سنسور فشار

ترنسدیوسر فشار یک نوع مبدل است که تغییرات در فشار ورودی اعمال شده به سنسور را به یک سیگنال الکتریکی غیر کالیبره و تقویت نشده تبدیل می کند که معمولا این سیگنال استاندارد نبوده و قابلیت انتقال به تجهیزات و کنترل کننده ها در فاصله مکانی دور را ندارد.

ترانسمیتر فشار تجهیزی است که تغییرات در فشار ورودی اعمال شده به سنسور را به یک سیگنال الکتریکی یا نیوماتیکی استاندارد و تقویت شده تبدیل می کند، که می توان این سیگنال را به کنترل کننده ها و تجهیزاتی که در فاصله مکانی دورتر نصب شده اند (بدون افت کیفیت) انتقال داد.

یک سنسور فشار در واقع وظیفه دارد که فشار یک گاز یا یک مایع را اندازه گیری کرده و به ما اعلام کند. تعریف فشار اگر بخواهیم خیلی دقیق بگوییم در واقع نیرویی است که بر سطح مورد نظر وارد میشود . سنسور های فشار در صنعت بسیار مورد استفاده قرار میگیرند و برای کنترل و مانیتورینگ بسیار از پروسه های صنعتی از آنها استفاده می شود. گاهی هم به شکل غیر مستقیم در اندازه گیری متغیر های دیگر نقش دارند.

به این محصولات گاهی اسامی چون مبدلهای فشار، ترنسمیتر فشار، فرستنده فشار، نشان دهنده فشار، پیزومتر و مانومتر و … هم داده میشود. مانند دیگر محصولات صنعتی ، این محصولات از لحاظ طراحی و مدل کاربرد و عملکردشان و در نهایت تکنولوژی به کار رفته در آنها ممکن است با یکدیگر فرق کنند که این تفاوت در قیمت آنها هم طبعا اثر دارد. از لحاظ آماری ، بالای سیصد شرکت در دنیا در حال تولید این سنسوها هستند . برخی از این محصولات اندازه گیرنده تغییرات سریع در فشار هستند مثلا در اندازه‌گیری فشار احتراق سیلندر موتور و یا گاز توربین این سنسورها کاربرد دارند.

جنس این محصولات عموما از مواد پیزوالکتریک است که کوارتز یکی از آنها می باشد. از گستره تفاوت این سنسورها میتوان به دوربینهای کنترل ترافیک اشاره کرد که به شکل باینری یا اصطلاحا دودویی و خاموش/ روشن کار می‌کنند. معمولا در این موارد ، وقتی فشاری به سنسور فشار وارد می شود ، سنسور یک مدار الکتریکی را قطع یا وصل می‌کند. در صنعت اصطلاحا به آنها سوئیچ فشار هم میگویند.

روش های اندازه گیری فشار

یک سنسور فشار میتواند بر حسب بازه اندازه گیری و یا بازه دمای عملکردی و در آخر بر اساس نوع فشار اندازه گیری ، به سه دسته تقسیم شوند. اگر بخواهیم بر حسب نوع فشار آنها را تقسیم بندی کنیم ، میتوانیم به این دسته ها اشاره کنیم :

سنسور فشار مطلق

این سنسور فشار یک نقطه نسبت به خلأ کامل یا به عبارت دیگر صفر psi را اندازه می‌گیرد . فشار اتمسفریک ۱۰۱٫۳۲۵ KPa (یا ۱۴٫۷psi) در سطح دریا نسبت به خلأ است.

سنسور فشار گیج GAUGE

این محصول این امکان را میدهد که برای اندازه‌گیری فشار یک نقطه نسبت به فشار اتمسفریک در نقطه دیگر کالیبره شود . گیج فشار تایر مثالی از نشانگر فشار گیج است. هنگامی که گیج فشار تایر مقدار صفر psi را می‌خواند فشار داخل تایر ۱۴٫۷ psi است. یعنی برابر با فشار اتمسفر. البته این محصولات کاربرد های دیگری هم دارند که در اینجا فرصت نمی شود به همه آنها اشاره کرد.

