ترنسدیوسر | مبدل فشار
همانطور که در مقالات مربوط به سنسور فشار و ترنسمیتر و اندیکاتور فشار گفته بودیم از فشار به عنوان اعمال نیرو در واحد سطح تعریف می شود.
ابزارهای مختلفی برای اندازه گیری فشار استفاده می شود ، از جمله فشارسنج ها ، سنسورهای فشار ، مبدل های فشار و همچنین فرستنده های فشار. همچنین دستگاههای تخصصی برای اندازه گیری فشارهای شدید مانند فشار خلاء وجود دارد.
جهت یادآوری به صورت مختصر نگاهی گذرا بر کلیه ی تجهیزات فشار می اندازیم و در ادامه به مبحث ترنسمیتر و ترنسدیوسر به طور مفصل خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.
ترانسدیوسر فشار چیست؟
سنسور فشار یک مبدل یا ابزاری است که فشار مکانیکی ورودی در گازها یا مایعات را به سیگنال خروجی الکتریکی تبدیل می کند.
مبدل فشار شامل یک عنصر حساس به فشار است که می تواند فشار اعمال شده را اندازه گیری، تشخیص یا نظارت کند و قطعات الکترونیکی به اطلاعات به سیگنال خروجی الکتریکی تبدیل می شوند.
مبدل فشار سنسوری است که برای اندازه گیری فشار استفاده می شود. بسته به محل قرار دادن آن و نحوه اتصال آن، یک مبدل فشار می تواند فشار یک لوله یا مخزن، وزن یک جسم یا حتی عمق سیال بالای آن را به شما بگوید.
اکثر مبدل‌های فشار صنعتی از دو بخش فنی، یک مبدل و یک فرستنده، در داخل سومین بخش به همان اندازه مهم، محفظه ساخته شده‌اند.
مبدل فشار چه کاری انجام می دهد؟
مبدل یک عمل فیزیکی - اغلب یک ارتعاش - را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.
میکروفون ها و پیکاپ های روی گیتار الکتریک که هر دو امواج صوتی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند، مبدل هستند. بنابراین ، مبدل های فشار - فشار هوا، فشار سیال، فشار روغن و غیره را - به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند.
فشار به عنوان مقدار نیروی اعمال شده به یک واحد "مساحت" تعریف می شود و واحدهای فشار رایج پاسکال، بار، N/mm2 یا psi هستند.
مبدل های فشار اغلب از فناوری پیزو مقاومتی استفاده می کنند، زیرا عنصر پیزومقاومت کننده مقاومت الکتریکی خود را متناسب با کرنش (فشار) تجربه شده تغییر می دهد.
یک مبدل فشار چگونه کار می کند؟
برای درک نحوه عملکرد یک سنسور فشار صنعتی و نحوه اندازه‌گیری فشار، ابتدا باید علم فیزیک و مواد را در پشت اصل کار سنسور فشار و اثر مقاومتی پیزورزیو که توسط کرنش سنج اندازه‌گیری می‌شود، درک کرد.
کرنش سنج ، فویل فلزی مبدلی است که مقاومت الکتریکی آن با فشار اعمال شده تغییر می کند. به عبارت دیگر، نیرو، فشار، کشش، تراکم، گشتاور و وزن (معروف به سنسورهای وزن) را به تغییر در مقاومت الکتریکی تبدیل می‌کند که سپس می‌توان آن را اندازه‌گیری کرد.
کرنش سنج ها هادی های الکتریکی هستند که به صورت زیگزاگی به یک غشای محکم وصل شده اند. وقتی این فیلم کشیده می شود، آن - و هادی ها - کشیده و کشیده می شوند. وقتی هل داده می شود منقبض می شود و کوتاه تر می شود.
این تغییر شکل باعث می شود که مقاومت در هادی های الکتریکی نیز تغییر کند.
کرنش اعمال شده در مبدل فشار را می توان بر اساس این اصل تعیین کرد، زیرا مقاومت کرنش سنج با کرنش اعمال شده افزایش می یابد و با انقباض کاهش می یابد.
در بالا به بخشی از نحوه عملکرد مبدل فشار پرداختیم: یک مدار الکتریکی (معمولاً یک پل) به پشت دیافراگم، قطعه کوچکی از مواد انعطاف پذیر، متصل است.
با تغییر فشاری که دیافراگم در معرض آن قرار می گیرد، دیافراگم خم می شود و ویژگی های مدار تغییر می کند. این قسمت مبدل یک مبدل فشار است.
با این حال، برای اینکه اندازه گیری استفاده زیادی داشته باشد، باید در جایی مخابره شود:
به یک نمایشگر یا یک سیستم کنترل و غیره
بنابراین یک فرستنده اندازه گیری را به یک سیگنال استاندارد--4-20 میلی آمپر، مدباس، mV/V و غیره تبدیل می کند. و آن را به هر سیستم کنترل یا نمایشی که به آن متصل است، ارتباط می دهد.
مواردی وجود دارد که نشان دادن مبدل فشار به عنوان جدا از یک فرستنده فشار مفید است، به عنوان مثال، تفاوت بین اندازه گیری فیزیکی و سیگنال الکترونیکی.
در واقع هیچ کدام بدون دیگری قابل استفاده نیستند.
یک مبدل فشار بدون فرستنده فشار سیگنالی بسیار ضعیف تولید می کند که نمی تواند به یک کنترل کننده مخابره شود و فرستنده بدون مبدل هیچ پیامی برای برقراری ارتباط ندارد.
بخش جدایی ناپذیر نحوه عملکرد مبدل فشار نحوه ساخت آن برای اندازه گیری فشار است.
