مکانیک، مهندسی 166 بازدید

بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌های صنعتی و جلوگیری از اختلال در فرآیندهای مختلف آن‌ها، هدف بسیار مهمی است که با نظارت مداوم بر روی کمیت‌های فیزیکی نظیر فشار، دما، جریان، سطح و غیره ممکن می‌شود. ابزارهای مختلفی برای اندازه‌گیری و کنترل کمیت‌های فیزیکی وجود دارند. ترانسمیترهای فشار، تجهیزات پرکاربردی هستند که امکان تبدیل فشار سیستم به سیگنال‌های الکتریکی و ارسال آن‌ها به واحد کنترل را فراهم می‌کنند. این تجهیزات، در اندازه‌گیری کمیت‌های دیگر نیز کاربرد دارند. در این مقاله، به معرفی کاربردها، انواع و اصول عملکرد ترانسمیتر فشار می‌پردازیم. سپس، مزایا، معایب، الزامات نصب، عوامل موثر بر انتخاب و تفاوت این ابزار اندازه‌گیری با ترانسدیوسر را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

فهرست مطالب این نوشته پنهان کردن

ابزار دقیق چیست ؟

«ابزار دقیق» (Instrumentation)، مجموعه‌ای از تجهیزات مورد استفاده برای نظارت بر روی تغییرات کمیت‌های فیزیکی نظیر جریان، دما، سطح، فشار و دیگر پارامترهای مهم در سازه‌های مهندسی، ماشین‌آلات و فرآیندها است. وظیفه طراحی، توسعه، نصب، مدیریت و نگهداری تجهیزات ابزار دقیق بر عهده کارشناسان کنترل قرار دارد. بهره‌گیری از ابزار دقیق مناسب در پروژه‌های مهندسی، امکان نظارت مداوم بر روی عملکرد سیستم و اجزای مختلف آن را فراهم می‌کند. لوله‌کشی صنعتی یا پایپینگ، یکی از حوزه‌های اصلی کاربرد ابزار دقیق است.

نصب سنسور بر روی لوله‌ها، به منظور اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی سیالات عبوری از سیستم پایپینگ
نصب سنسور بر روی لوله‌ها، به منظور اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی سیالات عبوری از سیستم پایپینگ

انواع ابزار دقیق چه هستند؟

ابزار دقیق معمولا بر اساس ساختار به انواع الکتریکی، الکترونیکی و مکانیکی تقسیم می‌شوند. این تجهیزات به منظور اندازه‌گیری و یا کنترل پارامترهای مختلفی نظیر فشار استاتیک، اختلاف فشار، جریان، دما، سطح، چگالی، ویسکوزیته، تشعشعات، فرآیند و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرند. در واقع، نوع پارامتر قابل اندازه‌گیری و کنترل، از معیارهای مهم تقسیم‌بندی ابزار دقیق است. از متداول‌ترین و شناخته‌شده‌ترین انواع ابزار دقیق می‌توان به ولو، ترانسمیتر، آنالایزر، سلونوئید، دژنکتور و رله اشاره کرد. سنسور، ترانسدیوسر، آلارم، نشانگر، رکوردر، رگولاتور و کنترلر، از دیگر تجهیزات کنترلی رایج در ابزار دقیق سیستم‌های پایپینگ هستند.

گیج فشار، یکی از متداول‌ترین نشانگرهای مورد استفاده در لوله‌کشی صنعتی
گیج فشار، یکی از متداول‌ترین نشانگرهای مورد استفاده در لوله‌کشی صنعتی

ترانسمیتر چیست ؟

«ترانسمیتر» (Transmitter)، در لغت به معنای فرستنده است. در حوزه کنترل و ابزار دقیق، ترانسمیتر، وسیله‌ای است که سیگنال‌های دریافتی از سنسور را به سیگنال‌های استاندارد و قابل تفسیر برای واحد کنترل تبدیل می‌کند. سیگنال ارسالی توسط ترانسمیتر، معرف کمیت فیزیکی مورد بررسی در سیستم است. ترانسمیترها بر اساس کمیت قابل اندازه‌گیری به انواع ترانسمیتر فشار، ترانسمیتر سطح، ترانسمیتر جریان، ترانسمیتر دما، ترانسمیتر موقعیت، ترانسمیتر سرعت، ترانسمیتر pH و غیره تقسیم‌بندی می‌شود.

