سنسور فشار

سنسور فشار چیست؟

تجهیزات اندازه‌گیری و کنترل فشار در فرآیندهای صنعتی، پزشکی، خودروسازی و حتی صنایع خانگی نقش مهمی دارند. یکی از مهم‌ترین این تجهیزات، سنسور فشار می باشد.سنسور فشار (Pressure Sensor) یا ترانسمیتر فشار، ابزاری الکترونیکی برای اندازه‌گیری فشار گازها یا مایعات است. این سنسور پارامتر مکانیکی فشار را به یک سیگنال خروجی الکتریکی تبدیل می کند، امکان نظارت و کنترل بر فشار محیط را فراهم می‌کند. به عبارت بهتر سنسور فشار جهت اندازه گیری فشار مایع و گاز مورد استفاده قرار می گیرد. برخی از این تجهیزات بر اساس استانداردهای ضد انفجار Ex d و Ex I برای محیط های خطرناک ساخته می شوند.

تفاوت ترانسدیوسر فشار و سوئیچ فشار

به طور کلی سنسور فشار یک اصطلاح فراگیر است که شامل تمام ترانسدیوسرهای فشار، ترانسمیترهای فشار و سوئیچ های فشار می شود. همه ترانسدیوسرها، ترانسمیترها و سوئیچ های فشار، نوعی سنسور فشار هستند.

ترانسدیوسر فشار

ترانسدیوسر فشار، یک تجهیز الکترومکانیکی است که مقادیر فشار را به یک سیگنال ولتاژی تبدیل می کند. این ولتاژ خروجی می تواند در حد چند میلی ولت یا چند ولت باشد. بنابراین به طور کلی ترانسدیوسرهای فشار به دو دسته ترانسدیوسر فشار با خروجی میلی ولت و ترانسدیوسر فشار با خروجی ولتاژی تقسیم می شوند.

سوئیچ فشار

بر خلاف ترانسدیوسر و تراسنمیتر فشار که متناسب با تمامی تغییرات فشار یک سیگنال الکتریکی تولید می کنند، سوئیچ فشار (پرشر سوئیچ) تجهیزی است که قادر به تشخیص تغییرات در فشار سیال می باشد و دارای یک سوئیچ الکتریکی است که می تواند در یک فشار معین (نقطه Set point) یک کنتاکت الکتریکی را باز یا بسته نماید. به عبارت دیگر به محض اینکه فشار سیال از نقطه تنظیم (Set point) بیشتر یا کمتر شود (متناسب با نوع سوئیچ فشار)، سوئیچ تحریک شده وضعیت ها کنتاکت را از حالت باز (NO) به حالت بسته (NC) و یا برعکس تغییر می دهد. همچنین نقطه تنظیم می تواند به صورت یا ثابت یا قابل تنظیم باشد.

انواع سنسور فشار

در انتخاب سنسور فشار باید نوع آن را با توجه به کاربرد در نظر گرفت. انواع اصلی عبارتند از:

1. سنسور فشار مطلق (Absolute Pressure Sensor)

این سنسورها فشار محیط را نسبت به خلاء کامل اندازه‌گیری می‌کنند و مقدار گزارش شده به عنوان فشار مطلق در نظر گرفته می‌شود.

2. سنسور فشار گیج (Gauge Pressure Sensor)

این سنسورها فشار را نسبت به فشار محیط اندازه‌گیری می‌کنند. به عنوان مثال، فشارسنج لاستیک خودرو یک نمونه از سنسور فشار نسبی است.

3. سنسور فشار تفاضلی (Differential Pressure Sensor)

این سنسورها تفاوت فشار بین دو نقطه مختلف را اندازه‌گیری می‌کنند. از این سنسورها برای اندازه‌گیری افت فشار در فیلترها، سطح مایعات و میزان جریان استفاده می‌شود.

4. سنسور فشار خلأ

برای اندازه‌گیری فشارهای کمتر از فشار محیط یا فشار منفی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تکنولوژی‌های به‌کار رفته در سنسورهای فشار

سنسورهای پیزوالکتریک

سنسورهای پیزوالکتریک از کریستال‌هایی استفاده می‌کنند که در اثر فشار مکانیکی بار الکتریکی تولید می‌کنند. هنگامی که نیرویی به یک ماده پیزوالکتریک وارد می‌شود، بار الکتریکی در سطح کریستال ایجاد می‌شود. این را می‌توان به عنوان یک ولتاژ متناسب با فشار اندازه گیری کرد. همچنین یک اثر پیزوالکتریک معکوس وجود دارد که در آن اعمال ولتاژ به ماده باعث تغییر شکل آن می‌شود.و برای اندازه‌گیری فشارهای دینامیک بسیار مناسب هستند.