پنج نوع اصلی اندازه گیری فشار
فشار سنج
زمانی که فشار اندازه‌گیری‌شده با فشار اتمسفر موضعی (یعنی فشار یکسان در داخل و خارج مخزن/کشت/لوله و غیره) برابر باشد، عدد صفر را نشان می‌دهد.
فشارهای بالاتر از فشار اتمسفر را ثبت می کند.
بدنه مبدل برای پذیرش فشار اتمسفر در حال تغییر هوادهی می شود.
فشار خلاء
همچنین زمانی که فشار اندازه گیری شده برابر با فشار اتمسفر باشد، "0" را می خواند، اما فقط زمانی ثبت می شود که فشار اندازه گیری شده کمتر از اتمسفر باشد (فشار منفی).
فشار مرکب تهویه شده (یا فشار گیج مرکب)
گیج و خلاء را در یک حسگر واحد ترکیب می کند:
زمانی که فشار نظارت شده برابر با فشار اتمسفر باشد، "0" را می خواند، فشار کمتر و بالاتر از اتمسفر را ثبت می کند و تخلیه می شود.
فشار مهر و موم شده (یا فشار گیج مهر و موم شده)
بدنه مبدل برای محافظت از وسایل الکترونیکی در برابر رطوبت، گرد و غبار یا سایر خطرات محیطی آب بندی شده است.
از آنجایی که بدنه مهر و موم شده است، اندازه‌گیری فشار تغییرات فشار اتمسفر را منعکس می‌کند (به عنوان مثال، طوفانی که به داخل می‌وزد باعث افزایش خوانش می‌شود زیرا فشار اتمسفر در حال کاهش است).
بنابراین فشار مهر و موم شده به طور کلی برای اندازه گیری های فشار بالا که در برابر تغییرات فشار اتمسفر غیرقابل نفوذ هستند، رزرو می شود.
فشار مطلق
بدنه مبدل در شرایط خلاء (فشار 0 مطلق) آب بندی می شود. برای محدوده های فشار نسبتا کم استفاده می شود تا تغییرات جوی قابل مشاهده باشد.
نحوه انتخاب یک مبدل فشار
مبدل فشار و نمایشگر، همه در یک واحد برای اندازه‌گیری چه مبدل فشاری، و کجا و خروجی مورد نیاز، بیشترین تعیین کننده را هنگام انتخاب بین مبدل‌های فشار انجام می‌دهد.
سپس یک فشارسنج | مبدل و نمایشگر که در یک واحد ترکیب شده اند - این کار را به خوبی انجام می دهد از سوی دیگر، فشار خط بر روی دکل های فرکینگ را تنها می توان به طور ایمن توسط مبدل های فشار با اتصالات فرآیند اتحاد چکشی اندازه گیری کرد.
بنابراین، همانطور که اغلب در اینجا می گوییم، برنامه تا حد زیادی تعیین می کند که چه نوع مبدل فشاری انتخاب می شود.
برخی از سوالاتی که برای اطمینان از تناسب فناوری خوب باید به آنها پاسخ داده شود.
سوالات کاربردی
- مبدل در شرایط "عادی" چه محدوده فشاری را اندازه گیری می کند؟
- آیا این محدوده با اندازه گیری فشار سنج، خلاء، مرکب، مهر و موم شده یا فشار مطلق به بهترین وجه ارائه می شود؟
- مبدل تحت شرایط "غیر طبیعی" با چه فشارهایی ممکن است مواجه شود؟
- ترانسدیوسر چگونه به لوله، مخزن، خط، مخزنی که در آن فشار را اندازه گیری می کند متصل می شود؟
- آیا مبدل ماده ای را اندازه گیری می کند که خورنده یا تهاجمی شیمیایی است؟
سوالات زیست محیطی
- آیا بدنه مبدل در معرض عناصر قرار می گیرد، تا حدودی در پناه قرار می گیرد یا در مایع غوطه ور می شود؟
- آیا مبدل در معرض ارتعاشات قوی، شوک ها یا رفتارهای خشن قرار می گیرد؟
سوالات خروجی
- چه نوع خروجی الکتریکی از مبدل مورد نیاز یا مورد نظر است؟
- نزدیکترین منبع تغذیه / منبع تغذیه مورد نظر چقدر فاصله دارد؟
- سیگنال خروجی چقدر باید طی کند (برای کنترل، نمایش یا هر دو)؟
کاربردهای مبدل فشار
راه ها و مکان های زیادی وجود دارد که می توان از مبدل فشار استفاده کرد.
هر نوع سیستم تجاری یا صنعتی که از پمپ ها استفاده می کند باید بتواند فشار خط را قبل و بعد از آن پمپ ها نظارت کند. مبدل های فشار می توانند این کار را انجام دهند.
از مبدل های فشار می توان برای:
- نظارت بر وزن اعمال شده توسط یک قوچ هیدرولیک یا حتی یک جت جنگنده استفاده کرد!
- روی یک مبدل فشار در پایین یک ظرف حاوی مایع می تواند برای محاسبه سطح مایع بالای آن استفاده شود.
- بنابراین، مبدل‌های فشار شناور می‌توانند سطح آب را در یک چاه عمیق، فاضلاب در ایستگاه بالابر یا حتی سوخت دیزل تصفیه شده در مخزن ذخیره‌سازی را اندازه گیری کنند.
- مبدل‌های فشار راهی هستند که می‌توان از دکل‌های فرکینگ گرفته تا سیستم‌های فرآیند صنعتی و دریچه‌های کاهش فشار سیستم آب به منظور اطمینان از فشار مناسب یک سیستم تحت فشار ، استفاده کرد.
- مبدل های فشار برای ایمن نگه داشتن افراد و تجهیزات، خوانش فشار مهمی را ارائه می دهند.