از راست به چپ: ترانسمیتر جریان، دما، سطح و ترانسمیتر فشار
از راست به چپ: ترانسمیتر جریان، دما، سطح و فشار

ترانسمیتر فشار چیست؟

ترانسمیتر فشار یا «پرشر ترانسمیتر» (Pressure Transmitter)، وسیله‌ای است که به منظور دریافت، تبدیل و ارسال سیگنال‌های معرف فشار در سیستم‌های انتقال سیالات مورد استفاده قرار می‌گیرد. این وسیله علاوه بر تعیین فشار سیالات مختلف نظیر گاز، مایع، هوا و روغن، امکان اندازه‌گیری دیگر کمیت‌های مهم صنعتی مانند جریان، سطح، چگالی، وزن و دما را فراهم می‌کند. به عبارت دیگر، در بسیاری از موارد، سیگنال ارسال شده توسط ترانسمیتر، به عنوان مبنای اندازه‌گیری دیگر کمیت‌های فیزیکی به کار گرفته می‌شود.

نمونه‌ای از یک دستگاه ترانسمیتر فشار روزمونت با قابلیت اندازه‌گیری فشار گیج یا نسبی و فشار مطلق
نمونه‌ای از یک دستگاه ترانسمیتر فشار روزمونت با قابلیت اندازه‌گیری فشار گیج یا نسبی و فشار مطلق

پرشر ترانسمیتر در اکثر صنایع مرتبط با انتقال سیالات کاربرد دارد. با این وجود، این وسیله از اهمیت بالایی در سیستم‌های پایپینگ کارخانه‌های فرآیندی برخوردار است. در برخی از موارد، ترانسمیتر به اشتباه با عنوان ترانسدیوسر معرفی می‌شود. با وجود شباهت در کاربری ترانسمیتر و ترانسدیوسر فشار در حوزه ابزار دقیق، وظیفه و عملکرد این دو وسیله با یکدیگر تفاوت دارد. در بخش‌های بعدی به معرفی تفاوت‌های این تجهیزات خواهیم پرداخت.

کاربرد ترانسمیتر فشار چیست؟

تجهیزات اندازه‌گیری فشار نظیر سنسور، ترانسدیوسر، ترانسمیتر و غیره در صنایع نفت، گاز، پالایشگاه‌ها، نیروگاه‌ها، کارخانه‌های فرآوری مواد غذایی، کارخانه‌های پتروشیمی، کارخانه‌های تولید مواد شیمیایی، پروژه‌های معدنی، پروژه‌های عمرانی، کارخانه‌های داروسازی، کارخانه‌های کاغذسازی، سیستم‌های پایپینگ، تاسیسات بهداشتی، تاسیسات سرمایشی و غیره کاربرد دارند. به عبارت دیگر، در هر صنعتی که نیاز به اندازه‌گیری و کنترل فشار سیالات باشد، ترانسمیترهای فشار به عنوان یکی از گزینه‌های احتمالی در نظر گرفته می‌شوند.

نمونه‌ای از ترانسمیتر فشار نصب شده بر روی محفظه اختلاط خمیر کاغذ در کارخانه کاغذسازی
نمونه‌ای از ترانسمیترهای فشار نصب شده بر روی محفظه اختلاط خمیر کاغذ در کارخانه کاغذسازی

به طور کلی، پرشر ترانسمیتر برای کاربری‌های زیر مورد استفاده قرار می‌گیرد:

  • نظارت بر روی اختلاف فشار و فشار عملیاتی انواع پمپ و کمپرسور صنعتی
  • کنترل و اندازه‌گیری فشار برای کنترل کیفیت در فرآیند ساخت ماشین آلات صنعتی و اطمینان از عملکرد مناسب تجهیزات
  • بررسی فشار در عملیات حفاری چاه نفت و گاز
  • نظارت بر روی عملکرد توربین‌ها، خطوط انتقال، ولوهای کنترل و غیره در نیروگاه‌ها
  • بررسی و کنترل فشار پمپ‌های بزرگ مورد استفاده برای انتقال آب و فاضلاب در شبکه توزیع خدمات شهری
  • نظارت بر روی فشار پمپ‌های مورد استفاده برای انتقال سیالات ویسکوز و نیمه جامد در کارخانه‌های فرآوری مواد غذایی و نوشیدنی‌‌ها
  • بررسی فشار سیالات شیمیایی خورنده در پمپ‌های مورد استفاده در کارخانه‌های شیمیایی و پتروشیمی
  • کنترل فرآیند انتقال دوغاب در پروژه‌های معدنی و عمرانی
  • اندازه‌گیری فشار مناسب در کارخانه‌های کاغذسازی حین فرآیند آماده‌سازی خمیر کاغذ
  • نظارت بر روی فشار سیستم‌های انتقال ذرات ریز و پودرهای مورد استفاده در کارخانه‌های داروسازی
  • کنترل و تنظیم فشار تجهیزات مورد استفاده در تاسیسات سرمایشی و گرمایشی

علاوه بر موارد بالا، ترانسمیترهای فشار در صنایع کشاورزی، نساجی، پلاستیک‌سازی، تولید سیمان و غیره نیز به کار گرفته می‌شوند. از کاربردهای جالب ترانسمیترهای فشار و تجهیزات همراه آن‌ها می‌توان به اندازه‌گیری کمیت‌های فیزیکی دیگر (مانند سطح، جریان، دما) و نظارت بر روی سیستم فیلتراسیون اشاره کرد.

