیره

کاربران باید در مورد برخی از نکات محتاط باشند تا از پرداخت قیمت های بالاتر برای چیزی که استفاده نمی کنند یا توسط برنامه مورد نیازشان نیست، اجتناب کنند:

• دقت و بردپذیری: اگر واقعاً به ترانسمیتر فشار با این ویژگی ها نیاز دارند، فرمول های دقت را تجزیه و تحلیل کنید و توجه داشته باشید که گاهی اوقات دقت در همه محدوده ها اعلام نمی شود. همچنین سایر ویژگی‌ها مانند زمان پاسخ، مجموع، بلوک PID و غیره را تماشا کنید زیرا احتمالاً در برنامه‌هایشان مفیدتر هستند.
• حفاظت از سرمایه گذاری: تجزیه و تحلیل هزینه قطعات یدکی ترانسمیتر فشار، قابلیت تعویض بین مدل ها، سادگی مشخصات، ارتقاء به سایر فناوری ها (Foundation Fieldbus، Profibus PA)، خدمات فنی، پشتیبانی فنی، مدت زمان تغییر مکان، و غیره. اینها عواملی هستند که ممکن است مختل شوند.

نمودار الکترونیکی

شکل 13 – LD400 – ترانسمیتر فشار 4-20 میلی آمپر HART با سنسور خازنی، صفحه تک الکترونیکی، کارایی بالا (ترانسمیتر با بهترین زمان پاسخگویی در بازار)

ترانسمیتر ‌های فشار ریزپردازش شده دارای مزیت بزرگی هستند که امکان تعامل بهتر با کاربر را با رابط‌های دوستانه فراهم می‌کنند. علاوه بر این، ویژگی های خود تشخیصی آنها به شناسایی مشکلات کمک می کند. ظهور شبکه های فیلدباس امکان استخراج حداکثر شناسایی مشکلات ممکن را فراهم کرد. این ترانسمیتر ها دارای دقت بیشتر، پایداری الکترونیکی بالاتر از مدل های آنالوگ هستند و علاوه بر آن تنظیمات و کالیبراسیون را آسان تر می کنند. فناوری دیجیتال همچنین اجرای الگوریتم های قدرتمند را برای بهبود عملکرد و دقت اندازه گیری و نظارت بر خط عمر تجهیزات را امکان پذیر می کند.

کاربردهای ترانسمیترهای فشار معمولی

اندازه گیری سطح مایع با استفاده از ترانسمیتر فشار

اندازه گیری سطح مایع در ظروف یک کاربرد بسیار محبوب برای ترانسمیتر های اختلاف فشار از نوع اختلاف فشار است. آنها اغلب مقرون به صرفه ترین راه حل هستند. مایعات درون مخزن فشار حد بالا (سر) ایجاد می کند که می تواند در پایین مخزن اندازه گیری شود. فشار سر تابعی از ارتفاع مایع و چگالی مایع است. اگر مخزن یک ظرف باز باشد، اندازه گیری را می توان با دستگاه فشار گیج انجام داد، اما همانطور که در بیشتر مخازن معمول است، مقدار فشار تولید شده اغلب بسیار کم است.

فشار سر کمتر از H2O 400 "معمولاً عادی است. حد بالای ترانسمیتر فشار گیج معمولاً بسیار بزرگتر هستند. دقت بهتر در اندازه گیری با استفاده از یک ترانسمیتر فشار از نوع اختلاف فشار و تهویه پورت فشار کم به جو حاصل می شود.

اگر مخزن یک ظرف بسته باشد، ترانسمیتر فشار از نوع اختلاف فشار حتی یک راه حل مقرون به صرفه تر است. مایعات فرار در صورت خارج شدن از هوا بخارات را آزاد می کنند و در نتیجه باید از آنها جلوگیری شود تا به محیط زیست آسیب نرسد. هنگامی که در یک مخزن آب بندی شده نگهداری می شوند، بخار آزاد می کنند تا زمانی که تعادل فشار حاصل شود. فشار بخار در بالای مایع قرار می گیرد و به فشار سر اضافه می شود که در پایین مخزن اندازه گیری می شود. برای محاسبه صحیح سطح مایع، فشار بخار باید از فشار کل سر کم شود. در اینجا دوباره به جای استفاده از دو ترانسمیتر فشار گیج مستقل، می توان از یک ترانسمیتر فشار از نوع اختلاف فشار استفاده کرد تا فشار کل سر و فشار بخار را دریافت کند. اختلاف فشار نماینده فشار خالص سر یا ارتفاع سطح مایع است. موارد بیشتری در کاربردهای سطح مخزن وجود دارد تا توضیحات ساده ارائه شده در اینجا. دیافراگمهای جداسازی، ایمپالسهای پر شده، نصب فیزیکی یعنی فلنج و غیره باید مورد توجه قرار گیرند. فن آوری های جایگزین نیز توجه به مواردی مانند التراسونیک، رادار و لودسل را الزامی می کنند.