سنسورهای مقاومتی (Strain Gauge)

اصل کار استرین گیج یا کرنش سنج بر اساس مفهوم تغییر مقاومت الکتریکی ناشی از کرنش مکانیکی است. کرنش سنج از یک سیم یا فویل ریز تشکیل شده است که معمولاً از یک ماده بسیار رسانا مانند مس یا کنستانتان ساخته می‌شود که به یک ماده پشتی انعطاف پذیر متصل می‌شود. هنگامی که یک کرنش مکانیکی به کرنش سنج اعمال می‌شود، سیم یا فویل دچار تغییر شکل می‌شود و در نتیجه طول و سطح مقطع آن تغییر می‌کند. این تغییر در ابعاد باعث تغییر در مقاومت متناظر الکتریکی سیم یا فویل می شود.از تغییر مقاومت الکتریکی تحت فشار برای اندازه‌گیری استفاده می‌کنند. دقت بالایی دارند و در صنعت رایج هستند.

سنسور خازنی

بر اساس تغییر ظرفیت خازن در اثر تغییر فشار کار می‌کنند. حساسیت بالا و مصرف انرژی کمی دارند.

انواع کاربردهای سنسور فشار

کاربرد در صنعت

در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، آب و فاضلاب و نیروگاه‌ها برای کنترل خطوط فرآیندی، ایمنی تجهیزات و مانیتورینگ فشار کاربرد دارد. همچنین در اتوماسیون صنعتی برای نظارت و کنترل فشار در سیستم های پنوماتیک و هیدرولیک مورد استفاده قرار می گیرند. آنها کمک می کنند تا اطمینان حاصل شود که فرآیندها در محدوده فشار ایمن کار می کنند و کارایی و بهره وری را بهینه می کنند.

کاربرد در خودرو

در سیستم‌های ترمز ضد قفل (ABS)، مانیتورینگ فشار روغن و سوخت، هنگامی که شرایط رانندگی تغییر می کند، موتور خودروها از سنسورهای فشار برای مخلوط مناسب سوخت و هوا استفاده می کنند.

کاربرد پزشکی

در کپسول های اکسیژن در مصارف پزشکی، از این سنسورها برای مخلوط مناسب هوا و اکسیژن و کنترل فشار اکسیژن استفاده می شود. در دستگاه های اسپیرومتری که ظرفیت ریه بیماران را اندازه گیری می کنند و در تجهیزات مانیتورینگ فشار خون، تنفس مصنوعی و دستگاه‌های تشخیصی کاربرد دارد.

چگونه یک سنسور فشار مناسب انتخاب کنیم؟

1. بازه فشار

اطمینان حاصل کنید سنسور مورد نظر محدوده فشار عملیاتی و حداکثر فشار کاری شما را به دقت پوشش دهد.

2. شرایط فرآیندی که قرار است سنسور در آن کار کند

مایع، گاز، خورنده یا غیرخورنده بودن سیال در انتخاب بدنه سنسور تأثیر دارد.

3. نوع سیگنال خروجی

خروجی‌ها می‌توانند آنالوگ (مثل 4-20 میلی‌آمپر یا 0-10 ولت) یا دیجیتال (مثل RS485، CAN) باشند.

4. نوع نصب

نصب به صورت دنده‌ای، فلنجی یا رزوه‌ای باید با طراحی سیستم همخوانی داشته باشد.

5. دقت سنسور

برای کاربردهای حساس، دقت بالا و پایداری در طول زمان از اهمیت زیادی برخوردار است.

مزایای استفاده از سنسور فشار

• افزایش دقت و سرعت در اندازه‌گیری

سنسورهای فشار داده‌های دقیق و  قابل اعتمادی را ارائه می‌ دهند و کنترل دقیق فرآیندهای صنعتی را آسان می‌کنند.

• ایمنی بالا در کنترل فرآیندهای حساس

در کاربردهایی مانند صنایع نفت و گاز، هوافضا و خودروسازی، سنسورهای فشار با جلوگیری از شرایط فشار بیش از حد و اطمینان از یکپارچگی تجهیزات به ایمنی فرآیند کمک می‌کنند.

• زمان پاسخگویی سریع

بسیاری از سنسورهای فشار دارای زمان پاسخ کوتاهی به تغییرات فشار هستند که برای کاربردهایی مانند کنترل فرآیندها و سیستم‌های پویای بسیار مفید است.

• کاهش هزینه‌های تعمیرات و توقف خط تولید

نگهداری و کالیبراسیون سنسور فشار

چرا کالیبراسیون مهم است؟

با گذر زمان، عوامل محیطی می‌توانند دقت سنسور را کاهش دهند. بنابراین کالیبراسیون دوره‌ای برای حفظ دقت و صحت عملکرد الزامی است. کالیبراسیون شامل مقایسه خروجی سنسور با یک مرجع استاندارد و تنظیم آن در صورت نیاز است. نگهداری شامل تمیز کردن، بررسی و محافظت از سنسور در برابر آسیب‌های فیزیکی و محیطی است.

نکته مهم در کالیبراسیون

بهتر است کالیبراسیون در محل استقرار دستگاه انجام شود، زیرا شرایط محیطی می‌توانند بر عملکرد دستگاه تأثیر بگذارند.