هدف استفاده از ترانسمیتر فشار چیست؟

هدف اصلی استفاده ترانسمیترهای فشار و کنترل کمیت‌های فیزیکی مرتبط با فشار، جلوگیری از مشکلاتی نظیر کاویتاسیون، افت جریان، شکست مکانیکی، لرزش بیش از حد، آلودگی صوتی، استهلاک قطعات و بهینه‌سازی فشار سیستم برای دستیابی به بهترین خروجی ممکن است.

انواع ترانسمیتر فشار کدام هستند؟

ترانسمیترهای فشار دارای انواع مختلفی هستند که هر یک بر اساس معیارهای مختلفی نظیر فشار قابل اندازه‌گیری و مکانیزم اندازه‌گیری تقسیم‌بندی می‌شوند. از انواع ترانسمیتر فشار بر اساس فشار قابل اندازه‌گیری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • ترانسمیتر فشار مطلق: اندازه‌گیری فشار واقعی در هر نقطه نسبت به خلا (فشار صفر مطلق)
  • ترانسمیتر فشار نسبی یا فشار گیج: اندازه‌گیری فشار نسبت به فشار اتمسفریک (فشار محیط)
  • ترانسمیتر فشار تفاضلی یا اختلاف فشار: اندازه‌گیری اختلاف فشار بین دو نقطه متفاوت در یک سیستم

متداول‌ترین و کاربردی‌ترین ترانسمیتر فشار از بین موارد بالا، ترانسمیتر اختلاف فشار است. تکنولوژی‌های متنوعی به منظور اندازه‌گیری فشار در ساختار ترانسمیترها مورد استفاده قرار می‌گیرند. بر این اساس، انواع ترانسمیترها عبارت هستند از:

  • ترانسمیتر فشار پیزومقاومتی
  • ترانسمیتر فشار خازنی
  • ترانسمیتر فشار الکترومغناطیسی
  • ترانسمیتر فشار پیزوالکتریک
  • ترانسمیتر فشار دارای کرنش سنج
  • ترانسمیتر فشار نوری یا اپتیکال

اغلب ترانسمیترهای متداول در سیستم‌های پایپینگ از کرنش سنج برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌کنند. در رابطه آشنایی با کاربردها و نحوه عملکرد انواع ابزار دقیق مورد استفاده در فرآیندهای صنعتی از جمله تجهیزات اندازه‌گیری فشار، فرادرس، یک فیلم آموزشی جامع و کاربردی را تهیه کرده است که می‌تواند در یادگیری این مبحث به شما کمک کند. لینک مشاهده این فیلم در ادامه آورده شده است:

انواع ترانسمیتر بر اساس فشار قابل اندازه‌گیری

ترانسمیترهای فشار، تجهیزات اندازه‌گیری فشار مطلق، فشار نسبی و اختلاف فشار هستند. ساختار و نحوه عملکرد ترانسمیترهای مورد استفاده برای هر یک از این فشارها با یکدیگر تفاوت دارد. در این بخش، به معرفی اجمالی انواع ترانسمیتر بر اساس نوع فشار قابل اندازه‌گیری می‌پردازیم.

ترانسمیتر فشار مطلق چیست ؟

«ترانسمیتر فشار مطلق» (Absolute Pressure Transmitter)، وسیله‌ای است که در اندازه‌گیری فشار سیالات گازی، مایع و هوا نسبت به نقطه مرجع صفر (خلا) مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ترانسمیتر از یک سنسور موجود در فضای بسته (محیط ایزوله با فشار صفر مطلق) تشکیل می‌شود. برخورد سیال به محفظه سنسور، اختلاف فشاری را به وجود می‌آورد که بیانگر فشار مطلق سیال است. این فشار به صورت یک سیگنال از سنسور به ترانسمیتر ارسال می‌شود. ترانسمیتر، پس از دریافت این سیگنال و تبدیل آن به داده‌های استاندارد، سیگنال دیگری را به سمت کنترلر ارسال می‌کند. سیگنال خروجی ترانسمیتر فشار مطلق به صورت جریان آنالوگ یا دیجیتال بوده و بازه فشار قابل اندازه‌گیری توسط آن بین 0 تا 69 کیلو پاسکال است.

