یک تکنیک رایج در ابزار دقیق و اندازه‌گیری صنعتی، بدست آوردن مقدار یک متغیر فرآیند از مقادیر متغیرهای مرتبط با آن است که اندازه‌گیری آن‌ها آسان‌تر است. در این میان، تعداد زیادی از متغیرها وجود دارند که می‌توان آن‌ها را از خوانش های فشار تفاضلی استنباط کرد. این ویژگی باعث می‌شود که ترانسمیترهای فشار تفاضلی تنها محدود به اندازه‌گیری متغیرهای فرآیند فشار و خلأ نباشند. این مقاله به بررسی برخی از اندازه‌گیری‌های استنباطی رایج که با استفاده از ترانسمیترهای فشار تفاضلی ممکن است، می‌پردازد.
حقیقت این است که بیشتر متغیرهای فرآیند به جای اندازه‌گیری مستقیم، استنباط می‌شوند. حتی فشار، که در اینجا برای استنباط اندازه‌گیری‌هایی مانند سطح مایع و جریان سیال استفاده می‌شود، خود از برخی متغیر دیگر در داخل دستگاه فشار تفاضلی استنباط می‌شود (مثلاً ظرفیت، مقاومت استرین گیج، یا فرکانس).
استنباط سطح مایع
مایعات به دلیل وزن خود، فشار متناسب با ارتفاع (عمق) تولید می‌کنند. فشار تولید شده توسط یک ستون عمودی از مایع متناسب با ارتفاع ستون (h)، چگالی جرم مایع (ρ) و شتاب جاذبه زمین (g) است:
P = ρgh
با دانستن این موضوع و این فرمول، می‌توانیم از یک ترانسمیتر فشار تفاضلی ← به عنوان دستگاه سنجش سطح مایع (ارتفاع) استفاده کنیم، اگر بدانیم که چگالی مایع نسبتاً ثابت باقی می‌ماند (ما همچنین فرض می‌کنیم که شتاب جاذبه زمین (g) ثابت است).
با افزایش سطح مایع در مخزن، مقدار فشار هیدرواستاتیک وارد شده به پورت “فشار بالا” فرستنده به طور مستقیم افزایش می‌یابد. عرض مخزن تاثیری در مقدار فشاری که تولید می‌شود ندارد – تنها ارتفاع مایع (h)، چگالی (ρ) و شتاب جاذبه زمین (g) اهمیت دارند.
بنابراین، سیگنال رو به افزایش ترانسمیتر نمایانگر ارتفاع مایع داخل مخزن است، بدون توجه به اندازه یا شکل مخزن:
h = P / ρg
این تکنیک ساده حتی در صورتی که مخزن تحت فشار گاز یا بخار باشد (و نه فقط به عنوان مثال قبلی که تهویه شده است)، کار می‌کند. تنها چیزی که نیاز است برای جبران این فشار دیگر، اتصال پورت “پایین” ترانسمیتر به بالای مخزن است تا فقط فشار گاز را حس کند:
از آنجا که ترانسمیتر فشار تفاضلی تنها به تفاوت فشار بین دو پورت حساس است و تنها علت تفاوت فشار در این کاربرد فشار تولید شده توسط ارتفاع ستون مایع خواهد بود، سیگنال ترانسمیتر به نمایشی انحصاری از سطح مایع در مخزن تبدیل می‌شود و خطاهای اندازه‌گیری ناشی از تغییرات فشار گاز در داخل مخزن را رد می‌کند.
هر فشار گاز داخل مخزن به طور مساوی توسط هر دو پورت ترانسمیتر به عنوان فشار “حالت مشترک” حس می‌شود، بنابراین یکدیگر را لغو کرده و هیچ تأثیری بر اندازه‌گیری فشار تفاضلی نخواهد داشت. تنها تغییرات سطح مایع در مخزن است که باعث می‌شود فشار پورت “بالا” به طور مستقل از فشار پورت “پایین” تغییر کند و سیگنال خروجی ترانسمیتر تغییر کند.
استنباط فلو گاز و مایع
یکی دیگر از اندازه‌گیری‌های استنباطی رایج که با استفاده از ترانسمیترهای فشار تفاضلی انجام می‌شود، اندازه‌گیری فلو (جریان) سیال داخل لوله است. افت فشار در یک انقباض لوله با توجه به نرخ فلو (Q) و چگالی سیال (ρ) تغییر می‌کند.
به شرطی که چگالی سیال ثابت باقی بماند، می‌توانیم افت فشار را در یک تنگی لوله اندازه‌گیری کرده و از این اندازه‌گیری برای استنباط نرخ فلو استفاده کنیم.
رایج‌ترین شکل انقباض که برای این منظور استفاده می‌شود، صفحه اوریفیس ← است که تنها یک صفحه فلزی با یک سوراخ دقیقاً ماشین‌کاری شده در مرکز آن است. هنگامی که سیال از این سوراخ عبور می‌کند، سرعت آن تغییر کرده و افت فشار ایجاد می‌شود:
بار دیگر، قابلیت ترانسمیتر فشار به کار می آید. از آنجا که هر دو پورت ترانسمیتر به همان خط فرآیند متصل هستند، فشار ایستا سیال در آن خط هیچ تاثیری بر اندازه‌گیری ندارد. تنها تفاوت‌های فشار بین طرف بالادست و پایین‌دست انقباض (صفحه اوریفیس) هستند که باعث می‌شوند ترانسمیتر فلو را اندازه‌گیری کند.
در مقاله فلومترهای مبتنی بر فشار می توانید مطالب بیشتری درباره ارتباط فلو و فشار به دست آورید.