سنسور فشار خلا

زمانی که بخواهیم فشار کمتر از فشار اتمسفر ر ا اندازه گیری کنیم از این محصول استفاده میکنیم. مرجع این محصولات در صنایع ممکن است متفاوت باشد ، اندازه گیری فشار نسبت به فشار امسفر یا فشار نسبت به فشار خلا.

سنسور فشار

سنسور فشار تفاضلی

این محصول کارش این است که دو یا چند قسمت را انتخاب میکنیم و این سنسور تفاضل بین فشار آن دو نقطه را به ما میگوید. برخی کاربردهای واقعی این محصولات عبارتند از : اندازه‌گیری افت فشار در فیلتر روغن.

سنسور فشار مهر شده یا SEALED

این محصول تقریبا مشابه سنسور فشار گیج میباشد اما نکته مهم در آن اینست که موقع ساخت ، برای اندازه گیری فشار نسبت به فشار سطح دریا کالیبره شده است.

انواع سنسورهای آنالوگ

این سنسورها را اساسا به دو نوع تقسیم بندی میکنند : جمع کننده نیرو : در این محصولا از یک جمع کننده نیرو استفاده میشود مثل دیافراگم یا پیستون. چرا که این امکان را می دهد تا بتوانیم کشش را بر اساس نیروی اعمالی و فشار بر سطح اندازه گیری کنیم. گیج‌های کشش پیزو رزیستور : از اثر پیزو رزیستور گیج‌های کشش قرارداده شده بر روی تکیه گاه برای تعیین کشش ناشی از فشار اعمالی استفاده می‌کند. عموماً گیج‌های کشش در یک ساختار مدار پل وتستون اتصال می‌یابند تا خروجی سنسور را حداکثر کنند. این شایع ترین نوع تکنولوژی استفاده شده برای اهداف عمومی اندازه‌گیری فشار میباشد. این تکنولوژی‌ها با اندازه‌گیری فشار مطلق، گیج، خلأ و فشار تفاضلی سازگار میباشند.

خازنی

برای انداره گیری کشش بر آمده از فشار اعمال شده ، دیافراگم و کاواک را در جهت ایجاد خازن متغیر به کار میبرند .در محصولات ساده تر از فلز یا سرامیک و دیافراگم‌های سیلیکون استفاده می‌کنند. این محصولات برای اندازه گیری فشارهای کم کاربرد دارند. (مطلق، تفاضلی و گیج) در سنسور فشار نوع خازنی فشار تفاضلی به دیافراگم وارد می گردد که باعث می‌شود دیافراگم به یکی از صفحات خازن نزدیک شده و از دیگری دور شود؛ بنابراین ظرفیت خازن تغییر می‌کند که اثرات یا تغییرات آن مربوط به فشار وارد شده به دیافراگم است. تغییر ظرفیت خازن توسط مدار الکتریکی و ترنسمیتر تبدیل به سیگنال الکتریکی می‌شود که در واحدهای فشار کالیبره شده است.

الکترومغناطیسی

این سنسور فشار دارای دو سیم پیچ در ساختار خود می‌باشد که با یک هسته مغناطیسی کوپل شده‌اند. وقتی که فشار وارده ، دیافراگم را به حرکت وادارد ، منجر به جا به جایی هسته میشود.

پیزو الکتریک

سنسور فشار

اثر پیزو الکتریک در مواد معین همچون کوارتز کاربرد دارد تا کشش منشا شده از فشار را اندازه گیری کند. از این محصول برای اندازه گیری فشار های متغیر استفاده میکنند. برخی از کریستال ها که به پیزو الکتریک شهرت دارند ، به هنگام تغییر شکل مکانیکی ، سیگنال الکتریکی تولید میکنند ، بدین شکل که سطح ولتاژ تولید شده ، با میزان تغییر شکل ارتباط دارد.
در ادامه کریستال را به دیافراگمی فلزی وصل میکنند. از یک طرف دیافراگم با سیال فرایند در تماس است و از طرف دیگر به شکلی مکانیکی به کریستال وصل است. سیگنال ولتاژ خروجی کریستال دامنه کوچک و محدودی دارد ، در نتیجه احتیاج به یک تقویت کننده با امپدانس ورودی بالا دارد. از آنجا که نمیخواهیم سیگنالی را هدر دهیم ، تقویت کننده را در کنار سنسور نصب میکنیم . کریستال تا دمای ۴۰۰ فارنهایت را تحمل می‌کند.