شکل 14 - اندازه گیری سطح مخزن باز با استفاده از ترانسمیتر فشار

مخزن باز

• PL = Patm (atmospheric pressure)
• PH = Patm + h. p. g
• DP= PH - PL = n. p. g = K. h
• سمت پایین TRM برای فشار اتمسفر باز است.
• فقط برای مایعات

شکل 15 - اندازه گیری سطح مخزن بسته با استفاده از ترانسمیتر فشار

مخزن بسته

• PL = Ptop (steam pressure)
• PH = Ptop + h .  pg
• DP= PH - PL = h. p. g = K. h
• سمت پایین TRM متصل به قسمت بالایی مخزن
• فقط برای مایعات

برای کسب اطلاعات بیشتر  و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.

اندازه گیری جریان با استفاده از ترانسمیتر فشار

مشهورترین کاربرد برای ترانسمیتر فشار از نوع اختلاف فشار، اندازه گیری افت فشار از طریق صفحه دیافراگم برای اندازه گیری جریان است.

کتابهای زیادی در این زمینه نوشته شده است، بنابراین هدف این مقاله بررسی جزئیات لازم برای مهندسی یک راه حل کامل نیست. هدف در اینجا صرفاً آگاهی بیشتر از ترانسمیتر فشار است. صفحه اوریفیس، لوله پیتوت، ونتوری، مخروط V و غیره... نمونه هایی از عناصر جریان اولیه هستند که با عبور مایعات از محدودیت خود ترانسمیتر فشار، افت فشار ایجاد می کنند. مقدار محدودیت متناسب با فرایندهای لوله کشی، فشارها و جریان تنظیم شده است. افت فشار متناسب با اندازه محدودیت است، و به خاصیت سیال به عنوان مثال چگالی، ویسکوزیته و یا سرعت سیال بستگی دارد.

با اندازه گیری افت فشار از طریق ترانسمیتر فشار از نوع اختلاف فشار ایجاد شده در سراسر عنصر اصلی، می توان جریان سیال را محاسبه کرد. خروجی های فشار واقع در بالادست و پایین دست عنصر جریان به درگاه های ورودی زیاد و پایین ترانسمیتر فشار از نوع اختلاف فشار متصل می شوند. فشار در خط ممکن است به بیش از 1000 psi برسد اما افت فشار معمولاً بسیار کم است.

استفاده از دو ترانسمیتر فشار گیج مجزا و کم کردن قرائت ها منجر به خطای ترکیبی دو ترانسمیتر با span اندازه گیری گسترده می شود. نتیجه یک اندازه گیری بسیار ضعیف است که به ندرت برای کنترل مناسب است. استفاده از یک ترانسمیتر فشار از نوع اختلاف فشار اجازه می دهد تا اندازه گیری با یک ترانسمیتر در یک بازه بسیار کوچکتر انجام شود و منجر به دقت بسیار بهتر شود. همچنین با کاهش نیاز به ترانسمیتر فشار دوم، میزان سیم کشی فیلد را کاهش می دهد. مقدار اختلاف فشار در ترانسمیتر فشار به طور کلی در "inches H2O" بیان می شود. سپس این مقدار از طریق یک معادله اجرا می شود تا فشار خوانده شده را به مقدار جریان تبدیل کند. یک روش ساده برای تبدیل از فشار به جریان این است که ریشه مربع فشار را بگیرید، آن را به صورت درصد جریان بیان کنید و مقدار جریان را از درصد محاسبه کنید.

مثال: عنصر جریان به گونه ای طراحی شده است که جریان کامل را 1000 گالن در دقیقه و در افت فشار 100 "H2O نشان دهد. ریشه مربع H2O 100 اینچ 10 است که به صورت 100٪ جریان بیان می شود. در شرایط عملیاتی اگر فشار در H2O 49 "باشد ، ریشه مربع 7 خواهد بود که 70٪ جریان را نشان می دهد. 70٪ جریان معادل 700 GPM است. عملکرد انجام محاسبه ریشه مربع اغلب در ترانسمیتر فشار انجام می شود تا نمایشگر محلی بتواند به جای خواندن فشار، مقدار جریان را بخواند.

توجه: استفاده از یک ترانسمیتر فشار DP بی سیم با یک لوله پیتوت متوسط می تواند یک روش بسیار ارزان برای افزودن نقاط اندازه گیری جریان در نیروگاه ها باشد که می خواهد اندازه گیری تعادل انرژی بهتری داشته باشد.

شکل 16 - اندازه گیری جریان لوله پیتوت

لوله پیتوت

PL = Pstatic (static pressure)

PH = Pstatic + Qv2 . k

DP= PH - PL =Qv2 . k

Qv =K. √ DP

برای گاز، بخار یا مایع مناسب است.

شکل 17 – اندازه گیری جریان صفحه اوریفیس

صفحه اوریفیس

• PL = Pstatic (static pressure)
• PH = Pstatic + Qv2 . k
• DP= PH - PL =Qv2 . k
• Qv = K. √ DP
• مناسب برای گاز، بخار یا مایع.

