انواع سنسور فشار اسمارت (هارت) و معمولی به همراه ساختار داخلی

ترانسمیتر فشار یا پرشر ترانسمیتر 

ابتدا به معرفی سنسور فشار می‌پردازیم.

ترانسمیتر فشار یا پرشر ترانسمیتر یک قطعه برای اندازه گیری فشار سیالات یا گاز‌ها و تبدیل آن به خروجی‌هایی مثل جریان یا ولتاژ است. ترانسمیتر فشار پارامتر‌های دریافتی از سنسور‌های فشار را به مقادیر قابل فهم برای سیستم‌های مختلف مثل PLC تبدیل می‌کند. پرشر ترانسمیتر به‌طور گسترده‌ای در صنایع مختلف از جمله نفت و گاز، پتروشیمی، آب و فاضلاب، و صنایع غذایی استفاده می‌شوند.

انواع ترانسمیتر و سنسور فشار

۱. ترانسمیتر ۴-۲۰ میلی آمپر (۴-۲۰ mA)

این نوع ترانسمیتر معمولاً در سیستم‌های قدیمی‌تر یا سیستم‌های کنترل آنالوگ مورد استفاده قرار می‌گیرد. عملکرد آن به شرح زیر است:

• سیگنال آنالوگ: سیگنال خروجی این ترانسمیتر از ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر متغیر است که نشان‌دهنده میزان اندازه‌گیری شده (مثلاً فشار، دما، سطح مایع) است.
• سادگی: ترانسمیتر‌های ۴-۲۰ میلی‌آمپر معمولاً ساده و ارزان هستند و نیاز به تنظیمات پیچیده ندارند.
• محدودیت در عملکرد: این ترانسمیتر‌ها فقط قادر به ارسال سیگنال‌های آنالوگ هستند و قادر به انجام عملیات پیچیده‌تر مانند ذخیره داده‌ها یا خودتنظیمی نیستند.
• کاربرد: بیشتر در صنایع قدیمی‌تر و سیستم‌هایی که نیاز به کنترل آنالوگ دارند استفاده می‌شود.

۲. ترانسمیتر اسمارت (Smart Transmitter)

ترانسمیتر‌های اسمارت دارای قابلیت‌های پیشرفته‌تری هستند و معمولاً در سیستم‌های کنترلی جدیدتر و پیچیده‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرند. ویژگی‌ها و مزایای آنها شامل موارد زیر است:

• سیگنال دیجیتال و آنالوگ: علاوه بر ارسال سیگنال آنالوگ (۴-۲۰ میلی‌آمپر)، ترانسمیتر‌های اسمارت می‌توانند سیگنال‌های دیجیتال و پروتکل‌های صنعتی مانند HART، Modbus یا Fieldbus را نیز ارسال کنند.
• تنظیمات پیشرفته: این ترانسمیتر‌ها معمولاً دارای قابلیت‌های خودتنظیمی هستند و می‌توانند به صورت خودکار کالیبره شوند.
• داده‌های اضافی: ترانسمیتر‌های اسمارت می‌توانند اطلاعات اضافی مانند وضعیت دستگاه، خطاها، تاریخچه اندازه‌گیری و ویژگی‌های اضافی دیگر را به سیستم‌های کنترلی ارسال کنند.
• ارتباط دوطرفه: با استفاده از پروتکل‌هایی مانند HART، این ترانسمیتر‌ها قادر به ارسال و دریافت داده‌ها از سیستم‌های کنترلی هستند، که امکان نظارت و تنظیم دستگاه از راه دور را فراهم می‌کند.
• کاربرد: در سیستم‌های کنترل پیچیده و صنایع مدرن که نیاز به دقت بالا و قابلیت‌های پیشرفته دارند، مانند صنایع نفت و گاز، پتروشیمی و تولید برق.

ترانسمیتر‌های فشار یک قطعه ابزار دقیق و خود زیر مجموعه‌ای از انواع ترانسمیتر است به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند که هر کدام ویژگی‌ها و کاربرد‌های خاص خود را دارند. برخی از انواع رایج ترانسمیتر فشار عبارتند از:

1. ترانسمیتر فشار مطلق: این نوع پرشر ترانسمیتر را نسبت به خلا مطلق اندازه‌گیری می‌کند. به عبارت دیگر، فشار مطلق همیشه نسبت به یک خلا کامل اندازه‌گیری می‌شود و فشار خلا رو در یک محفظه محبوس کرده اند، حجم آن محفظه شاید ۱ سی سی هم نباشد.
2. ترانسمیتر اختلاف فشار: این نوع ترانسمیتر برای اندازه‌گیری اختلاف فشار بین دو نقطه مختلف استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها معمولاً در سیستم‌های تهویه مطبوع و اتاق تمیز و تصفیه آب به کار می‌روند و دو پورت ورودی دارند.
3. ترانسمیتر فشار نسبی یا گیج: این نوع ترانسمیتر فشار را نسبت به فشار محیط که در آن قرار دارند، اندازه‌گیری می‌کند. این نوع ترانسمیتر در بسیاری از کاربرد‌های صنعتی به کار می‌رود، پر کاربردترین نوع سنسور فشار همین سنسور فشار گیج است. 