نوری

این محصولت با استفاده از تغییر فیزیکی فیبر نوری در اندازه گیری کشش ناشی از فشار وارد شده، آن را می سنجند. از این محصول در شرایط و موقعیت هایی که دارای چالش هستند استفاده میشود. عمده کاربردش در شرایطی است که دسترسی در آنها محدودند یا دمای آن محیط بسیار بالا میباشد و یا در محیط هایی که دارای تداخلات الکترومغناطیسی میباشد و اندازه گیری از راه دور امکان پذیر نیست.

پتانسیومتری

از حرکت جاروبک در طی مکانیزم مقاومتی در جهت اندازه گیری کشش نشات گرفته از فشار وارد شده استفاده میکند. در دیگر انواع این محصولات ، از خواص دیگر (مانند چگالی) برای اندازه گیری فشار گاز یا مایع استفاده می‌کنند.

رزونانس

زمانی که فشار وارد میشود ، باعث می شود که چگالی گاز تغییر کند ، این امر باعث می شود که در فرکانس رزونانس تغییر ایجاد شود. برای استفاده از این محصول معمولا از ابزار های جمع کننده نیرو استفاده میکنند که در بالا به آن پرداختیم. از طرف دیگر ، زمانی که عنصر رزونانس را به شکل مستقیم در کنار ماده قرار دهیم ، فرکانس نوسان ، وابسته به چگالی ماده می شود. در آخر باید گفت که مهمترین نکته این محصولات ، خروجی پایدار آنها میباشد.

دما

با اعمال فشار به گاز، چگالی آن تغییر می‌کند و به دنبال آن، گذردهی گرمایی آن تغییر می‌کند. نمونه رایج این سنسورها، گیج‌های پیرانی هستند.

یونیزاسیون

چناچه به گاز فشار وارد کنیم چگالی آن تغییر خواهد کرد که این امر خود موجب تغییر جریان یون های موجود در آن می باشد. . برای مثال میتوان به گیج‌های کاتد سرد و کاتد گرم اشاره کرد.

دیگر : راه‌های دیگر نیز برای استنتاج فشار از طریق چگالی وجود دارد. (سرعت صوت، جرم، ضریب شکست)

کاربرد سنسور فشار

کاربرد این محصولات در عرصه های متفاوت میباشد که برخی از آنها در پایین اشاره میکنیم :

اندازه گیری فشار

در تجهیزات هواشناسی ، هواپیماها ، ماشین ها و دیگر وسایلی که فشار ممکن است نقش مهمی را ایفا کند ، سنسورهای فشار اندازه گیری آن را بر عهده دارند.

اندازه گیری ارتفاع از سطح دریا

در هواپیماها ، ماهواره ها و یا حتی بالن های هواشناسی ، برای تخمین ارتفاع از سطح دریا کاربرد دارند. در واقع در این وسایل ، با تغییر فشار ، میزان ارتفاع از سطح دریا اندازه گیری میشود.

اندازه گیری جریان

به خاطر وجود اثر ونتوری و ارتباطی که با فشار دارد ، میتوان جریان را اندازه گیری کرد. اختلاف فشار میان دو طرف یک تیوب نتوری (با قطرهای دهانه مختلف) اندازه‌گیری می‌شود. این اختلاف فشار، با سرعت جریان گذرنده از تیوب ارتباط مستقیم دارد. از آنجا که این اختلاف فشار نسبتاً کوچک است از سنسور فشار با بازه کم استفاده می‌شود.

سنسور فشار

اندازه‌ گیری ارتفاع یا عمق

سنسور فشار حتی میزان ارتفاع مایعات را هم به ما نشان میدهد . معمولاً از این تکنیک برای اندازه‌گیری مکان جسم غوطه ور در آب (مانند غواص‌ها، زیر دریایی‌ها) و یا ارتفاع سطح مایع درون یک مخزن (مانند مایع داخل برج آب) استفاده می‌شود.