کیفیت صفحه فیلتر

بسیاری از فرایندها برای اطمینان از اینکه ذرات بزرگ از هم جدا شده و در پایین دست مجاز به عبور نیستند، به فیلتر مایعات نیاز دارند. فیلترها بسته به نیاز کاربر در اشکال و اندازه های مختلف وجود دارد. ممکن است یک صفحه مشبک گسترده در سرتاسر آب مصرفی نیروگاه تا فیلتر مش به اندازه میکرون در یک کارخانه رنگدانه سازی رنگ باشد. صرف نظر از نوع مشتری، رویکرد کیفیت پاکیزگی فیلتر بسیار مشابه است. همانطور که یک فیلتر ذرات را به دام می اندازد، فضای آزاد عبور مایعات را کاهش می دهد. محدودیت در فضای آزاد باعث افزایش فشار در سمت بالادست فیلتر می شود. با اندازه گیری فشارهای بالادست و پایین دست می توان تعیین پاکیزگی فیلتر را بدست آورد. افزایش اختلاف فشار نشانگر گرفتگی فیلتر است.

همانند فرآیند اندازه گیری جریان که قبلاً توضیح داده شد، فشارهای بالادست اغلب بسیار بیشتر از مقدار افت فشار خواهند بود. بنابراین در اینجا اندازه گیری اختلاف فشار در ترانسمیتر فشار دقت بسیار بیشتری را فراهم می کند و تعداد دستگاه های مورد نیاز برای انجام اندازه گیری را کاهش می دهد.

اندازه گیری حجم و جرم با استفاده از ترانسمیتر فشار

شکل 18 - اندازه گیری حجم با استفاده از ترانسمیتر فشار

با استفاده از تابع جدول می توان فشار سطح را به جرم تبدیل کرد.

شکل 19 - اندازه گیری جرم با استفاده از ترانسمیتر فشار

لوازم جانبی مهم برای اندازه گیری فشار و انواع آنها

با توجه به تعداد زیاد کاربردهای ممکن، هنگام استفاده از ترانسمیترهای فشار باید برخی از لوازم جانبی موجود باشد. رایج ترین آنها منیفولدها و آب بندی های راه دور هستند که در شکل 20 در زیر نشان داده شده است. آب بندی از راه دور برای انتقال فشار به نقطه ای دور از سنسور یا حتی اطمینان از شرایط مناسب برای اندازه گیری در موارد دمای فرآیند استفاده می شود. منیفولدها دریچه های کوچکی هستند که برای کمک به انجام تجهیزات، کالیبراسیون و عملیات تعمیر و نگهداری استفاده می شوند.

شکل 20 - لوازم جانبی برای چندین برنامه ترانسمیتر فشار

نحوه انتخاب ترانسمیترهای فشار

استفاده از مشخصات ناقص یا داده های متناقض در مستندات برای به دست آوردن ترانسمیترهای فشار بسیار رایج است. در نگاه اول، آنها مانند موارد ساده پروژه به نظر می رسند، اما بسیاری از جزئیات هستند که اگر به درستی مشخص نشده باشند. ممکن است منجر به تلفات در هنگام نصب یا حتی در حین عملیات شوند و آسیب می تواند بیشتر از ارزش تجهیزات مربوطه باشد. .

این مبحث به دنبال روشن شدن چند سوال اساسی در مورد فرآیند تعیین ترانسمیترهای فشار است.

چه چیزی را اندازه گیری کنیم؟

فشار مانومتریک، فشار مطلق، اختلاف فشار، سایر واحد های استنتاج شده از اندازه گیری مانند جریان، سطح، حجم، نیرو، فشار چگالی و غیره با استفاده از ترانسمیتر فشار.

توجه داشته باشید که اندازه گیری فشار کمتر از فشار اتمسفر لزوماً به ترانسمیتر فشار مطلق نیاز ندارد. ترانسمیترهای فشار مطلق فقط برای جلوگیری از تأثیر تغییرات فشار اتمسفر توصیه می شوند. این تأثیر تنها در هنگام اندازه گیری فشارهای بسیار نزدیک، بیش از یا زیر فشار اتمسفر، حیاتی خواهد بود. در هر جای دیگری می توان از ترانسمیترهای فشار مانومتریک بدون مشکل استفاده کرد.

چرا اندازه گیری فشار؟

به طور کلی، فشار برای نظارت یا کنترل فرآیند اندازه گیری می شود. ایمنی؛ کنترل کیفیت، معاملات تجاری سیال، مانند انتقال حضانت، اندازه گیری مالی. مطالعات و تحقیقات؛ توازن جرم و انرژی

این اهداف باید در هنگام انتخاب تجهیزات در نظر گرفته شود. سوالات دقیق تر در مورد عملکرد مانند: دقت، فشار بیش از حد و محدودیت فشار استاتیک، پایداری و غیره، ممکن است هزینه های پروژه را به طور غیر ضروری افزایش دهد. عملاً همه سازندگان بیش از یک نسخه از ترانسمیتر ها را با ویژگی های فنی متفاوت و مشخصاً با قیمت های متفاوت ارائه می دهند.

