جستجو کردن
بستن این جعبه جستجو.

ترانسدیوسر فشار چیست و چگونه کار می کند؟

|
|
|
|
ترانسدیوسر فشار چیست و چگونه کار می کند؟

این نوشته چه مطالبی دارد؟

ترانسدیوسر فشار (Transducer) یا مبدل فشار، فشار را به سیگنال خروجی الکتریکی تبدیل می کند. سیگنال الکتریکی می تواند به صورت دیجیتال یا آنالوگ باشد و توسط دستگاه های دیگر مانند آلارم ها، کنترل کننده ها و … استفاده شود. ترانسدیوسر فشار در گستره وسیعی از کاربردهای مسکونی و تجاری مانند پمپ ها، وسایل نقلیه، HVAC، هواپیما و سایر کاربردها که در آن اندازه گیری فشار مورد نیاز است مورد استفاده قرار می گیرد.

ترانسدیوسر فشار چگونه کار می کند؟

ترانسدیوسر فشار از یک عنصر حساس به فشار مانند دیافراگم با سطحی ثابت ساخته شده است. فشار وارد شده توسط سیال باعث انحراف دیافراگم می شود. همچنین این مبدل از یک عنصر انتقال نیز تشکیل شده است که انحراف حس شده توسط دیافراگم را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند. این سیگنال متناسب با تغییرات فشار افزایش یا کاهش پیدا می کند. پس، کالیبراسیون دستگاه برای اطمینان از این موضوع که آیا فشار در محدوده مشخصات تعیین شده است یا خیر، بسیار حیاتی است. با توجه به توضیحات بالا باید متوجه شده باشید که این مبدل ها شکلی از انرژی را به شکلی دیگر از آن تبدیل می کند.
ترانسدیوسر فشار برای تولید سیگنال های الکتریکی به منبع تغذیه نیاز دارد. سیگنال ها معمولا در محدوده 4 تا 20 میلی آمپر یا 0 تا 10 ولت است. بعضی از سیستم ها ممکن است به صورت همزمان از برق DC یا AC استفاده کند. سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر یک استاندارد پرکاربرد در صنعت است که از ساختار 2 سیم استفاده می کند در حالی که خروجی ولتاژ DC از ساختار 3 سیم بهره می برد. سیگنال 4 تا 20 میلی آمپر را می توان در فواصل طولانی استفاده کرد و نسبت به سیگنال DC حساسیت کمتری به تداخل دارد.
ترانسدیوسر فشار Keller
ترانسدیوسر فشار نباید با سوئیچ فشار اشتباه گرفته شود. سوئیچ فشار وسیله ای است که با رسیدن به فشار سیال از پیش تعیین شده، یک تماس الکتریکی را فعال می کند. همچنین بعضی از مردم مبدل فشار را با ترانسمیتر (فرستنده) فشار یکسان می دانند که اشتباه است. ترانسمیتر فشار وسیله ای است که به مبدل فشار وصل شده و وظیفه آن ارسال اطلاعات دریافتی از مبدل فشار به PLC یا سایر تجهیزات است.

انواع ترانسدیوسر فشار

انواع مختلفی از ترانسدیوسرهای فشار وجود دارد که بر اساس فناوری مورد استفاده در اندازه گیری به دسته های زیر تقسیم می شود:

کرنش سنج (Strain gauge)

ترانسدیوسرهای فشار کرنش سنج برای اندازه گیری فشارهای بسیار بالا و بسیار پایین و همچنین فشار اختلافی مورد استفاده قرار می گیرد. فشار اختلافی یا دیفرانسیل، اختلاف فشار بین هر دو نقطه داده شده را اندازه گیری می کند. ترانسدیوسر دارای یک عنصر حسگر و یک دیافراگم است. هر گونه تغییر شکل دیافراگم باعث تغییر مقاومت کرنش سنج خواهد شد. به صورت کلی، کرنش سنج در پل وتستون برای به حداکثر رساندن حساسیت ترانسدیوسر استفاده می شود. این تغییرات مقاومت به سیگنال خروجی قابل استفاده تبدیل می شود.

کرنش سنج

خازنی (Capacitance)

ترانسدیوسر فشار خازنی با شناسایی تغییرات در ظرفیت الکتریکی ناشی از حرکت دیافراگم، فشار را اندازه گیری می کند. این تجهیز دارای دو صفحه خازن، یک دیافراگم و یک الکترود است که روی یک سطح بدون فشار ثابت شده است. این صفحات در فاصله مشخصی از یکدیگر قرار دارد و تغییر فشار باعث افزایش یا کاهش شکاف بین این صفحات می شود. این تغییرات در ظرفیت خازن به یک سیگنال الکتریکی قابل استفاده تبدیل می شود. با توجه به کاربرد، این ترانسدیوسر فشار می تواند فشار گیج، مطلق یا اختلافی (دیفرانسیل) را اندازه گیری کند.
ترانسدیوسر فشار خازنی

پتانسیومتری (Potentiometric)

این نوع ترانسدیوسر فشار از یک پتانسیومتر دقیق تشکیل شده است. پتانسیومتر از یک وایپر متصل به عنصر حساس به فشار مانند دیافراگم ساخته شده است. انحراف روی این عنصر حساس موقعیت وایپر را تغییر خواهد داد. میزان مقاومت بین وایپر و یک انتهای پتانسیومتر تغییر می کند. این میزان اندازه گیری فشار اعمال شده خواهد بود.
ترانسدیوسر فشار پتانسیومتری

