معرفی ساده فرستنده فشار
به عنوان یک سنسور فشار که خروجی آن یک سیگنال استاندارد است، یک ترانسمیتر فشار ابزاری است که یک متغیر فشار را می‌پذیرد و آن را به یک سیگنال خروجی استاندارد متناسب تبدیل می‌کند. این ترانسمیتر می‌تواند پارامترهای فشار فیزیکی گاز، مایع و غیره که توسط سنسور لودسل احساس می‌شود را به سیگنال‌های الکتریکی استاندارد (مانند 4-20mADC و غیره) تبدیل کند تا ابزارهای ثانویه مانند آلارم‌های نشان دهنده، ضبط کننده‌ها، تنظیم کننده‌ها و غیره را برای اندازه‌گیری و نمایش و تنظیم فرآیند فراهم کند.
طبقه بندی ترانسمیترهای فشار
معمولاً فرستنده‌های فشاری که در مورد آنها صحبت می‌کنیم طبق این اصل تقسیم می‌شوند:
فرستنده‌های فشار خازنی، فرستنده‌های فشار مقاومتی، فرستنده‌های فشار القایی، فرستنده‌های فشار نیمه‌هادی و فرستنده‌های فشار پیزوالکتریک برای اندازه‌گیری فرکانس بالا. در میان آنها، فرستنده‌های فشار مقاومتی بیشترین کاربرد را دارند. فرستنده فشار خازنی، فرستنده Rosemount's 3051S را به عنوان نماینده محصولات رده بالا در نظر می‌گیرد.
ترانسمیترهای فشار را می‌توان بر اساس اجزای حساس به فشار به فلز، سرامیک، سیلیکون پخش‌شده، سیلیکون تک‌بلوری، یاقوت کبود، فیلم اسپاتر شده و غیره تقسیم کرد.
- فرستنده فشار فلزی دقت ضعیفی دارد، اما تأثیر دمایی کمی دارد و برای مناطقی با محدوده دمایی وسیع و نیاز به دقت کم مناسب است.
- حسگرهای فشار سرامیکی دقت بهتری دارند، اما بیشتر تحت تأثیر دما قرار می‌گیرند. سرامیک‌ها همچنین از مزیت مقاومت در برابر ضربه و مقاومت در برابر خوردگی برخوردارند که می‌توانند در زمینه پاسخ‌دهی مورد استفاده قرار گیرند.
- دقت انتقال فشار سیلیکون پخش‌شده بسیار بالا است و رانش دما نیز زیاد است، بنابراین معمولاً قبل از استفاده از آن، جبران دما لازم است. علاوه بر این، حتی پس از جبران دما، فشار بالای 125 درجه سانتیگراد قابل اندازه‌گیری نیست. با این حال، در دمای اتاق، ضریب حساسیت سیلیکون پخش‌شده 5 برابر سرامیک است، بنابراین معمولاً در زمینه اندازه‌گیری با دقت بالا استفاده می‌شود.
- ترانسمیتر فشار سیلیکون تک کریستالی دقیق‌ترین سنسور در صنعت است. این یک نسخه ارتقا یافته از سیلیکون پخش شده است. البته قیمت آن نیز ارتقا یافته است. در حال حاضر، یوکوگاوا ژاپن نماینده در زمینه فشار سیلیکون تک کریستالی است.
- ترانسمیتر فشار یاقوت کبود به تغییرات دما حساس نیست و حتی در شرایط دمای بالا نیز از ویژگی‌های کاری خوبی برخوردار است؛ یاقوت کبود مقاومت بسیار خوبی در برابر تابش دارد؛ هیچ رانش pn ندارد؛ می‌تواند در بدترین شرایط کاری به طور عادی کار کند و قابل اعتماد است. عملکرد بالا، دقت خوب، خطای دمایی حداقل و عملکرد کلی با هزینه بالا.
- ترانسمیتر فشار لایه نازک کندوپاش حاوی هیچ چسبی نیست و پایداری و قابلیت اطمینان بلندمدت بالاتری نسبت به سنسور فشارسنج چسبنده نشان می‌دهد. این سنسور کمتر تحت تأثیر دما قرار می‌گیرد: وقتی دما ۱۰۰ درجه سانتیگراد تغییر می‌کند، رانش صفر تنها ۰.۵٪ است. عملکرد دمایی آن بسیار برتر از سنسور فشار سیلیکونی دیفیوژن است. علاوه بر این، می‌تواند مستقیماً با محیط‌های خورنده عمومی تماس برقرار کند.