نمونه‌ای از یک ترانسمیتر فشار مطلق متصل به منیفولد ولو دو طرفه
نمونه‌ای از یک ترانسمیتر فشار مطلق متصل به منیفولد ولو دو طرفه

ترانسمیترهای فشار مطلق در صنایع و فرآیندهای مختلفی نظیر داروسازی، فرآوری مواد غذایی، نفت و گاز، پتروشیمی، فرآوری مواد شیمیایی و مطالعات علمی کاربرد دارند. این ترانسمیترها، معمولا به منظور نظارت بر روی عملکرد پمپ‌های خلا، اندازه‌گیری فشار مایعات، بسته‌بندی صنعتی، کنترل فرآیندهای صنعتی و بررسی کیفیت تجهیزات هوافضا مورد استفاده قرار می‌گیرند. در تمامی این موارد، اندازه‌گیری فشار نیازمند یک مبنای ثابت است. ترانسمیترهای فشار مطلق برای اندازه‌گیری سطح، دما و نرخ جریان سیستم‌های بسته نیز به کار می‌روند.

ترانسمیتر فشار نسبی یا ترانسمیتر فشار گیج چیست ؟

«ترانسمیتر فشار گیج» (Gauge Pressure Transmitter)، وسیله‌ای است که به منظور اندازه‌گیری فشار سیالات نسبت به فشار محیط مورد استفاده قرار می‌گیرد. سنسور این نوع ترانسمیتر، بر خلاف ترانسمیتر فشار مطلق، در یک فضای کاملا بسته قرار ندارد. وجود یک مجرای متصل به محیط بیرونی ترانسمیتر (مانند تصویر زیر)، باعث قرارگیری سنسور در معرض فشار محیط می‌شود. در واقع، مبنای اندازه‌گیری فشار از صفر مطلق به صفر نسبی (فشار جو) تغییر می‌کند. در این حالت، اعمال فشار سیال به سنسور، باعث ارسال سیگنال معرف فشار گیج به ترانسمیتر و تبدیل آن به سیگنال استاندارد می‌شود. اغلب سنسورهای مورد استفاده در ترانسمیترهای فشار نسبی، قادر به اندازه‌گیری حداکثر فشار 50 مگاپاسکال هستند.

نمونه‌ای از یک ترانسمیتر فشار نسبی
نمونه‌ای از یک ترانسمیتر فشار نسبی

ترانسمیترهای فشار گیج در مواردی مورد استفاده قرار می‌گیرند که نیاز به کنترل تغییرات فشار نسبت به فشار محیط باشد. به عنوان مثال، تغییر فشار جو بر روی سطح مایع موجود در یک مخزن تاثیر مستقیم می‌گذارد. ترانسمیترهای فشار نسبی، امکان کنترل تغییرات سطح و تنظیم سیستم بر اساس فشار محیط را فراهم می‌کنند. این ترانسمیترها در پزشکی نیز کاربرد دارند. از کاربردهای پزشکی ترانسمیترهای فشار گیج می‌توان به کنترل فرآیند خارج کردن مایعات از زخم بیماران، تنظیم فشار کپسول‌های اکسیژن و اندازه‌گیری فشار خون (ترانسمیتر فشار خون) اشاره کرد.

ترانسمیتر فشار تفاضلی یا ترانسمیتر اختلاف فشار چیست ؟

ترانسمیتر اختلاف فشار، «ترانسمیتر فشار تفاضلی» (Differential Pressure Transmitter) یا ترانسمیتر DP، وسیله‌ای است که در اندازه‌گیری اختلاف فشار بین دو نقطه از سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد. ترانسمیتر فشار تفاضلی، پرکاربردترین و متداول‌ترین نوع ترانسمیترهای مورد استفاده در سیستم‌های کنترل سیالات است. البته از نظر فنی، اغلب ترانسمیترهای فشار بر اساس اصول ترانسمیترهای اختلاف فشار کار می‌کنند. به عنوان مثال، در ترانسمیتر فشار گیج، فشار جو به عنوان مبنای اندازه‌گیری اختلاف فشار در نظر گرفته می‌شود. در صورتی که در ترانسمیتر فشار تفاضلی، سنسور با اتصال به یک نقطه دیگر از سیستم، فشار آن نقطه را به عنوان مبنای اندازه‌گیری در نظر می‌گیرد.

نمونه‌ای از یک ترانسمیتر اختلاف فشار
نمونه‌ای از یک ترانسمیتر اختلاف فشار

ترانسمیتر فشار تفاضلی، معمولا برای کنترل افت فشار در سیستم‌های تصفیه آب، تاسیسات تهویه مطبوع، فرآوری مواد غذایی، داروسازی، کاغذسازی، پتروشیمی، پالایشگاه، نیروگاه‌ها، تجهیزات دریایی و زیردریایی به کار برده می‌شود. این وسیله می‌تواند دیگر کمیت‌های فیزیکی نظیر چگالی، جریان، سطح و ویسکوزیته را اندازه‌گیری کند.