سیال فرآیند کدام است؟

تامین کننده باید در مورد مشخصات سیال مطلع شود. در بیشتر موارد، سازنده ممکن است مواد یا اتصالات خاصی را توصیه کند، اما تصمیم نهایی همیشه بر عهده کاربر یا شرکت مهندسی استخدام شده خواهد بود. اینها چند سیال فرآیند اساسی برای انتخاب ترانسمیتر فشار مناسب هستند:

• حالت (مایع، گاز، بخار): موقعیت تخلیه/تهویه شیر را مشخص می کند.
• حداکثر فشار فرآیند: برای ارزیابی فشار بیش از حد ترانسمیتر فشار و محدودیت فشار استاتیک مهم است.
• حداکثر دمای فرآیند: ممکن است برای استفاده از آب بندی از راه دور یا صرفاً برای حفظ حداقل فاصله از خط ضربه (لوله) تعیین کننده باشد.

ویژگی های اختیاری ترانسمیتر فشار

برخی از ویژگی های اختیاری را می توان در منبع ترانسمیتر فشار گنجاند:

• نشانگر محلی: این آیتم خیلی پرهزینه نیست و بسیار مفید است، زیرا نه تنها خواندن متغیرها در واحدهای مهندسی (kgf/cm2، bar، mmH2O، Pa، psi و غیره) را امکان پذیر می‌کند، بلکه پیکربندی ترانسمیتر فشار را در زمانی که پیکربندی در دسترس نیست انجام میتوان داد.
• منیفولد: بسته بندی محصول (خرید ترانسمیتر فشار + منیفولد) دارای مزایای تجاری است و از ناسازگاری های فنی در نصب جلوگیری می کند.
• پشتیبانی از لوله 2 اینچی: یک مورد تقریباً اجباری. برخی از تکیه گاه ها نیز امکان نصب بر روی سطوح صاف را فراهم می کنند. برای مقاومت بهتر در برابر اتمسفرهای خورنده، حداقل مهره ها و ضخامت های فولادی ضد زنگ باید مشخص شود.
• گلند کابل: این مورد را می توان با ترانسمیتر فشار سفارش داد. با این حال، برای اطمینان از سازگاری با گیج کابل مشخص شده، باید روی مواد نصب درج شود.

برای کسب اطلاعات بیشتر  و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.

پروتکل ارتباطی ترانسمیتر فشار

رایج ترین پروتکل های ارتباطی عبارتند از: 4-20 mA + HART، Foundation Fieldbus و Profibus PA.

برخی از تولیدکنندگان ترانسمیتر هایی را به بازار عرضه می کنند که نسخه پروتکل خود را به سادگی با جایگزینی برد مدار الکترونیکی یا فقط سفت افزار تغییر می دهند تا امکان استفاده از آنها در سیستم های مختلف فراهم شود.

همچنین، آنها با ترانسمیتر های فشار، سی‌دی‌هایی را با تمام آرشیوها (DD و DTM) ارائه می‌کنند که ارتباط و قابلیت همکاری با چندین سیستم کنترل موجود را تضمین می‌کند.

ابزار مخصوص ترانسمیتر فشار

ترانسمیتر فشار دارای پروتکل‌های Foundation Fieldbus یا Profibus PA نیازی به پیکربندی‌های قابل حمل ندارند، زیرا ابزارهای پیکربندی شبکه نصب شده بر روی رایانه‌های نظارتی یا هر ایستگاه مهندسی نیز قادر به دسترسی و پیکربندی دستگاه‌ها هستند. برای پروژه های معمولی (4-2-mA + HART)، توصیه می شود که پیکربندی های دستی تهیه کنید. در برخی از ترانسمیتر ها، با استفاده از منابعی مانند پیچ گوشتی مغناطیسی یا دکمه های محلی، پیکربندی را می توان مستقیماً روی دستگاه ها انجام داد.

پیش پیکربندی ترانسمیتر فشار

در ترانسمیتر ‌های معمولی، معمولاً بدون هزینه اضافی می‌توان برخی تنظیمات اولیه را از سازنده درخواست کرد: استخراج ریشه مربع. محدوده کالیبره شده؛ نشانگر نمایش در واحدهای مهندسی و/یا واحدهای ویژه، به عنوان مثال: m3/h، l/h، m3. در این مورد، واحد و مقیاس باید قبلا نشان داده شود.

گواهینامه های ترانسمیتر

معمول است که کاربر از سازنده گواهی کالیبراسیون صادر شده توسط آزمایشگاه اندازه گیری که توسط RBC ردیابی می شود درخواست کند. گواهی های استاندارد در مرحله تولید دستگاه تولید و صادر می شود. سایر گواهی‌های کالیبراسیون، زمانی که توسط آزمایشگاه‌های ردیابی RBC صادر می‌شوند، ممکن است به شرایط تحویل طولانی‌تری نیاز داشته باشند و هزینه‌های اضافی را نیز در بر داشته باشند.

زمانی که ترانسمیتر فشار در مناطق خطرناک استفاده می شوند باید گواهی مهم دیگری را رعایت کرد. پروژه‌ها برای این موارد مقرراتی مطابق با ضد انفجار، افزایش ایمنی یا ایمنی ذاتی اتخاذ می‌کنند. گواهینامه ها مجزا هستند و کاربر مسئول استفاده صحیح از آن است. همین امر در مورد SIS، سیستم‌های ابزار دقیق ایمنی نیز صدق می‌کند.