اصول کار انواع مختلف ترانسمیترهای فشار
- اصول کار ترانسمیتر فشار خازنی
وقتی فشار مستقیماً بر سطح دیافراگم اندازه‌گیری وارد می‌شود، دیافراگم تغییر شکل کوچکی ایجاد می‌کند. مدار با دقت بالا روی دیافراگم اندازه‌گیری، این تغییر شکل کوچک را به یک ولتاژ بسیار خطی متناسب با فشار و متناسب با سیگنال ولتاژ تحریک تبدیل می‌کند و سپس از یک تراشه اختصاصی برای تبدیل این سیگنال ولتاژ به یک سیگنال جریان استاندارد صنعتی ۴-۲۰ میلی‌آمپر یا سیگنال ولتاژ ۱-۵ ولت استفاده می‌کند.
- اصل فرستنده فشار سیلیکونی پخش شده
فشار محیط اندازه‌گیری شده مستقیماً بر دیافراگم سنسور (معمولاً دیافراگم ۳۱۶L) تأثیر می‌گذارد و باعث می‌شود دیافراگم یک جابجایی میکرو متناسب با فشار محیط ایجاد کند، مقدار مقاومت سنسور را تغییر دهد و آن را با یک مدار وتستون تشخیص دهد. این تغییر، یک سیگنال اندازه‌گیری استاندارد مربوط به این فشار را تبدیل و خروجی می‌دهد.
- اصل فرستنده فشار سیلیکونی تک کریستالی
سنسورهای فشار پیزومقاومتی با استفاده از اثر پیزومقاومتی سیلیکون تک کریستالی ساخته می‌شوند. ویفر سیلیکون تک کریستالی به عنوان عنصر الاستیک استفاده می‌شود. هنگامی که فشار تغییر می‌کند، سیلیکون تک کریستالی کرنش ایجاد می‌کند، به طوری که مقاومت کرنشی که مستقیماً روی آن پخش می‌شود، تغییری متناسب با فشار اندازه‌گیری شده ایجاد می‌کند و سپس سیگنال خروجی ولتاژ مربوطه توسط مدار پل بدست می‌آید.
- اصل فرستنده فشار سرامیکی
فشار مستقیماً بر سطح جلویی دیافراگم سرامیکی عمل می‌کند و باعث تغییر شکل جزئی دیافراگم می‌شود. مقاومت لایه ضخیم در پشت دیافراگم سرامیکی چاپ شده و به دلیل اثر پیزومقاومتی واریستور به یک پل وتستون (پل بسته) متصل می‌شود. این پل یک سیگنال ولتاژ بسیار خطی متناسب با فشار و متناسب با ولتاژ تحریک تولید می‌کند. معمولاً برای اندازه‌گیری فشار کمپرسورهای هوا، از سرامیک بیشتری استفاده می‌شود.
- اصل فرستنده فشار سنج کرنش
رایج‌ترین ترانسمیترهای فشار کرنش‌سنج مورد استفاده، کرنش‌سنج‌های مقاومتی فلزی و کرنش‌سنج‌های نیمه‌رسانا هستند. کرنش‌سنج مقاومتی فلزی نوعی دستگاه حساس است که تغییر کرنش روی قطعه مورد آزمایش را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. دو نوع کرنش‌سنج سیمی و کرنش‌سنج فویل فلزی وجود دارد. معمولاً کرنش‌سنج از طریق یک چسب مخصوص به ماتریس کرنش مکانیکی محکم متصل می‌شود. هنگامی که ماتریس تحت تغییر تنش قرار می‌گیرد، کرنش‌سنج مقاومتی نیز تغییر شکل می‌دهد، به طوری که مقدار مقاومت کرنش‌سنج تغییر می‌کند، به طوری که ولتاژ اعمال شده به مقاومت تغییر می‌کند. ترانسمیترهای فشار کرنش‌سنج در بازار نسبتاً کمیاب هستند.
- فرستنده فشار یاقوت کبود
فرستنده فشار یاقوت کبود از اصل کار مقاومت کرنش استفاده می‌کند، اجزای حساس سیلیکون-یاقوت کبود با دقت بالا را اتخاذ می‌کند و سیگنال فشار را از طریق یک مدار تقویت‌کننده اختصاصی به یک سیگنال الکتریکی استاندارد تبدیل می‌کند.
- فرستنده فشار فیلم پاششی
المان حساس به فشار اسپاترینگ با استفاده از فناوری میکروالکترونیک ساخته شده و یک پل وتستون محکم و پایدار را روی سطح دیافراگم فولاد ضد زنگ الاستیک تشکیل می‌دهد. هنگامی که فشار محیط اندازه‌گیری شده بر دیافراگم فولاد ضد زنگ الاستیک اعمال می‌شود، پل وتستون در طرف دیگر یک سیگنال خروجی الکتریکی متناسب با فشار تولید می‌کند. به دلیل مقاومت خوب در برابر ضربه، فیلم‌های اسپاترینگ اغلب در مواردی با ضربات فشار مکرر، مانند تجهیزات هیدرولیک، استفاده می‌شوند.
