تقریباً همه از اصطلاحات سنسور فشار، ترنسدیوسر فشار و ترانسمیتر فشار به جای هم استفاده می‌کنند و این اصلا اشکالی ندارد!

نام‌ها چه اهمیتی دارند؟ وقتی صحبت از سنجش الکترونیکی فشار به میان می‌آید، برای بسیاری از کاربران پاسخ “نه چندان” است. تولیدکنندگان تفاوتی بین ترنسدیوسر و ترانسمیتر قائل نمی‌شوند، در حالی که برخی دستگاه‌ها صرفاً حسگر فشار نامیده می‌شوند. واضح است که چرا، زیرا هر سه اصطلاح به ابزارهایی اشاره دارند که از نظر عملکرد مشابه هستند و ویژگی فیزیکی فشار را اندازه‌گیری و به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل می‌کنند. نام‌های دیگری برای ابزارهای اندازه‌گیری فشار الکترونیکی شامل مبدل‌های I/P (جریان به فشار) و ترنسدیوسرهای I/P، مبدل‌های P/I یا P به I (فشار به جریان)، فرستنده‌های فشار و کلیدهای فشار هستند. برخی از این اصطلاحات قدیمی هستند و بخشی از تاریخچه صنعت محسوب می‌شوند، در حالی که برای برخی کاربران این موضوع به سلیقه شخصی مربوط می‌شود. جای تعجب نیست که بازار تمایل دارد همه دستگاه‌های دارای سیم را به سادگی سنسور فشار بنامد!

انواع ابزارهای اندازه‌گیری فشار الکترونیکی

تعریف آکادمیک ترنسدیوسر ابزاری است که فشار، بار، نیرو یا دیگر حالات را اندازه‌گیری کرده و خواندن را به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل می‌کند. یک ترانسمیتر نیز خواندن را به سیگنال الکترونیکی تبدیل می‌کند، اما سپس آن سیگنال را تقویت، اصلاح و به یک گیرنده ارسال می‌کند. یک کلید (سوئیچ) دستگاهی است که بر اساس یک نقطه تنظیم شده، جریان را قطع کرده یا آن را از یک مدار به مدار دیگر منحرف می‌کند. در محصولات WIKA، یک ترنسدیوسر (مانند TTF-1) خروجی غیر تقویت شده دارد، در حالی که یک ترانسمیتر (مانند A-10 یا S-20) خروجی تقویت شده دارد. دیگر دستگاه‌های فشار الکترونیکی به سادگی حسگر فشار نامیده می‌شوند، زیرا این یک راه آسان برای اشاره به ابزارهای نسل بعدی مانند A-1200 با IO-Link یا MH-4-CAN با پروتکل‌های ارتباطی CANopen و SAE J1939 CAN است. تمامی ابزارهای اندازه‌گیری فشار الکترونیکی فوق تحت دسته حسگرهای فشار فهرست شده‌اند، در حالی که کلیدهای فشار به طور جداگانه گروه‌بندی شده‌اند.

مقایسه ترنسدیوسرها و ترانسمیترهای فشار

در یک ترنسدیوسر فشار، یک حسگر فشار فیلم نازک یا پیزو-مقاومتی روی یک اتصال فرآیندی نصب شده است. ترنسدیوسر فشار را به یک سیگنال خروجی الکترونیکی آنالوگ تبدیل می‌کند، که معمولاً به صورت خروجی میلی‌ولت به ازای هر ولت است. این سیگنال‌ها خطی‌سازی یا جبران دما نمی‌شوند. یک ترانسمیتر فشار مدارهای اضافی دارد که سیگنال را از یک ترنسدیوسر خطی‌سازی، جبران و تقویت می‌کند. انواع مختلف سیگنال‌ها معمولاً سیگنال‌های ولتاژی (مانند 0 تا 5 یا 0 تا 10 ولت)، میلی‌آمپر (مانند 4 تا 20 میلی‌آمپر) یا دیجیتال هستند. ابزار سپس می‌تواند سیگنال را به یک گیرنده راه دور ارسال کند. بسیاری از ترانسمیترهای فشار گزینه‌های مختلفی برای کالیبراسیون ارائه می‌دهند، از جمله تنظیم دامنه و صفر/اسپان. ترانسمیترهای هوشمند را می‌توان از راه دور با استفاده از یک شبکه باس کالیبره، تست و بازنشانی کرد.

