انتخاب سنسور فشار مناسب

برای کنترل اکثر فرآیند های صنعتی، سنجش فشار امر بسیار مهمی محسوب می شود. در ادامه به نکات لازم در خصوص انتخاب سنسور فشار مناسب اشاره می کنیم.

سنسور فشار، اطلاعات فشار را تبدیل به یک سیگنال الکتریکی می کند. اکثر سنسورهای فشار، تغییر شکل دیافراگم را با توجه به تفاوت در فشار اعمال شده بر هر دو جهت، مورد سنجش قرار می دهند. سازنده ها برای چنین محصولاتی از عناوین مختلفی استفاده می کنند. «سنسور فشار» و «ترانسدیوسر فشار» می توانند به عنوان هم معنی و معادل استفاده شوند. اصطلاح «ترانسمیتر فشار» برای سنسور فشاری استفاده می شود که مجهز به قطعات الکترونیکی است که به آن اجازه ارائه یک سیگنال خروجی استاندارد شده را می دهد.

در این راهنمای خرید ما فقط از اصطلاح «سنسور» استفاده می کنیم، نه «ترانسمیتر»

انواع مختلف سنسورهای فشار کدامند؟

جهت انتخاب سنسور فشار مناسب لازم است با سه نوع فشار که هر کدام به طراحی های مختلف سنسور مرتبط می شوند آشنا باشیم. اکثر سنسورهای فشار، تغییر شکل دیافراگم که تحت تاثیر فشار اعمال شده روی آن شکل گرفته است را مورد سنجش قرار می دهند، و این امری است که دانستن آن بسیار مهم است.

از آنجایی که دیافراگم دو سمت (پهلو) دارد، فشار دیگری، روی سمت دیگر آن نیز اعمال می شود. تغییر شکل (انحراف) اندازه گیری شده نتیجه تفاوت فشار بین دو سمت مختلف دیافراگم می باشد.

سنسور های فشار بر اساس «فشار مرجع» به سه دسته تقسیم می شوند که باید در نظر گرفته شود:

1. فشار مطلق (Absolute pressure):

در سنسور فشار ابسولوت (مطلق) سمت دوم دیافراگم در خلاء قرار می گیرد و تغییر شکل آن دقیقاً به فشار اندازه گیری شده مرتبط می گردد.

2. فشار نسبی (Relative pressure):

در سنسور فشار نسبی سمت دوم دیافراگم تحت فشار اتمسفر قرار می گیرد، بنابراین تغییر شکل آن به تفاوت میان فشار اندازه گیری شده و فشار اتمسفر (محیط) مرتبط می گردد.

3. فشار تفاضلی (Differential pressure):

در فشار سنسور فشار تفاضلی برای هر سمت دیافراگم دو ورودی مجزا وجود دارد. پس تغییر شکل آن مربوط به تفاوت فشار میان این دو ورودی می شود.

چرا سنسور فشار ابسولوت (مطلق) را انتخاب کنیم؟

تفاوت میان سنسور فشار مطلق و سنسور فشار نسبی در این است که سنسور فشار مطلق، فشار را نسبت به فشار مرجع که خلاء است می سنجد در حالی که سنسور فشار نسبی، فشار را نسبت به فشار اتمسفر می سنجد، به عبارت دیگر تفاوت میان فشار فرآیند و فشار اتمسفر را اندازه گیری می کند.

هنگام انتخاب سنسور، اولین ملاک می بایست نقطه مرجع شما باشد: اینکه آیا مایل هستید فشار مقایسه شده با فشار اتمسفر را بدانید یا خیر؟

سنسور فشار مطلق تنها سنسوری است که قادر به سنجش فشار اتمسفر می باشد پس می توان از آن برای سنجش فشار بارومتریک استفاده کرد.

از جمله کاربردهای آن ها شامل سنجش ارتفاع براساس تغییر فشار اتمسفر به هنگام تغییر ارتفاع می باشد.

فشار اتمسفر با توجه به تغییرات آب و هوایی می تواند تا حدود ۳۰ میلی بار (۳۰ mbar) متغیر باشد و اگر ارتفاع سنسور تغییر کند (متغیر بین سطح دریا و ارتفاع ۲۰۰۰ متر)، می تواند تا حدود ۲۰۰ میلی بار (۲۰۰mbar) نیز متغیر باشد. بنابراین یک سنسور فشار نسبی ممکن است با توجه به تغییرات فشار اتمسفر، برای یک میزان فشار مشخص ، دچار  خطای اندازه گیری شود و فشار های متفاوتی را اندازه گیری کند. برای فشارهای بالا این خطا قابل چشم پوشی است، اما برای فشارهای پایین چشمگیر است. بنابراین دراین مورد بهتر است از سنسور فشار مطلق استفاده شود.

سنسور فشار ابسولوت وگا (VEGA)

چرا سنسور فشار نسبی (گیج) را انتخاب کنیم؟

تفاوت میان سنسور فشار مطلق و سنسور فشار نسبی را فراموش نکنید. سنسور فشار مطلق، فشار را نسبت به فشار مرجع خلاء می سنجد و سنسور فشار نسبی نسب به فشار اتمسفر. در واقع سنسور های فشار نسبی تفاوت میان فشار فرآیند و فشار اتمسفر  را می سنجند.

هنگام انتخاب سنسور، اولین ملاک می بایست نقطه مرجع شما باشد: اینکه آیا مایل هستید تفاوت فشار فرآیند با فشار اتمسفر را بدانید یا خیر؟ سنسور فشار نسبی هنگامی کاربرد دارد که بخواهید تاثیر فشار اتمسفر بر روی سنجش را حذف کنید.