اجزای ترانسمیتر اختلاف فشار

ترانسمیتر اختلاف فشار از المان‌های اولیه، المان‌های ثانویه و محفظه اصلی تشکیل می‌شود. المان‌های اولیه، وظیفه ایجاد اختلاف فشار در هنگام تغییر جریان سیال را برعهده دارند. از المان‌های اولیه مورد استفاده برای نصب و راه‌اندازی ترانسمیترهای فشار تفاضلی می‌توان به صفحه اوریفیس، لوله ونتوری یا لوله پیتوت، نازل، المان جریان لامینار و المان گوه‌ای اشاره کرد. المان‌های ثانویه نیز اجزای مربوط به سنسورهای فشار هستند که با اتصال به دو نقطه از سیستم، سیگنال الکتریکی معرف اختلاف فشار را به محفظه اصلی ترانسمیتر ارسال می‌کنند. المان‌های موجود در محفظه اصلی نیز ضمن محافظت از اجزای ترانسمیتر، وظیفه تفسیر سیگنال‌های الکتریکی و ارسال آن‌ها را به شکل جریان استاندارد به واحد کنترل را بر عهده دارند.

نمای کلی از اجزای ترانسمیتر فشار تفاضلی
نمای کلی از اجزای ترانسمیتر فشار تفاضلی

انواع دیگر ترانسمیتر فشار

ترانسمیترهای فشار، انواع زیادی دارند که هر یک در سیستم‌های مختلف و برای کاربری‌های متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرند. در بخش قبلی به معرفی برخی از انواع این تجهیزات بر اساس نوع فشار قابل اندازه‌گیری پرداختیم. از دیگر انواع ترانسمیتر فشار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • ترانسمیتر فشار هیدرواستاتیک: ترانسمیترهای مورد استفاده در کنترل و اندازه‌گیری سطح مایعات
  • ترانسمیتر فشار قلمی: ترانسمیترهای کوچک و بدون نمایشگر فشار
  • ترانسمیتر فشار ضد انفجاری: ترانسمیترهای مخصوص اندازه‌گیر فشار در محیط‌های مستعد انفجار و لرزش‌های شدید
  • ترانسمیتر فشار هوشمند: ترانسمیترهای کوچک و مستحکم دو سیمه برای استفاده در محیط‌های پرخطر با فضای نصب محدود
  • ترانسمیتر پنوماتیکی: از انواع ترانسمیترهای فشار تفاضلی است با رله‌های پنوماتیک و سنسور نازل

در رابطه با ابزار دقیق و مدارات کنترل در تاسیسات سرمایشی ساختمان، فرادرس، یک آموزش جامع و کاربردی را تهیه کرده است که می‌تواند در یادگیری این مبحث تخصصی به شما کمک کند. لینک مشاهده این فیلم در ادامه آورده شده است:

ترانسمیتر فشار چگونه کار می کند‌ ؟

ترانسمیتر فشار با بهره‌گیری از اصول مکانیک سیالات کار می‌کند. درک نحوه عملکرد این تجهیزات، نیازمند آشنایی با مفهوم فشار است. نیروی وارد بر سطح، توسط یک کمیت فیزیکی با عنوان فشار نمایش داده می‌شود. این کمیت از تقسیم نیرو بر مساحت به دست می‌آید. سیالات دارای دو نوع فشار (فشار استاتیک و فشار دینامیک) هستند. فشار استاتیک، نیروی حاصل از اعمال وزن سیال بر سطح لایه‌های زیرین در حالت سکون است. فشار هیدرواستاتیک ناشی از آب موجود در مخزن سد، یکی از انواع فشارهای استاتیک به شمار می‌رود. در صورت حرکت سیال، فشاری دیگری درون سیستم به وجود می‌آید که به آن، فشار دینامیک گفته می‌شود. اندازه‌گیری فشار دینامیک بر اساس معادله برنولی انجام می‌گیرد.

فشار استاتیک و ایستایی سیال به همراه لوله پیتوت برای اندازه‌گیری فشار دینامیک
فشار دینامیک سیال، از اختلاف بین فشار استاتیک با فشار ایستایی به دست می‌آید.

ترانسمیتر فشار از یک بخش برای اندازه‌گیری فشار سیستم و یک بخش برای تبدیل فشار به سیگنال استاندارد تشکیل می‌شود. وظیفه تبدیل انرژی مکانیکی حاصل از فشار سیال به سیگنال الکتریکی در ترانسمیترها، برعهده سنسور فشار است. سنسورهای فشار مورد استفاده در ترانسمیترهای فشار معمولا از نوع خازنی، پیزومقاومتی یا استرین گیج هستند. این سنسورها با تجمیع نیروی مکانیکی ناشی از فشار سیال توسط دیافراگم، پیستون یا لوله بوردون، سیگنال معادل فشار را با استفاده از مدارهای الکتریکی اندازه‌‌گیری کرده و به ترانسمیتر ارسال می‌کنند.