ترنسدیوسر یا ترانسمیتر فشار: کدام یک را انتخاب کنیم؟

با وجود تفاوت‌های تقویت‌شده و غیر تقویت‌شده بین ترانسمیترها و ترنسدیوسرها، واقعاً مهم نیست که مردم آن‌ها را چه می‌نامند یا از کدام یک استفاده می‌کنند. آنچه مهم‌تر است این است که آیا دستگاه برای کاربرد خاصی مناسب است و خروجی مورد نیاز را ارائه می‌دهد یا خیر. دقت، دامنه، دمای کاری و محیط از عوامل تعیین‌کننده در انتخاب ابزار فشار مناسب برای یک کاربرد هستند.

به عنوان مثال؛

• خروجی‌های میلی‌ولت معمولاً جبران دما ندارند.
  یک سیگنال جریان نسبت به تداخل و نویز مقاوم‌تر از یک سیگنال ولتاژ است.
  یک سیگنال جریان نیز می‌تواند مسافت بیشتری را طی کند.
  یک سیگنال آنالوگ فقط خواندن فشار است.
  یک سیگنال دیجیتال به کاربر اجازه می‌دهد اطلاعات بیشتری و متغیرهای دیگری علاوه بر فشار جمع‌آوری کند.
  کارت ورودی بسیاری از سیستم‌های کنترل فقط سیگنال‌های تقویت شده را می‌پذیرد.

انتخاب صحیح سنسور فشار یک عامل مهم برای عملکرد بهینه و ایمنی در طیف وسیعی از فرایندهای صنعتی به شمار می‌رود. با وجود تنوع گسترده حسگرهای فشار در بازار، درک الزامات کلیدی می‌تواند منجر به انتخابی آگاهانه و مقرون به صرفه گردد. سنسورهای فشار در انواع مختلف و با پیکربندی‌های بی‌شمار موجود هستند. برای انتخاب ترانسمیتر یا ترانسدیوسر فشار مناسب، کاربران باید محل و نحوه استفاده از آن، نیازهای کاربرد و ویژگی‌های ضروری را در نظر بگیرند. برخی مشتریان به دنبال ارزان‌ترین سنسورهای فشار هستند که بتواند کار را انجام دهد. برخی دیگر ترجیح می‌دهند سنسورهایی با بیشترین ویژگی‌ها – تمام امکانات موجود – را انتخاب کنند. واقعیت این است که هیچ سنسور فشاری به طور کلی بهترین نیست. تنها انتخاب هوشمندانه برای یک کاربرد خاص وجود دارد.

عوامل مهم در انتخاب سنسور فشار
وقتی مشتریان از من می‌خواهند به آن‌ها در تصمیم‌گیری برای انتخاب سنسور فشار و پیکربندی آن کمک کنم، ابتدا با پرسش‌هایی از آن‌ها شروع می‌کنم. نقش من این است که آن‌ها را از صرف هزینه اضافی برای ویژگی‌ها و عملکردهای غیرضروری جلوگیری کنم. از سوی دیگر، صرفه‌جویی بیش از حد یا انتخاب نوع نادرست سنسور فشار می‌تواند ایمنی و کارایی کل فرآیند یا تأسیسات را به خطر بیندازد.