برای مثال وقتی از سنسور فشار برای اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک (Hydrostatic) مایعات (برای اندازه گیری سطح مایعات) استفاده می شود، با توجه به اینکه سطح مایع درون مخزن نیز درمعرض فشار اتسمفر است، سنسور فشار نسبی فقط اجازه سنجش فشار هیدرواستاتیک را می دهد و تاثیر متغیرها بر فشار جوی را حذف می کند.

سنسور فشار نسبی IFM

چرا سنسور فشار تفاضلی را انتخاب کنیم؟

سنسور فشار تفاضلی دارای دو پورت فشار ورودی است که وقتی مایل به دانستن تفاوت فشار میان دو نقطه باشیم مورد استفاده قرار می گیرد. برای مثال می توان برای کاربردهایی از آن بهره گرفت که با استفاده از افت فشار، فلو محاسبه می شود.

سنسور فشار تفاضلی امگا (Omega)

کدام تکنولوژی سنسور را باید انتخاب کنیم؟

هنگامی که نوع فشاری که باید اندازه گیری کنید را مشخص کردید می توان روی تکنولوژی سنسور تمرکز کرد.

سنسور فشار پیزومقاومتی

در سنسور فشار پیزومقاومتی (Piezoresistive pressure sensor)، فشار باعث اعمال نیرویی بر روی عنصر حسگر شده و منجر به تغییر در مقاومت آن می شود. سنسورهای فشار پیزومقاومتی حساسیت بالایی دارند، مستحکم هستند و همچنین مقاومت حرارتی بالایی دارند. اما سیگنال خروجی آنها ضعیف است.

سنسور فشار پیزوالکتریکی

در سنسور فشار پیزو الکتریکی (Piezoelectric pressure sensor)، فشار باعث اعمال نیرو بر عنصر حسگری که از مواد پیزو الکتریک ساخته شده می گردد و از این رو منجر به ایجاد ولتاژ در این عنصر می گردد. این سنسور ها می توانند دامنه ی بسیار گسترده ای از سنجش و نیز مقاومت حرارتی بسیار خوبی داشته باشند. با این حال سیگنال خروجی آنها ضعیف است و در مقایسه با سنسورهای پیزو مقاومتی از دقت و درستی کمتری برخوردار هستند.

سنسور فشار خازنی

در سنسور فشار خازنی (Capacitive pressure sensor)، دیافراگم یکی از صفحات خازن است. دیافراگم تحت فشار تغیر حالت می دهد و ظرفیت الکتریکی خازن را تغییر می دهد. این سنسورها سطح دقت و حساسیت بالایی ارائه می دهند و می توانند فشارهای پایین را در محدوده mbar اندازه گیری کنند. با این حال این سنسورها هنگام قرار گرفتن در معرض لرزش خوب کار نمی کنند به دلیل اینکه لرزش، اندازه گیری و سنجش آنها را متزلزل و ناپایدار می کند.

 سنسور فشار پیزومقاومتی کلر (Keller)

چگونه سنور فشار را انتخاب کنیم؟

وقتی مشخص کردید که کدام یک از سنسورهای فشار مطلق، نسبی یا تفاضلی احتیاج دارید و همچنین تکنولوژی سنسور فشار خود را نیز انتخاب کردید، آنگاه مدل مناسب را با توجه به ملاک های زیر انتخاب کنید.

• اول از همه مهم است که سنسوری انتخاب کنیم که محدوده اندازه گیری آن، با دامنه فشاری که می خواهید اندازه بگیرید همخوانی داشته باشد. برای این مهم متغیرهای فشار در شرایط نرمال و شرایط احتمالی را نیز در نظر بگیرید.
• دمای عملیات نیز مهم است. اکثر سنسورها دامنه عملیاتی بین ۲۵- تا ۱۰۰ درجه سانتیگراد دارند. علاوه بر آن مهم است از سنسورهایی استفاده کنیم که برای تحمل دماهای بالاتر طراحی شده اند.
• سیگنال خروجی سنسور فشاری که انتخاب می کنید باید با اندازه گیری یا لوپ کنترل شما همخوانی داشته باشد.
• آخرین معیار مهم، انتخاب ترکیب بندی سنسور و چگونگی نصب شدن آن به نقطه مورد نظر می باشد.

اکثر سنسورها به منظور نصب آسان بر روی لوله، مخزن و غیره به صورت رزوه ای طراحی می شوند. همچنین برخی از سنسور ها با کانکشن فلنج به منظور اتصال به فرآیند ساخته می شوند.

نصب سنسورهای فشار فلاش دیافراگمی نیز محاسن خاص خود را دارد. در این ترکیب بندی دیافراگم سنسور هم سطح (تراز) با دیواره ی لوله است که باعث جلوگیری از مشکلات مربوط به گرفتگی ناشی از انباشتگی مواد در محیط های بدون فلو (جریان) می گردد. این سنسور ها برای مایعات حاوی عناصر جامد، به خصوص در صنایع غذایی، بسیار کاربردی می باشند.

سنسور فشار دیافراگمی هانیول (Honeywell)

نکات کلیدی در هنگام انتخاب سنسور فشار مناسب

مهم ترین نکات کلیدی در هنگام انتخاب سنسور فشار عبارتند از:

نوع سنسور فشار

تکنولوژی سنسور فشار

محدوده فشار

دمای عملکرد سنسور

سیگنال خروجی

نحوه نصب