سنسور فشار خازنی
سنسور فشار خازنی

تصویر بالا، پیکربندی نمونه‌ای از سنسورهای خازنی مورد استفاده در ترانسمیترهای فشار را نمایش می‌دهد. برخورد سیال با دیافراگم، تغییر فاصله بین الکترودها و تغییر ظرفیت خازن را در پی دارد. این تغییر ظرفیت به صورت یک سیگنال الکتریکی توسط مدار الکتریکی اندازه‌گیری و به ترانسمیتر ارسال می‌شود. مکانیزم عملکرد سنسورهای دیگر نیز تقریبا مشابه با سنسورهای خازنی است. به عنوان مثال، سنسورهای استرین گیج، معمولا بر اساس تبدیل تغییرات مقاومت به سیگنال‌های الکتریکی معادل کار می‌کنند.

پیکربندی کلی تجهیزات اندازه‌گیری فشار سیال
پیکربندی کلی تجهیزات اندازه‌گیری فشار سیال

در انتها، ترانسمیتر، سیگنال سنسور را دریافت کرده و آن را به صورت یک جریان الکتریکی (معمولا 4 تا 20 میلی‌آمپری) به واحد کنترل ارسال می‌کند. فرآیند کلی سیستم‌های اندازه‌گیری و کنترل معمولا به صورت زیر است:

  1. کمیت فیزیکی: پارامتر مورد بررسی در سیستم
  2. سنسور/ترانسدیوسر: وسیله اندازه‌گیری مقدار یا تغییرات کمیت فیزیکی، تبدیل آن به سیگنال‌های آنالوگ یا دیجیتال و ارسال سیگنال به ترانسمیتر
  3. ترانسمیتر: دریافت سیگنال سنسور، تبدیل آن به سیگنال استاندارد و ارسال سیگنال قابل اندازه‌گیری به کنترلر
  4. کنترلر: دریافت سیگنال ترانسمیتر و تولید خروجی قابل کنترل برای عنصر نهایی
  5. عنصر نهایی: وسیله مورد استفاده برای تغییر فرآیند با توجه به معیار مشخص شده توسط کنترلر
  6. رکوردر: وسیله نمایش‌دهنده تغییرات سیگنال (کمیت) بر اساس زمان

به منظور آشنایی کامل با اصول اندازه‌گیری فشار، مطالعه مطالب «فشار چیست و مروری بر روش‌های اندازه‌گیری آن — به زبان ساده» و «اندازه‌گیری فشار — از صفر تا صد» را به شما پیشنهاد می‌کنیم.

مزایا و معایب ترانسمیتر فشار کدام هستند؟

ترانسمیترهای فشار، یکی از پرکاربردترین انواع ابزار دقیق در سیستم‌های کنترل سیالات هستند. این ابزارها در صنایع مختلف و برای مقاصد متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرند. از مهم‌ترین مزیت‌های ترانسمیتر فشار می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • امکان اندازه‌گیری سطح سیال و دیگر کمیت‌های فیزیکی علاوه بر اختلاف فشار
  • دوام بالا و قابلیت بکارگیری در شرایط محیطی دشوار (حتی زیر آب)
  • امکان ارسال سیگنال به فواصل دور با کمترین افت سیگنال ممکن
  • تنوع مدل برای استفاده در شرایط مختلف
  • مقاومت در برابر میدان‌های الکترومغناطیسی و تشعشعات رادیواکتیو به دلیل ساخت توسط مواد پیزوالکتریک
  • قابلیت اتصال به سیستم‌های دیگری نظیر مدارهای الکتریکی به منظور کالیبراسیون برای اندازه‌گیری دقیق فشار

برخی از محدودیت‌های ترانسمیترهای فشار عبارت هستند از:

  • هزینه اولیه بالا
  • مصرف انرژی
  • دسترسی دشوار

تفاوت ترانسمیتر با ترانسدیوسر چیست؟

«ترانسدیوسر فشار» (Pressure Transducer)، وسیله‌ای است که به منظور تبدیل سیگنال مکانیکی به سیگنال الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عنوان مثال، یک ترانسدیوسر الکتریکی، مقدار یا تغییر کمیت‌های فیزیکی مانند دما را به طور مستقیم اندازه‌گیری کرده و آن را به یک سیگنال آنالوگ معادل تبدیل می‌کند. خروجی ترانسدیوسر معمولا به صورت ولتاژ است. ترانسمیتر، وظیفه دریافت سیگنال الکتریکی ترانسدیوسر، تبدیل آن به یک سیگنال الکتریکی بسیار بزرگ‌تر و ارسال سیگنال قابل تفسیر به سیستم کنترل (PLC یا CS) در فواصل بیشتر را بر عهده دارد. خروجی ترانسمیتر معمولا به صورت آمپر است.