این‌ها برخی از سوالاتی هستند که قبل از ارائه توصیه خود از مشتریان می‌پرسیم:

1. کاربری مورد نظر چیست؟
این مهمترین سوال است و هر چه جزئیات بیشتری مشتری بتواند ارائه دهد، بهتر است. ما باید کاربری مورد نظر را به طور کامل درک کنیم تا بتوانیم ویژگی‌های خاص دستگاه را مشخص کنیم. به طور کلی، آیا سنسور فشار در کاربردهای صنعتی عمومی مانند واحدهای قدرت هیدرولیک و سیستم‌های پمپاژ استفاده خواهد شد؟ در این صورت، سنسور فشار A-10 گزینه‌ای عالی است. یا اینکه در کاربردهای صنعتی چالش‌برانگیزتر، مانند شرایط سخت یا در تحقیق و توسعه استفاده می‌شود؟ کاربردهای بهداشتی، استریل و فوق‌العاده خالص (UHP) نیز نیازمندی‌های خاص خود را دارند.

2. ماده فرایند چیست؟
این سوال به جزئیات کاربری مربوط است، زیرا مواد خاص نیاز به نسخه‌های ویژه‌ای از سنسورهای فشار دارند. به عنوان مثال، هنگام کار با مواد غذایی و نوشیدنی‌ها، سنسورها باید سطح بهداشتی بالاتر، اتصالات فرآیندی خاص و مایع انتقال دهنده سازگار با صنایع غذایی داشته باشند – یا هیچ مایع انتقال دهنده‌ای نداشته باشند. اگر مشتری در حال ساخت یک کارخانه جدید باشد، ممکن است ترانسمیتر فرآیند DMSU22SA را پیشنهاد دهیم، در حالی که ترانسمیتر فشار S-20 گزینه‌ای مناسب برای بازسازی است. برای مایعات چسبناک یا مایعات حاوی ذرات جامد، ترانسمیتر فشار S-11 به طور بهینه برای سنجش فشار موادی طراحی شده که کانال اتصالات فرآیندهای معمولی را مسدود می‌کنند.

سنسورهای فشار همچنین در نسخه‌های بدون روغن و گریس برای سرویس اکسیژن یا هیدروژن موجود هستند. به عنوان مثال، سنسور فشار MG-1 به طور خاص برای ذخیره و توزیع اکسیژن و سایر گازهای پزشکی طراحی شده است، زیرا فقط مواد مناسب برای کاربردهای اکسیژن استفاده می‌شود. و به دلیل خطر نفوذ،نیاز دارند که قسمت‌های مرطوب سنسورها از مواد ویژه‌ای مانند فولاد ضد زنگ 316L و Elgiloy® ساخته شوند.

3. محیط چه شرایطی دارد؟
بایذ بدانیم چه دماهایی – هم دمای محیط و هم دمای فرآیند – به سنسور فشار وارد خواهد شد. این به این دلیل است که دما تأثیر زیادی بر دقت سنسور فشار دارد. همچنین مهم است بدانیم آیا سنسور فشار پیک‌ها و نوسانات فشاری را تجربه خواهد کرد، چه نوع اتصال فرآیندی مورد نظر است و مواد آب‌بندی لازم هستند. رطوبت و آب، یکی از شایع‌ترین علل خرابی سنسور فشار، یکی دیگر از ملاحظات مهم است. اگر سنسور در مکان‌ها یا شرایط زیر استفاده شود، استاندارد IP بالاتری مورد نیاز است:

• بیرونی یا در محیط‌های شستشو: IP67
  کاربردهای واجد غوطه‌وری: IP68
  بخار فشار قوی: IP6K9K