طرز کار پرشر ترانسمیتر

طرز کار پرشر ترانسمیتر به این صورت است که فشار مایع یا گاز وارد شده به دستگاه باعث تغییر شکل یک عنصر حسگر می‌شود. این تغییر شکل به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود که می‌تواند به صورت دیجیتال یا آنالوگ نمایش داده شود. به طور کلی، مراحل کار ترانسمیتر فشار به شرح زیر است:

1. ورود فشار: فشار مایع یا گاز به حسگر ترانسمیتر وارد می‌شود.
2. تبدیل فشار به سیگنال: عنصر حسگر (مانند دیافراگم) تحت تأثیر فشار تغییر شکل می‌دهد و این تغییر شکل به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود.
3. پردازش سیگنال: سیگنال الکتریکی تولید شده توسط ترانسمیتر فشار پردازش می‌شود تا مقدار دقیق فشار محاسبه شود.
4. خروجی سیگنال: در نهایت، سیگنال پردازش شده به صورت دیجیتال یا آنالوگ به نمایشگر یا سیستم کنترل ارسال می‌شود.

اجزای داخلی ترانسمیتر فشار

پرشر ترانسمیتر از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هر کدام نقش خاصی در عملکرد دستگاه دارند. برخی از اجزای داخلی آن عبارتند از:

1. حسگر فشار: این جزء اصلی‌ترین قسمت ترانسمیتر است که فشار را اندازه‌گیری می‌کند. حسگر‌ها می‌توانند از نوع مقاومتی، خازنی یا پیزوالکتریک باشند.
2. دیافراگم: دیافراگم معمولاً از مواد انعطاف‌پذیر ساخته شده و تحت تأثیر فشار تغییر شکل می‌دهد. این تغییر شکل به حسگر منتقل می‌شود.
3. مدار الکترونیکی: این مدار وظیفه پردازش سیگنال‌های دریافتی از حسگر را بر عهده دارد و سیگنال نهایی را تولید می‌کند.
4. خروجی: خروجی ترانسمیتر فشار می‌تواند به صورت آنالوگ (مانند ۴-۲۰ میلی‌آمپر یا ۰-۱۰ ولت) یا دیجیتال (مانند پروتکل‌های صنعتی) باشد.

در تصویر فوق نمای داخلی سنسور فشار ویکا را مشاهده می‌کنید.

خروجی‌های مختلف

ترانسمیتر‌های فشار نیز مانند ترانسمیتر pH یا ترانسمیتر اکسیژن می‌توانند خروجی‌های مختلفی داشته باشند که بسته به نیاز کاربرد متفاوت است. برخی از خروجی‌های رایج عبارتند از:

1. خروجی آنالوگ: این نوع خروجی معمولاً به صورت سیگنال‌های ۴-۲۰ میلی‌آمپر یا ۰-۱۰ ولت است. این خروجی‌ها به راحتی قابل خواندن و پردازش هستند.
2. خروجی دیجیتال: خروجی‌های دیجیتال معمولاً از پروتکل‌های صنعتی مانند Modbus، Profibus یا HART استفاده می‌کنند. این نوع خروجی‌ها به سیستم‌های کنترل پیشرفته‌تر امکان ارتباط می‌دهند.
3. خروجی نمایشگر: برخی از ترانسمیتر‌ها دارای نمایشگر داخلی هستند که مقدار فشار را به صورت مستقیم (گیج فشار دیجیتال) نمایش می‌دهند. این ویژگی برای کاربرد‌هایی که نیاز به نظارت فوری دارند، بسیار مفید است.

کاربرد‌های ترانسمیتر فشار

پرشر ترانسمیتر در صنایع مختلف کاربرد‌های متنوعی دارد که به بهبود عملکرد و ایمنی سیستم‌ها کمک می‌کنند. برخی از کاربرد‌های رایج این دستگاه‌ها عبارتند از:

1. صنعت نفت و گاز: در این صنعت، ترانسمیتر‌های فشار برای نظارت بر فشار در خطوط لوله، مخازن و تجهیزات مختلف استفاده می‌شوند. این اندازه‌گیری‌ها به کنترل فرآیند استخراج و انتقال مواد کمک می‌کند.
2. پتروشیمی: در فرآیند‌های پتروشیمی، دقت در اندازه‌گیری فشار بسیار حائز اهمیت است. ترانسمیتر‌های فشار به کنترل و نظارت بر فشار در راکتور‌ها و برج‌های تقطیر کمک می‌کنند.
3. آب و فاضلاب: در سیستم‌های تصفیه آب و فاضلاب، ترانسمیتر‌های فشار برای نظارت بر فشار در پمپ‌ها و خطوط لوله استفاده می‌شوند. این اندازه‌گیری‌ها به بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های تصفیه کمک می‌کند.
4. صنایع غذایی: در این صنعت، ترانسمیتر‌های فشار برای کنترل فشار در فرآیند‌های تولید و بسته‌بندی مواد غذایی به کار می‌روند. این اندازه‌گیری‌ها به حفظ کیفیت و ایمنی محصولات کمک می‌کند.
5. سیستم‌های تهویه مطبوع: ترانسمیتر‌های فشار در سیستم‌های HVAC برای نظارت بر فشار هوا و کنترل دما استفاده می‌شوند. این امر به بهبود کارایی و کاهش مصرف انرژی کمک می‌کند. 