ترانسدیوسر فشار (سمت راست) و پرشر ترانسمیتر (سمت چپ)
ترانسدیوسر فشار (سمت راست) و ترانسمیتر فشار (سمت چپ)

ترانسمیتر و ترانسدیوسرهای فشار با عنوان حسگر فشار یا «سنسور فشار» (Pressure Sensor) نیز شناخته می‌شوند. موارد استفاده این وسایل برای اندازه‌گیری فشار به شرایط سیستم و خروجی مورد نیاز بستگی دارد. در بخش عوامل موثر بر انتخاب ترانسمیتر مناسب، به تاثیر شرایط محیطی و مشخصات سیستم بر کاربری هر یک از این تجهیزات می‌پردازیم.

در رابطه نحوه کار سیستم‌های کنترلی موتورهای صنعتی مانند ترانسمیترهای هوشمند فشار، فرادرس، یک آموزش جامع را در سطوح کارشناسی و کارشناسی ارشد رشته‌های مهندسی برق، مکانیک و رباتیک تهیه کرده است می‌تواند به شما در یادگیری این مبحث کمک کند. لینک مشاهده این فیلم در ادامه آورده شده است:

عوامل موثر بر انتخاب ترانسمیتر فشار چه هستند؟

انتخاب ترانسمیتر فشار، به عواملی نظیر عملکرد مورد انتظار، دما، رطوبت، لرزش و مشخصات سیستم بستگی دارد. هنگام تصمیم‌‌گیری در مورد بهترین گزینه، باید به سوالات زیر پاسخ داد:

  • از میان ترانسمیتر و ترانسدیوسر، کدام گزینه بهتر است؟
  • شرایط محیطی و عملیاتی چگونه است؟
  • کدام نوع از ترانسمیتر، سازگاری بهتری با کاربری مورد نظر دارد؟
  • ملاحظات ایمنی و خطرات احتمالی چه هستند؟

در ادامه به هر یک از سوالات بالا پاسخ می‌دهیم.

ترانسمیتر یا ترانسدیوسر

اولین مرحله در انتخاب ترانسمیتر فشار، تصمیم‌گیری راجع به نیاز یا عدم نیاز به این وسیله برای اندازه‌گیری فشار است. به طور کلی، ترانسمیترهای فشار، خروجی سنسور داخلی خود را به سیگنال‌های الکتریکی تبدیل می‌کنند. عملکرد کلی ترانسدیوسرهای فشار نیز به همین صورت است. با این تفاوت که بازه سیگنال‌های تولید شده توسط ترانسمیتر بسیار بیشتر از ترانسدیوسر است. این ویژگی باعث افزایش دقت در اندازه‌گیری و کنترل فشار سیستم می‌شود.

ترانسدیوسر فشار و پرشر ترانسمیتر (برای تشخیص این دو وسیله به واحد خروجی سیگنال بر روی بدنه دقت کنید)
ترانسدیوسر فشار و ترانسمیتر فشار (برای تشخیص این دو وسیله به واحد خروجی سیگنال بر روی بدنه دقت کنید)

پایین بودن سطح سیگنال‌های تولید شده، کوچک بودن ابعاد، آسیب‌پذیری در فشارهای بالا، تاثیر پذیری زیاد از شرایط تغییرات محیطی و محدودیت در فاصله ارسال سیگنال، عملکرد ترانسدیوسرهای فشار در محیط‌های صنعتی را با مشکل مواجه می‌کند. این وسایل فقط برای اندازه‌گیری فشار در محیط‌های با ریسک‌های بسیار پایین مناسب هستند. برای محیط‌های صنعتی با ریسک بالا، استفاده از ترانسمیتر در اولویت قرار دارد.

شرایط محیطی

شرایط محیطی نظیر دما، رطوبت و لرزش از عوامل موثر بر عملکرد ترانسمیترهای فشار هستند. این عوامل به طور مستقیم بر روی طول عمر عملیاتی تجهیزات تاثیر می‌گذارند. از این‌رو، ترانسمیتر انتخابی باید قادر به عملکرد مناسب در شرایط طراحی شده باشد.

دما

اغلب ترانسمیترهای فشار برای عملکرد بازه‌های دمایی بین 20- تا 85 درجه سانتی‌گراد طراحی می‌شوند. البته دمای عملیاتی این وسایل به ماده سازنده اجزای آن‌ها نیز بستگی دارد. هر چه دمای محیط و حرارت حاصل از جریان سیال در بازه متعادل‌تری قرار داشته باشد، دقت اندازه‌گیری فشار به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد. بالا یا پایین بودن بیش از اندازه دما، بر روی ویسکوزیته سیال، عملکرد ترانسمیتر و سلامت اجزای آن تاثیر می‌گذارد. از این‌رو، انتخاب بهترین ترانسمیتر فشار باید مطابق با دمای عملیاتی طراحی شده انجام گیرد.