اتصالات خاص ترانسمیتر

در کاربردهایی با سیالات تهاجمی، دما یا ویسکوزیته بالا، مواد جامد معلق، آب بندی از راه دور یا ترانسمیتر های یکپارچه توصیه می شود. ترانسمیتر فشار آب بندی انتگرال را ترانسمیتر سطح می نامند. در صورت امکان، باید از استفاده از مهر و موم اجتناب شود، زیرا این مهر و موم ها دقت اندازه گیری را کاهش می دهند، زمان پاسخ ترانسمیتر فشار را افزایش می دهند و تحت تأثیر دمای محیط قرار می گیرند. مهر و موم با اتصالات فلنجی باید با فلنج های فرآیندی سازگار باشد و طبقات فشار تعیین شده روی جداول فشار و دمای استانداردهای مربوطه را رعایت کند.

محدوده فشار / بردپذیری

سازندگان یک اصطلاح استاندارد را اتخاذ می کنند که باید شناخته شود:

• URL: حد بالایی محدوده کالیبراسیون.
• LRL: محدوده کالیبراسیون محدوده پایین تر، به طور کلی LRL = -URL.
• URV: مقدار بالای محدوده کالیبراسیون (باید کوچکتر یا مساوی URL باشد).
• LRV: مقدار کمتر محدوده کالیبراسیون (باید بالاتر یا مساوی LRL باشد).
• SPAN: URV – LRV (باید بالاتر از حداقل SPAN دستگاه باشد).

نسبت URL / حداقل SPAN محدوده پذیری دستگاه را مشخص می کند.

کاتالوگ های سازنده عموما URL، LRL و حداقل SPAN را برای چندین محدوده ترانسمیتر فشار نشان می دهند. توجه داشته باشید که حداقل SPAN برای یک محدوده خاص همیشه بالاتر از URL همان محدوده پایین تر خواهد بود. مثال:

• محدوده 4 - URL: 25 kgf/cm2 ; حداقل دهانه: 0.21 کیلوگرم بر سانتی متر مربع؛ فشار بیش از حد یا محدودیت فشار ساکن: 160 کیلوگرم بر سانتی متر مربع.
• محدوده 5 - URL : 250 kgf/cm2 ; حداقل دهانه: 0.21 کیلوگرم بر سانتی متر مربع؛ فشار بیش از حد یا محدودیت فشار ساکن: 320 کیلوگرم بر سانتی متر مربع.

برای کاربرد برد کالیبره شده 0 تا 20 کیلوگرم بر سانتی متر مربع، می توان از محدوده 4 یا حتی محدوده 5 استفاده کرد. با این حال، محدوده پایین تر همیشه باید انتخاب شود. تمام مشخصات برای پایداری، اثر دما، اثر فشار استاتیک با مقادیر درصد URL تعیین می شود. یک استثنا برای این انتخاب زمانی است که بتوان به فشار بیش از حد یا فشار استاتیک رسید. در مثال بالا، این حد 160 کیلوگرم بر سانتی متر مربع برای محدوده 4 و 320 کیلوگرم بر سانتی متر مربع برای محدوده 5 است.

منابع عملکردی ترانسمیتر

برخی از ترانسمیترها منابع کاربردی بسیار جالبی دارند. برای ترانسمیتر های پروتکل بنیاد فیلدباس، دانستن کتابخانه بلوک عملکردی در دسترس مهم است. کاربر باید نه تنها در مورد تنوع این بلوک ها، بلکه از سیاست بازاریابی برای این منابع نیز مطلع باشد. برخی از سازندگان دستگاه را با برخی از بلوک‌های اولیه عرضه می‌کنند و برای گنجاندن بلوک‌های پیشرو، قیمت بیشتری را دریافت می‌کنند. همچنین مهم است که از تعداد بلوک هایی که می توان روی یک ترانسمیتر فشار واحد پردازش کرد آگاه بود. این محدودیت می تواند در پروژه هایی با حلقه های کنترل پیچیده تر حیاتی باشد.

برای ترانسمیتر های معمولی 4-20 mA + HART استفاده از قابلیت های اضافی نیز امکان پذیر است.

کنترل PID ترانسمیتر

با این پیکربندی، ترانسمیتر الگوریتم PID را با مقایسه متغیر فرآیند با یک نقطه تنظیم از پیش تنظیم شده اجرا می کند و سیگنال خروجی جریان را برای اتصال مستقیم به موقعیت دهنده شیر کنترل تولید می کند. این منبع برای حلقه‌های کنترل ساده که نیازی به مداخله اپراتور ندارند، همیشه به صورت خودکار با نقطه تنظیم ثابت معتبر است.

مجموع جریان ترانسمیتر فشار

ترانسمیتر فشار دیفرانسیل زمانی که در اندازه‌گیری جریان استفاده می‌شود، می‌تواند برای نشان‌دهنده محلی کل جریان، علاوه بر نشان‌دهنده آنی، پیکربندی شود.

کاربردهای ترانسمیتر فشار

از ترانسمیتر فشار به طور معمول در طیف وسیعی از بخشهای صنعتی استفاده می شود. در حفاری و اکتشاف نفت خارج از آب معمولاً از ترانسمیتر های فشار برای اندازه گیری مقادیر اختلاف فشار بین فضای داخلی و خارجی تجهیزات حساس به فشار استفاده می کنند. پارامترهای مختلفی باید حفظ شود تا اطمینان حاصل شود که فرایندهای حفاری و اکتشاف در یک استاندارد بین المللی و کارآمد انجام شده است. این امر در مورد تأسیسات پتروشیمی، صنایع گازی و شیمیایی در داخل دریا نیز صادق است.