وسایل نقلیه و ماشین‌آلات صنعتی تحت شرایط کاری سخت – گرد و غبار، بارندگی، ارتعاش، شوک و دماهای شدید – قرار دارند که در بیشتر کاربردهای دیگر وجود ندارد. به همین دلیل است که WIKA دو سنسور فشار OEM به طور خاص برای شرایط سخت کنترل ماشین‌های موبایل تولید می‌کند: سنسور فشار MH-4 و سنسور فشار MH-3-HY برای وسایل نقلیه هیدروژنی مانند لیفتراک‌ها و باربرها. مناطق خطرناک نیاز به سنسور فشار ایمن یا ضدانفجار دارند. این دو ویژگی شاید مشابه باشند، اما قابل جایگزینی نیستند. یک ترانسمیتر فشار ایمن، مانند IS-3، از سطح توان پایین استفاده می‌کند تا باعث اشتعال نشود. از سوی دیگر، یک ترانسمیتر فشار ضدانفجار مانند E-10/E-11 برای مقاومت در برابر انفجارها و مهار هرگونه شعله، جرقه و گازهای داغ تولید شده طراحی شده است.

4. سیگنال خروجی مطلوب چیست؟
یکی دیگر از ملاحظات مهم هنگام انتخاب و پیکربندی سنسور فشار، سیگنال خروجی مطلوب است. سنسورهای فشار WIKA در انواع مختلف سیگنال‌های آنالوگ موجود هستند، از 4 … 20 mA و 20 … 4 mA تا سیگنال‌های کم‌توان باتری‌دار مانند DC 1 … 5 V. اینترنت اشیای صنعتی نیاز به سیگنال‌های دیجیتال بی‌سیم، گاهی اوقات در فواصل طولانی دارد. سنسور فشار A-1200 با ارتباط IO-Link و خروجی سوییچینگ PNP یا NPN برای استفاده در کارخانه‌های هوشمند ایده‌آل است. گزینه‌های دیجیتال دیگر شامل پروتکل‌های مبتنی بر CAN مانند CANopen و J1939، و همچنین خروجی‌های USB هستند.

5. دقت چیست؟
کاربری‌های مختلف نیاز به مشخصات دقت متفاوتی دارند. برای کاربردهای تبرید و HVAC، عدم خطی بودن با استفاده از روش BFSL (خط بهترین برازش) ≥ ±0.6% کافی است. در انتهای دیگر طیف، عدم خطی بودن ≤ ±0.04% برای اندازه‌گیری‌های دقیق مورد نیاز برای میزهای آزمایش، کالیبراسیون، آزمایشگاه‌ها و برخی کاربردهای ساخت ماشین‌ها است.

6. ملاحظات فشاری
اولین ملاحظه هنگام پیکربندی سنسور فشار نوع فشاری است که قرار است اندازه‌گیری شود. فشار گیج (فشار کاری)، فشار مطلق و فشار خلاء/کم. ملاحظه دوم واحد اندازه‌گیری فشار است: psi, bar, mPa, kPa و غیره.

در نهایت، محدوده فشار مطلوب چیست؟ این بستگی به محدوده عملیاتی کاربرد و همچنین یک حاشیه ایمنی برای احتمال مواجهه با نوسانات و پیک‌های فشار دارد. سنسورهای فشار WIKA محدوده بسیار گسترده‌ای را پوشش می‌دهند، از −30 inHg … 0 psi تا 0 … 20,000 psi. برای کاربردهای فشار بالا، مانند برش جت آبی، ما سنسور فشار HP-2 را با محدوده اندازه‌گیری تا 0 … 217,500 psi ارائه می‌دهیم. تعداد بسیار کمی از سنسورهای فشار در جهان می‌توانند به طور قابل اعتماد فشارهایی از این حد را اندازه‌گیری کنند.