اقدامات احتیاطی در انتخاب ترانسمیتر فشار
- انتخاب محدوده فشار ترانسمیتر:
ابتدا حداکثر مقدار فشار اندازه‌گیری شده در سیستم را تعیین کنید. به طور کلی، شما باید فرستنده‌ای را انتخاب کنید که محدوده فشار آن حدود ۱.۵ برابر بزرگتر از حداکثر مقدار باشد، یا اجازه دهید محدوده فشار عادی روی فرستنده فشار قرار گیرد. ۱/۳ تا ۲/۳ محدوده عادی نیز یک روش معمول است.
- چه نوع محیط فشاری:
مایعات و گل و لای چسبناک، دریچه‌های فشار را مسدود می‌کنند. آیا حلال‌ها یا مواد خورنده، مواد موجود در فرستنده را که در تماس مستقیم با این محیط‌ها هستند، از بین می‌برند؟
جنس ترانسمیتر فشار عمومی که با سیال در تماس است، از فولاد ضد زنگ 316 است. اگر سیال برای فولاد ضد زنگ 316 خورنده نباشد، اساساً همه ترانسمیترهای فشار برای اندازه‌گیری فشار سیال مناسب هستند.
اگر محیط برای فولاد ضد زنگ 316 خورنده باشد، باید از آب‌بندی شیمیایی استفاده شود و اندازه‌گیری غیرمستقیم انجام شود. اگر از لوله مویین پر شده با روغن سیلیکون برای هدایت فشار استفاده شود، می‌تواند از خوردگی ترانسمیتر فشار جلوگیری کرده و عمر ترانسمیتر فشار را افزایش دهد.
- فرستنده به چه میزان دقت نیاز دارد:
دقت توسط موارد زیر تعیین می‌شود: غیرخطی بودن، هیسترزیس، عدم تکرارپذیری، دما، مقیاس آفست صفر و دما. هرچه دقت بالاتر باشد، قیمت نیز بالاتر است. به طور کلی، دقت فرستنده فشار سیلیکونی پخش‌شده 0.5 یا 0.25 است و فرستنده فشار سیلیکونی خازنی یا مونوکریستالی دارای دقت 0.1 یا حتی 0.075 است.
- اتصال فرآیند فرستنده:
عموماً، ترانسمیترهای فشار روی لوله‌ها یا مخازن نصب می‌شوند. البته بخش کوچکی از آنها به همراه فلومترها نصب و استفاده می‌شوند. معمولاً سه شکل نصب ترانسمیترهای فشار وجود دارد: رزوه، فلنج و گیره. بنابراین، قبل از انتخاب ترانسمیتر فشار، اتصال فرآیند نیز باید در نظر گرفته شود. اگر رزوه‌دار باشد، لازم است مشخصات رزوه تعیین شود. برای فلنج‌ها، لازم است مشخصات فلنج با قطر اسمی در نظر گرفته شود.
مقدمه‌ای بر صنعت فرستنده فشار
حدود ۴۰ کشور در سراسر جهان در تحقیق و تولید حسگرها فعالیت دارند که از این میان، ایالات متحده، ژاپن و آلمان مناطقی با بیشترین خروجی حسگر هستند. این سه کشور در مجموع بیش از ۵۰٪ از بازار حسگر جهان را در اختیار دارند.
امروزه، بازار ترانسمیتر فشار در کشور من یک بازار بالغ با تمرکز بالا است. با این حال، موقعیت غالب در اختیار کشورهای خارجی مانند امرسون، یوکوگاوا، زیمنس و غیره است. محصولات برند حدود 70 درصد از سهم بازار را تشکیل می‌دهند و در پروژه‌های مهندسی بزرگ و متوسط از مزیت مطلق برخوردارند.
این به دلیل عواقب اتخاذ زودهنگام استراتژی «بازار برای فناوری» در کشور من است که به شرکت‌های دولتی کشور من آسیب زیادی رساند و زمانی در وضعیت شکست قرار داشت، اما در عین حال، برخی از تولیدکنندگان، که توسط شرکت‌های خصوصی چین نمایندگی می‌شوند، بی‌سروصدا ظاهر می‌شوند و قوی‌تر می‌شوند. بازار آینده ترانسمیتر فشار چین پر از ناشناخته‌های جدید است.
زمان ارسال: ۱۵ دسامبر ۲۰۲۱