صنایع زیادی برای حفظ شرایط مطلوب محصول از ترانسمیتر فشار استفاده می کنند که باید برای اطمینان از انتقال سیگنال ایمن و درنهایت استفاده دقیق از آنها نظارت شود.

ترانسمیتر فشار شناور چیست؟ اصول، مزایا

واحد شناور فشار هیدرواستاتیکی را در پایین مایع حس می کند. برای اندازه گیری سطح پیوسته طراحی شده است و سیگنال جریان متناسب با ستون آب را به ابزار دقیق بالادست منتقل می کند.

ترانسمیتر فشار شناوراز اثر پیزو مقاومت عناصر حساس به سیلیکون پراکنده برای تبدیل فشار ساکن به سیگنال الکتریکی استفاده می کنند.

ترانسمیتر فشار شناور

بخش سنسور ترانسمیتر سطح مایع را می توان مستقیماً در مایع قرار داد. واحد ترانسمیتر را می توان در محل کار ایمن با فلنج یا براکت ثابت کرد.

نصب و استفاده از سنسور بسیار راحت است. با یک کابل هواکش مخصوص برای یکسان سازی تغییرات فشار اتمسفر، سطح مایع اندازه گیری شده را با دقت انتقال می دهد. طول کابل که بستگی به کاربرد دارد.

ارتفاع از انتهای ترانسمیتر سطح آب تا سطح آب را می توان با قرار دادن مستقیم آن در ظرف یا بدنه آب به دقت اندازه گیری کرد و سیگنال سطح آب را می توان از طریق یک سیگنال جریان استاندارد 4-20 mA پس از جبران دما و تصحیح خطی به بیرون ارسال کرد.

به نام های مختلفی مانند ترانسمیتر سطح فشار استاتیک، سنسور سطح شناور، سطح سنج آب شناور و غیره نامیده می شود.

جایی که اندازه گیری شناور ترجیح داده می شود؟

یک پراب شناور چیزی نیست جز یک سنسور فشار که به گونه ای خاص محصور شده است تا مایع وارد آن نشود و به مدار حساس آسیب برساند.

پروب های شناور زمانی استفاده می شوند که امکان قرار دادن سنسور سطح در کنار مخزن یا ظرف وجود نداشته باشد. کاربردهایی وجود دارد که این امر غیرممکن است، که نمونه ای معمولی از اندازه گیری سطوح در چاه ها است.

اصول کار

ترانسمیتر سطح مایع شناور بر اساس این اصل کار می کند که فشار استاتیکی روی سنسور متناسب با ارتفاع مایع است.

هنگامی که ترانسمیتر سطح مایع در عمق معینی در سطح مایع مورد اندازه گیری قرار می گیرد، فشار بر روی صفحه جلویی سنسور اعمال می شود و

Ρ = ρ. g. H + Po

جایی که:

P =فشار وارد شده بر روی صفحه ترانسمیتر فشار

= Pچگالی مایع اندازه گیری شده

g = شتاب گرانش

= Po فشار اتمسفر روی سطح مایع

H  = عمق ترانسمیتر فشار در مایع

در همان زمان، فشار مایع از طریق فولاد ضد زنگ رسانای گاز به حفره فشار مثبت سنسور وارد می شود.

سپس فشار اتمسفر Po روی سطح مایع به حفره فشار منفی سنسور متصل می شود تا پو در پشت سنسور جبران شود به طوری که فشار اندازه گیری شده توسط سنسور شناور ρ.g.H باشد.

از توضیحات بالا مشخص است که با اندازه گیری فشار P می توان عمق سطح مایع را بدست آورد.

ترانسمیتر سطح غوطه وری محافظت شده در قفس

شکل زیر ترانسمیتر سطح شناور با قفس محافظت شده است.

ایده آل برای مخازن دوغاب، فاضلاب، همچنین در اندازه گیری سطح مخزن فاضلاب.

برای مخازن دوغابی که ممکن است لجن یا تلاطم وجود داشته باشد بسیار مناسب است.

مزایای ترانسمیتر فشار شناور

در زیر به مزایای ترانسمیتر های شناور اشاره شده است.

• سطح مایع را می توان به طور مستقیم حس کرد و اثرات کف کردن و رسوب محیط فرآیند بر اندازه گیری تأثیر نمی گذارد.
• اندازه گیری دقیق
• ثبات خوب
• نصب انعطاف پذیر و آسان برای استفاده.
• اندازه کوچک، سبک وزن
• سنسورهایی با ساختار ضد لرزش
• نصب آسان شناور
• این سنسور بر اساس پیشرفته ترین فناوری ریزپردازنده کار می کند.

برنامه های کاربردی

عمق یا سطح اندازه گیری چاه ها.