فاکتورهای کلیدی در گزینش سنسور فشار

• کاربرد حسگر: درک ماهیت فرآیند و هدف اندازه‌گیری فشار، اولین گام اساسی است. جزئیات بیشتر در خصوص کاربرد به انتخاب مدل مناسب حسگر فشار، اعم از صنعتی، نیروگاهی، دارویی و یا غذایی، کمک شایانی می‌نماید.
• سازگاری با سیال: نوع سیال فرآیند که حسگر با آن در تماس مستقیم قرار می‌گیرد، بر انتخاب مواد و مشخصات فنی حسگر تاثیرگذار است. به عنوان مثال، صنایع غذایی نیازمند حسگرهایی با سطح تمیزی بالا، اتصالات ویژه و مایعات سازگار با مواد غذایی هستند.
• محیط عملیاتی: شرایط محیطی از جمله دما، فشار، رطوبت، لرزش و شوک بر عملکرد و دقت حسگر فشار تاثیر می‌گذارند. انتخاب حسگر با درجه حفاظت (IP) مناسب برای محیط‌های با رطوبت بالا یا احتمال غوطه‌وری در سیال، امری ضروری است.
• سیگنال خروجی: حسگرهای فشار سیگنال‌های خروجی آنالوگ (مانند جریان 4 تا 20 میلی آمپر) و یا سیگنال‌های دیجیتال بی‌سیم را ارائه می‌دهند. نوع خروجی بر اساس قابلیت‌های سیستم کنترل و نیازهای ارتباطی انتخاب می‌گردد.
• دقت اندازه‌گیری: سطح دقت مورد نیاز برای حسگر فشار با توجه به حساسیت فرآیند و کاربرد آن تعیین می‌شود. در برخی از سیستم‌ها مانند سیستم‌های تهویه مطبوع، دقت متوسط کفایت می‌کند، در حالی که برای اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق در آزمایشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی، به حسگرهای با دقت بالا نیاز است.
• مشخصات فشار: نوع فشار قابل اندازه‌گیری (فشار نسبی، فشار مطلق یا خلاء)، واحد اندازه‌گیری (پسی، بار، پاسکال و غیره) و محدوده فشار مورد نظر از دیگر عوامل مهم در انتخاب حسگر مناسب هستند.

تعادل میان ویژگی‌ها و قابلیت اطمینان

هرچند حسگرهای فشار با ویژگی‌های بیشتر، قابلیت‌های متنوع‌تری را ارائه می‌دهند، لیکن پیچیدگی طراحی می‌تواند منجر به افزایش ریسک خرابی گردد. به عنوان مثال، نمایشگر حسگر برای خواندن فشار در محل، یک ویژگی مفید است، اما باعث افزایش ابعاد، مصرف انرژی و در نتیجه حساسیت حسگر در برابر ضربه و لرزش می‌شود.

بنابراین، هنگام انتخاب ویژگی‌های حسگر فشار، به این سوالات کلیدی پاسخ دهید:

• فرکانس استفاده از این ویژگی‌ها چقدر است؟
• آیا وجود این ویژگی‌ها در تمامی حسگرهای مورد استفاده ضروری است؟

مشاوره با متخصصین

انتخاب بهینه حسگر فشار با در نظر گرفتن عوامل متعدد ذکر شده، می‌تواند یک فرایند چالش‌برانگیز باشد. شرکت ویکا (WIKA) به عنوان یکی از پیشگامان در طراحی، ساخت، تست و کالیبراسیون حسگرهای فشار با کیفیت بالا، همواره آمادگی دارد تا با بهره‌گیری از دانش و تجربه متخصصین خود، شما را در انتخاب بهترین حسگر فشار برای کاربرد خاص‌تان یاری رساند. با برقراری ارتباط با کارشناسان مجرب ویکا، اطمینان حاصل کنید که از راه‌حل ایده‌آل برای دستیابی به عملکردی ایمن، دقیق و بهینه در فرآیند خود بهره‌مند می‌گردید. سنسور فشار مورد نیاز خود را خریداری کنید. برای انتخاب بهترین گزینه و دریافت مشاوره تخصصی، به فروشگاه دراک مراجعه کنید. کارشناسان ما با توجه به نیازهای خاص شما، مناسب‌ترین حسگر را به شما پیشنهاد خواهند داد.