در این مقاله به معرفی متداول ترین انواع ابزار اندازه گیری فشار الکترونیکی می پردازیم و یک نمای کلی از طراحی آنها با توجه به عمر کاری آن ها ارائه می دهیم. متعاقباً، ایمنی عملکردی تحت تأثیرات محیطی مورد بررسی قرار خواهد گرفت و اینکه چگونه می توان از طریق آزمایش محصول از کیفیت آن اطمینان حاصل کرد.
انواع ابزار در یک نگاه
انواع رایج ابزار عبارتند از: ترانسمیتر فشار، پروب سطح، سوئیچ فشار و ترانسمیتر فرآیند. اساساً این ابزارهای الکترونیکی اندازه گیری فشار از اتصال فشار فرآیند، سنسور فشار، فطعات الکترونیک، اتصال الکتریکی و بدنه تشکیل شده اند (تصویر ۱).
علاوه بر موارد ذکر شده در بالا، انواع ابزار ساده تری نیز وجود دارد که به عنوان ماژول های سنسور فشار شناخته می شوند. اغلب شامل بیش از یک سنسور فشار و رابط های مکانیکی و الکتریکی ساده نیست. این انواع به ویژه برای ادغام کامل در سیستم های کاربران مناسب هستند.
ترانسمیتر فشار
یک ترانسمیتر فشار ← (تصویر ۲) دارای رابط های استاندارد شده، هم در سمت فرآیند و هم در سمت سیگنال خروجی الکتریکی است و مقدار فشار فیزیکی را به یک سیگنال صنعتی استاندارد تبدیل می کند.
اتصال فشار برای هدایت فشار مستقیم به سنسور استفاده می شود. دارای یک رزوه (استاندارد) و یک سیستم آب بندی یکپارچه برای اتصال آسان ترانسمیتر فشار با پیچ کردن آن در نقطه اندازه گیری مربوطه است.
یک بدنه مناسب از سنسور و لوازم الکترونیکی در برابر تأثیرات محیطی محافظت می کند.
قطعه الکترونیک یک سیگنال سنسور ضعیف را به سیگنال استاندارد شده و با دمای جبران شده تبدیل می کند. به عنوان مثال سیگنال صنعتی مشترک 4 … 20 میلی آمپر. سیگنال خروجی از طریق یک فیش یا کابل (استاندارد) برای ارزیابی و اقدام لازم منتقل می شود.
پروب سطح
پروب سطح (تصویر ۳) که گاهی اوقات به عنوان سنسور هیدرواستاتیک ← نیز شناخته می شود، نوع خاصی از ترانسمیتر فشار است که برای اندازه گیری سطح در مخازن و چاه ها استفاده می شود.
برای این منظور، پروب سطح، فشار هیدرواستاتیک در کف مغزن یا چاه را اندازه گیری می کند. به دلیل غوطه ور شدن کامل و دائمی در محیط، انتخاب مواد برای بدنه و کابل ها و همچنین آب بندی در نقاط اتصال اهمیت ویژه ای دارد.
تهویه سیستم حسگر، مورد نیاز برای اندازه گیری فشار گیج، از طریق یک لوله تهویه که از طریق کابل عبور داده می شود، انجام می شود.
سوئیچ فشار
در بسیاری از کاربردها، سوئیچ‌های فشار الکترونیکی جایگزین سوئیچ‌های فشار مکانیکی می‌شوند که در گذشته بسیار رایج بودند، زیرا بخاطر اصل طراحی خود، عملکردهای اضافی مانند نمایشگر دیجیتال، نقاط سوئیچ قابل تنظیم و قابلیت اطمینان بسیار بالاتر را ارائه می‌دهند.
سوئیچ فشار الکترونیکی مبتنی بر ترانسمیتر فشار الکترونیکی است و بنابراین تمام عملکرد یک ترانسمیتر را ارائه می دهد. یک ترانسمیتر فشار با سوئیچ الکترونیکی که در آن ادغام شده، می تواند یک مدار الکتریکی را ببندد یا باز کند و قادر به انجام کارهای کنترلی ساده است. نقطه سوئیچ و نقطه تنظیم مجدد را می توان به صورت جداگانه تنظیم کرد.
به طور پیش‌فرض، یک سوئیچ فشار فقط سیگنال‌های باینری مانند نقطه سوئیچ یا نقطه تنظیم مجدد “رسیده” یا “نرسیده” را خروجی می‌دهد، اما میزان فاصله فشار اندازه‌گیری شده از سوئیچ یا نقطه تنظیم مجدد را نشان نمی‌دهد.
به همین دلیل است که بسیاری از سوئیچ های فشار دارای یک نمایشگر و علاوه بر آن یک سیگنال خروجی آنالوگ هستند. پارامترهای تنظیم شده و فشار اندازه گیری شده را می توان از روی صفحه نمایش خواند. علاوه بر این، فشار اندازه گیری شده می تواند توسط سیگنال خروجی آنالوگ به یک واحد کنترل پایین دست منتقل شود.
بنابراین، این نوع سوئیچ فشار الکترونیکی که به طور گسترده پذیرفته شده است، شامل یک سوئیچ، یک ترانسمیتر فشار و یک نشانگر دیجیتال – همه در یک دستگاه است (شکل ۴).
ترانسمیتر فرآیند
ترانسمیتر فرآیند (تصویر ۵) یک ترانسمیتر فشار با محدوده فشار است که می تواند در یک محدوده فشار از پیش تعریف شده تنظیم شود. این نوع ترانسمیتر عمدتاً در مهندسی فرآیند استفاده می شود، زیرا در این کاربردها لازم است هر نقطه اندازه گیری منفرد را با تعداد زیادی از الزامات خاص که باید به طور جداگانه توسط اپراتور در محل تنظیم شود، تنظیم کرد.
ترانسمیتر های فرآیند دارای دقت اندازه گیری بسیار بالایی در کل محدوده فشار هستند. علاوه بر محدوده فشار، نقطه صفر و پارامترهای بیشتر را معمولا می توان به صورت جداگانه تنظیم کرد. برای این منظور، بسیاری از ترانسمیتر‌های فرآیند دارای نمایشگر دیجیتال و عناصر عملیاتی اضافی و نرم‌افزار عملیاتی درون دستگاه هستند.
ترانسدیوسر فشار
ارائه دهندگان ترانسدیوسر های فشار معمولاً تعدادی ماژول حسگر را ارائه می دهند که می توانند مستقیماً با نیازهای کاربر مطابقت داشته باشند. آنها، برای مثال، یک اتصال فشار خاص برای کاربر و یا یک اتصال الکتریکی خاص کاربر دارند (تصویر ۶). تنها تعداد بسیار کمی از تولیدکنندگان فناوری اندازه‌گیری فشار الکترونیکی ، حسگر فشار موسوم به «Bare» را به عنوان یک ماژول ارائه می‌کنند .
برای این موارد، کاربران باید راه حل های طراحی خود را توسعه دهند تا فشار را به سنسور وارد کنند و سیگنال سنسور را ارزیابی کنند. برای ترانسدیوسرهای فشار، معمولاً عملکرد صحیح آنها باید با اقدامات مربوط به طراحی کاربر تضمین شود. بنابراین، این گزینه معمولاً فقط برای تجهیزات تولید انبوه مناسب است.