اندازه گیری سطح مایع غوطه ور به طور گسترده ای در چاه ها، معادن، کارخانه های آب، تصفیه خانه های فاضلاب، تامین آب شهری، استخرهای شنای بلند، استخرهای نفت، مخازن آب صنعتی، هیدروژئولوژی، مخازن، رودخانه ها، اقیانوس ها و غیره استفاده می شود.

انواع سیم کشی فرستنده 4-20 میلی آمپر: 2-سیم، 3-سیم، 4-سیم

ترانسمیتر ها با طیف گسترده ای از خروجی های سیگنال در دسترس هستند. سیگنال آنالوگ 4-20 میلی آمپر تا کنون رایج ترین مورد استفاده در کاربردهای صنعتی است. چندین گزینه سیم کشی فیزیکی 4-20 میلی آمپر وجود دارد. ترانسمیتر های صنعتی برای نظارت بر پارامترهای بسیاری از جمله فشار، دما و جریان و غیره در دسترس هستند. آشکارسازها / ترانسمیتر های گاز خروجی های 4-20 میلی آمپر را ارائه می دهند، که در آن 4 میلی آمپر برابر با صفر و 20 میلی آمپر معادل یک عدد کامل است. خواندن مقیاس محدوده کالیبره شده. این سیگنال به یک صفحه کنترل از راه دور ارسال می شود. پانل کنترل از این سیگنال استفاده می کند و اقدامات اجرایی را از طریق کنتاکت های رله فعال می کند، به عنوان مثال. آلارم های صوتی و تصویری یا شروع برخی از سفرها یا حتی مراحل خاموش کردن کارخانه. ترانسمیتر ها در اشکال و اندازه های مختلف هستند و با انواع مختلفی از سنسورها متصل می شوند. سیگنال خروجی ترانسمیتر نشان دهنده متغیر مورد اندازه گیری می تواند ولتاژ یا جریان باشد.

حلقه های خروجی آنالوگ ترانسمیتر

یک حلقه خروجی آنالوگ ترانسمیتر شامل ترانسمیتر، منبع تغذیه و دستگاه گیرنده است که می تواند یک پی ال سی یا DCS باشد.

درست مانند هر ابزار دیگری، ترانسمیتر ها برای کار کردن به منبع تغذیه نیاز دارند. اما آیا ترانسمیتر 2 سیم 3 سیم و 4 سیم است؟

تعریف اتصالات 2، 3 و 4 سیمی

2-اتصالات سیمی:

تمام دستگاه‌های موجود در یک حلقه جریان 4-20 میلی آمپری برای کارکرد باید از جایی تغذیه شوند. دستگاه های دو سیمه توان خود را از خود حلقه سیگنال فرآیند دریافت می کنند. برق حلقه معمولاً از منبع تغذیه ترانسمیتر یا نوع دیگری از منبع تغذیه خارجی تأمین می شود و تمام توان سیستم از طریق سیم هایی که سیگنال را نیز حمل می کنند، منتقل می شود. از آنجایی که این راه‌اندازی فقط به دو سیم نیاز دارد، ابزارهای حلقه‌دار به عنوان دستگاه‌های دو سیم نیز شناخته می‌شوند.

مزیت - فایده - سود - منفعت

• صفحه نمایش ساده و آسان برای ترانسمیتر 4-20 میلی آمپر
• راه حل کم هزینه برای نمایش
• تاییدیه های آژانس آسان (هدف ایمنی)
• برق محلی مورد نیاز نیست

عیب

• گزینه های خروجی محدود
• از رله پشتیبانی نمی کند
• از نمایشگرهای LED پشتیبانی نمی کند

ترانسمیتر 4 سیم

ساده ترین شکل حلقه اندازه گیری 4-20 میلی آمپری است که در آن ترانسمیتر دارای دو ترمینال برای اتصال سیم های سیگنال 4-20 میلی آمپر و دو ترمینال دیگر است که در آن منبع تغذیه وصل می شود. این ترانسمیتر ها "4 سیم" یا خود تغذیه نامیده می شوند. سیگنال جریان از ترانسمیتر به پایانه های ورودی متغیر فرآیند پی ال سی برای تکمیل حلقه متصل می شود.

منبع تغذیه بسته به مدل می تواند AC یا DC باشد.

مزایای ترانسمیتر 4 سیم

• قابلیت های بیشتر از 2 سیم (رله، ال ای دی، ارتباطات سریال)
• درک سیم کشی آسان تر است
• نیازی به نگرانی در مورد افت ولتاژ نیست
• ایزولاسیون عالی (قدرت از ورودی/خروجی)

معایب ترانسمیتر 4 سیمی

• به منبع تغذیه محلی جداگانه نیاز دارد
• به طور کلی گران تر است
• نیازهای بیشتر سیم کشی
• گزینه های محدود منطقه خطرناک

ترانسمیتر 3 سیم:

اتصال سه سیمه اساساً همان اتصال چهار سیمه است با این تفاوت که جداسازی مورد بحث وجود ندارد. یک دستگاه سه سیم در مقایسه با حلقه فعلی شناور نمی شود. در یک اتصال سه سیم، سیگنال فرآیند برگشت از دستگاه و مشترک منبع تغذیه یک اتصال مشترک است.