کالیبراسیون سنسور فشار

کالیبره کردن ترانسمیتر فشار یکی از مهم‌ترین اعمالی است که در ابتدا توسط شرکت سازنده انجام می‌شود. بعد از مدتی به دلیل نوسانات فشار، تغییر دما جابه‌جایی ممکن است کالیبره از تنظیم خارج شود. برای اطمینان از صحت عملکرد پرشر ترانسمیتر باید طبق برنامه مشخصی آن را مجددا کالیبره نمود، این کالیبراسیون توسط یک فشار مرجع که اگر بخواهیم بسیار دقیق باشد، از ددویت تستر استفاده می‌شود.

نکات مهم در انتخاب ترانسمیتر فشار

هنگام انتخاب ترانسمیتر فشار، باید به چند نکته مهم توجه کرد:

1. نوع فشار مورد اندازه‌گیری: بسته به نیاز، باید نوع ترانسمیتر (مطلق، نسبی یا اختلاف فشار) را انتخاب کرد، سنسور فشار گیج (نسبی) ارزان قیمت‌ترین نوع سنسور فشار است.
2. محدوده فشار: محدوده فشار قابل اندازه‌گیری ترانسمیتر باید با نیاز‌های کاربرد مطابقت داشته باشد، قیمت سنسور فشار خاص مثلا میلی بار‌ها یا فشار‌های بالای ۶۰۰ بار بیشتر از قیمت سنسور فشار‌های دیگر است.
3. نوع خروجی: بسته به سیستم کنترل، باید نوع خروجی (آنالوگ یا دیجیتال) مناسب انتخاب شود.
4. شرایط محیطی: ترانسمیتر باید در برابر شرایط محیطی مانند دما، رطوبت و آلودگی مقاوم باشد.
5. دقت و صحت: دقت ترانسمیتر باید با نیاز‌های کاربردی همخوانی داشته باشد تا از صحت اندازه‌گیری اطمینان حاصل شود، اکیوریسی‌های موجود از ۰.۰۱ درصد فول اسیکل تا ۱ درصد فول اسیل وجود دارند که هرچه دقت بیشتر شود سنسور گران قیمت‌تر می‌شود.

با توجه به این نکات، می‌توان ترانسمیتر فشار مناسبی را برای هر کاربرد خاص انتخاب کرد و از مزایای آن بهره‌مند شد.

در نهایت، ترانسمیتر‌های فشار به عنوان ابزاری کلیدی در بهبود کارایی و ایمنی در صنایع مختلف شناخته می‌شوند و آشنایی با ویژگی‌ها و کاربرد‌های آنها می‌تواند به تصمیم‌گیری‌های بهتری در زمینه انتخاب و استفاده از این دستگاه‌ها منجر شود.

نتیجه‌گیری

ترانسمیتر فشار یا پرشر ترانسمیتر ابزاری حیاتی در صنایع مختلف است که به دقت و صحت اندازه‌گیری فشار کمک می‌کند. با توجه به انواع مختلف این دستگاه‌ها و ویژگی‌های آنها، انتخاب صحیح ترانسمیتر برای هر کاربرد خاص بسیار مهم است. همچنین، آشنایی با طرز کار، اجزای داخلی و خروجی‌های مختلف ترانسمیتر فشار می‌تواند به مهندسان و تکنسین‌ها در بهبود عملکرد سیستم‌های صنعتی کمک کند.

در نهایت، با توجه به پیشرفت‌های فناوری، ترانسمیتر‌های فشار روز به روز هوشمندتر و دقیق‌تر می‌شوند و این امر می‌تواند به بهبود کارایی و ایمنی در صنایع مختلف منجر شود.

• ترانسمیتر ۴-۲۰ میلی‌آمپر: معمولاً ساده‌تر، ارزان‌تر، و برای کاربرد‌های آنالوگ استفاده می‌شود.
• ترانسمیتر اسمارت: دارای قابلیت‌های پیشرفته‌تری است و می‌تواند اطلاعات دیجیتال و آنالوگ را ارسال کند و از پروتکل‌های ارتباطی مدرن مانند HART یا Modbus پشتیبانی می‌کند.

به طور کلی، اگر نیاز به قابلیت‌های پیشرفته‌تر و دقت بالاتر در اندازه‌گیری دارید، ترانسمیتر اسمارت مناسب‌تر است، در حالی که ترانسمیتر ۴-۲۰ میلی‌آمپر برای کاربرد‌های ساده‌تر و اقتصادی‌تر مناسب است.