سیم رزونانس (Resonant wire)

ترانسدیوسر فشار رزونانس، دارای یک سیم ارتعاشی است که در یک دیافراگم قرار دارد. نوسان ساز الکترونیکی سیستم را در حالت ارتعاش نگه می دارد. با تغییر فشار در دیافراگم، کشش سیم را تحت تاثیر قرار داده و فرکانس تشدید را تغییر خواهد داد. این فرکانس را می توان توسط مدارهای شمارنده دیجیتال حس کرده و به سیگنال الکتریکی تبدیل نمود.
ترانسدیوسر فشار سیم رزونانس

القایی (Inductive)

ترانسدیوسر فشار القایی با استفاده از اصل القای الکترومغناطیسی کار می کند. این مبدل دارای یک دیافراگم است که به یک هسته فرومغناطیسی وصل شده است. انحراف جزئی دیافراگم باعث حرکت خطی در هسته فرومغناطیسی می شود که باعث القای جریان خواهد شد. حرکت هسته در اثر تغییر فشار، جریان القایی را تغییر می دهد. این تغییر در جریان به یک سیگنال قابل استفاده تبدیل می شود.

عملکرد سنسور القایی

پیزوالکتریک (Piezoelectric)

ترانسدیوسر فشار پیزوالکتریک از کریستال کوارتز یا مواد سرامیکی برای تولید بار الکتریکی زمان فشار استفاده می کند. این بار الکتریکی به صورت ولتاژ اندازه گیری شده که متناسب با تغییرات فشار است. این ترانسدیوسر بسیار حساس در پاسخگویی بسیار سریع عمل می کند.
سنسور فشار پیزوالکتریک
 

چگونه ترانسدیوسر فشار را انتخاب کنیم؟

زمان انتخاب یک مبدل فشار، پیشنهاد می شود موارد زیر را در نظر بگیرید:
نوع محیط: نوع محیط باید با موادی که در ساخت ترانسدیوسر فشار به کار رفته است سازگار باشد. بعضی از محیط های رایج به شرح زیر است:
  • روغن هیدرولیک
  • بنزین
  • انواع چسب
  • هوای فشرده
  • آب
  • روغن گرمایشی
  • آب
محفظه و مواد مهر و موم: کحفظه و مواد مهر و موم فشار باید از نظر شیمیایی با محیط کاربردی کاملا سازگار باشد. استیل ضد زنگ از متداول ترین مواد مورد استفاده در مبدل های فشار است. میزان استحکام مواد سازنده، سازگاری بیشتر با سیالات خورنده را فراهم می کند. مواد مهر و موم کننده رایج شامل لاستیک نیتریل بوتادین (NBR)، وینتون (FKM) و الاستومرها است.
دما: دمای بالا ممکن است عملکرد ترانسدیوسر را تحت تاثیر قرار دهد. پس، اطمینان حاصل کنید که مبدل فشار در محدوده دمای کاربردی قرار دارد.
فشار: ترانسدیوسر فشار باید بتواند محدوده فشار عملیاتی و همچنین فشار بیش از حد را تحمل کند. ترانسدیوسرهای فشار بالا با طراحی ویژه برای کاربر فشار شدید ساخته شده است.
هیسترزیس: هیسترزیس توانایی ترانسدیوسر فشار برای تولید خروجی یکسان است که فشار افزایش و کاهش متوالی یکسان اعمال می شود. برای هیسترزیس های کم، یک ترانسدیوسر فشار به دقت مورد نظر برنامه در کاربرد بستگی دارد.
نوع مبدل: ترانسدیوسرهای فشار خازنی و رزونانسی برای فشار گیج و مطلق مناسب است.
تکرارپذیری: تکرارپذیری، توانایی ترانسدیوسر فشار برای تولید خروجی یکسان در فشار یکسان است. به صورت کلی، از 0.5٪ تا 0.05٪ متغیر است. انتخاب مبدل های فشار به صحت (accuracy) مورد نظر برنامه بستگی دارد.
تاییدیه ها: ترانسدیوسرهای فشار ممکن است برای کار در شرایط محیطی خاص به تاییدیه ها یا گواهینامه های ویژه ای نیز نیاز داشته باشد.

کاربردهای رایج

  • ترانسدیوسرهای فشار در گستره وسیعی از کاربردهای مسکونی، تجاری و صنعتی که نیاز به اندازه گیری فشار دارد مورد استفاده قرار می گیرد. برخی از این کاربردها به شرح زیر است:
  • نظارت بر سطح مایعات در سیستم HVAC با استفاده از ترانسدیوسر فشار اختلافی (دیفرانسیل)
  • نظارت بر ترمز و فشار سوخت در وسایل نقلیه با استفاده از ترانسدیوسرها فشار ترمز
  • اندازه گیری سطح مایعات بری ایستگاه های پمپ و چاه با استفاده از ترانسدیوسرهای فشار آب
  • اندازه گیری ارتفاع برای ماهواره و هواپیما
  • نظارت بر سطوح مایع و گاز در دستگاه های مختلف پزشکی
{{ reviewsTotal }}{{ options.labels.singularReviewCountLabel }}
{{ reviewsTotal }}{{ options.labels.pluralReviewCountLabel }}
{{ options.labels.newReviewButton }}
{{ userData.canReview.message }}
ریزسنج
ریزسنج