مزیت - فایده - سود - منفعت

• هزینه کمتر از 4 سیم
• سیم کشی آسان تر (اتصالات کمتر)

عیب

• بدون انزوا، بسیار حساس به حلقه های زمین
• ممکن است برای سیم گیج کننده باشد.

برای کسب اطلاعات بیشتر  و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.

مقایسه ترانسمیتر و ترانسدیوسر

اول از همه، اجازه دهید در مورد اصطلاحات ترانسدیوسر و ترانسمیتر بحث کنیم. برخی از افراد به شما خواهند گفت که ترانسدیوسر و ترانسمیتر یکسان هستند و بنابراین شرایط قابل تعویض هستند. اگر کنجکاو هستید، این دو عبارت را در وب جستجو کنید و از طیف گسترده نتایج شگفت زده خواهید شد!

ترانسدیوسر

ترانسدیوسر وسیله ای است که یک شکل انرژی را به دیگری تبدیل می کند.

به عنوان مثال، یک ترانسدیوسر الکتریکی یک متغیر فیزیکی حس شده مانند دما را به یک سیگنال الکتریکی آنالوگ تبدیل می کند.

ترانسمیتر

ترانسمیتر وسیله ای است که سیگنال الکتریکی مبدل را به سیگنال الکتریکی بسیار بزرگتری تبدیل می کند که می تواند در مسافت طولانی به یک پی ال سی یا یک DCS ارسال شود.

سیگنال خروجی ترانسمیتر

سیگنال خروجی ترانسمیتر معمولاً محدوده ای از ولتاژ (1 تا 5 ولت) یا جریان (4 تا 20 میلی آمپر) است که نشان دهنده 0 تا 100 درصد متغیر فیزیکی حس شده است.

ترانسمیتر فشار

ترانسمیتر فشار ابزاری است که به یک ترانسدیوسر فشار متصل است.

خروجی یک ترانسمیتر فشار یک ولتاژ الکتریکی آنالوگ یا یک سیگنال جریان است که نشان دهنده 0 تا 100٪ محدوده فشاری است که توسط مبدل حس می شود.

اندازه گیری دیافراگم

بخش حسگر واقعی ترانسدیوسر که با فشار حس‌شده تماس برقرار می‌کند، بر اساس چندین فناوری و مواد از قبیل استرین گیج، ظرفیت خازنی و پتانسیومتری است.

فرآیند واقعی توسط یک دیافراگم اندازه گیری از مواد حسگر جدا می شود.

نوع حسگر انتخاب شده با توجه به کاربرد و محیطی که در آن استفاده می شود تعیین می شود.

اندازه گیری فشار

ترانسمیتر های فشار می توانند فشار مطلق، گیج یا فشار تفاضلی را اندازه گیری کنند.

فشار مطلق

فشار مطلق به یک خلاء کامل اشاره دارد که 0 psi در نظر گرفته می شود! فشار خلاء را 0 psi (a) بیان می کنیم.

فشار اتمسفر معمولاً 14.7 psi (a) است.

فشار سنج

رایج ترین اندازه گیری فشار، فشار گیج است که فشار کل منهای فشار اتمسفر است. فشار اتمسفر 0 psi (گرم) است.

همانطور که در مقالات قبلی خود بحث کردیم، تطبیق پذیری یک ترانسمیتراختلاف فشاربه ما انعطاف پذیری برای اندازه گیری سطح و جریان و همچنین فشار می دهد.

نمونه ترانسمیتر فشار

بیایید به نمونه ای از یک ترانسمیتر فشار که فشار فرآیند گازها را در یک خط لوله اندازه گیری می کند نگاهی بیندازیم.

ترانسمیتر فشار یک سیگنال جریان را به پی ال سی ارسال می کند که نشان دهنده فشار فرآیند است.

ترانسمیتر فشار به گونه ای کالیبره شده است تا محدوده جریان 4 تا 20 میلی آمپر را برای محدوده فشار فرآیند 0 تا 350 psi ارائه دهد.

خلاصه مقایسه ترانسمیتر و ترانسدیوسر

- برخی افراد به شما خواهند گفت که ترانسدیوسر و ترانسمیتر یکسان هستند و بنابراین این اصطلاحات قابل تعویض هستند. - ترانسدیوسر وسیله ای است که یک شکل انرژی را به دیگری تبدیل می کند.
– ترانسمیتر وسیله ای است که سیگنال الکتریکی مبدل را به سیگنال الکتریکی بسیار بزرگتری تبدیل می کند که می تواند در مسافت طولانی به یک پی ال سی یا یک DCS ارسال شود.

– ترانسمیتر فشار ابزاری است که به یک ترانسدیوسر فشار متصل است.

- خروجی یک ترانسمیتر فشار یک ولتاژ الکتریکی آنالوگ یا یک سیگنال جریان است که 0 تا 100٪ محدوده فشار حس شده توسط ترانسدیوسر را نشان می دهد.

- ترانسمیترهای فشار می توانند فشارهای مطلق، گیج یا دیفرانسیل را اندازه گیری کنند.

برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد ترانسمیتر فشار و مشاوره رایگان با شماره های 88341674-021 | 88341172-021 تماس حاصل فرمایید.

---

مقالات مرتبط