رطوبت

در برخی از موارد، رطوبت ناشی از بخار وارد قاب ترانسمیتر فشار می‌شود و به اجزای حساس آن آسیب می‌رساند. در صورتی که ترانسمیتر به مدت طولانی در معرض رطوبت بالا قرار داشته باشد، احتمال خوردگی بخش‌های مختلف آن افزایش می‌یابد. البته در اغلب موارد، این قاب ترانسمیترهای فشار ضد رطوبت هستند. با این حال، احتمال نفوذ رطوبت در هنگام تعمیر و نگهداری وجود دارد. بنابراین، هنگام انتخاب ترانسمیتر مناسب باید به میزان رطوبت محیط، آسیب‌پذیری اجزای آن در برابر رطوبت و گزینه‌های قابل استفاده برای کاهش آسیب‌های احتمالی را در نظر گرفت.

آسیب دیدن سنسور پرشر ترانسمیتر به دلیل نفوذ رطوبت به درون آن
آسیب دیدن سنسور ترانسمیتر فشار به دلیل نفوذ رطوبت به درون آن

لرزش

نصب ترانسمیتر فشار در نواحی تحت لرزش مداوم یا لرزش شدید، عمر مفید دستگاه را کاهش می‌دهد. به منظور جلوگیری از اثرات مخرب لرزش بر روی عملکرد و طول عمر ترانسمیتر، این وسیله باید در نواحی مطمئن با سطح لرزش پایین نصب شوند.

نوع ترانسمیتر فشار

ترانسمیترهای فشار دارای انواع متعددی هستند که هر یک با استفاده از اصول مختص به خود، در فرآیند اندازه‌گیری و کنترل فشار سیستم به کار گرفته می‌شوند. در صورت دسترسی مناسب به منابع انرژی، ترانسمیتر دو سیمه فشار به عنوان کاربردی‌ترین گزینه مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع ترانسمیتر از جریان 4 تا 20 میلی‌آمپری برای راه‌اندازی مدار خود و رله کردن سیگنال استفاده می‌کند. ترانسمیتر دو سیمه فشار می‌تواند سیگنال‌های تولیدی را به فواصل زیاد انتقال دهد.

نمونه‌ای از پرشر ترانسمیتر بی‌سیم
نمونه‌ای از ترانسمیتر فشار بی‌سیم

در صورت اهمیت دقت داده‌ها یا زیاد بودن حجم داده‌های انتقالی، ترانسمیتر های دیجیتال به عنوان گزینه‌های اصلی در نظر گرفته می‌شوند. این تجهیزات می‌توانند حجم زیادی از داده‌ها را بین ابزار دقیق و اتاق کنترل انتقال دهند. علاوه بر این، به کارگیری تکنولوژی جدید پروفیباس نیز امکان افزایش سرعت رله کردن سیگنال‌ها و تصمیم‌گیری سریع در مورد عملیات‌های اجرایی را فراهم می‌کند.

برخی از انواع پرشر ترانسمیتر
برخی از انواع ترانسمیتر فشار

در صورت اهمیت پایین سرعت انتقال داده‌ها در فرآیند اندازه‌گیری و کنترل، استفاده از ترانسمیترهای بی‌سیم در اولویت قرار می‌گیرد. این تجهیزات، گزینه ایده آلی برای سیستم‌هایی هستند که نصب دستگاه‌های سیمی در آن‌ها ممکن نیست یا غیر اقتصادی و دشوار است. استفاده از ترانسمیترهای بی سیم، نیاز به بازدید از نواحی پرخطر برای انجام عملیات نگهداری را کاهش می‌دهد. حدود ۵۰ درصد از هزینه‌های مربوط به ترانسمیترهای فشار به سیم کشی و راه‌اندازی این تجهیزات اختصاص می‌یابد. از این‌رو، بهره‌گیری از ترانسمیترهای بی سیم در نواحی مختلف، باعث بهبود مدیریت هزینه‌ها و ارتقا سطح تکنولوژی سیستم می‌شود.

ملاحظات ایمنی

ابزارهای الکترونیکی انرژی الکتریکی را درون خود ذخیره می‌کنند. در صورت تخلیه این انرژی در محیط‌های دارای گازهای قابل اشتعال، امکان رخ دادن آتش‌سوزی وجود خواهد داشت. از این‌رو، هنگام جانمایی ترانسمیترهای فشار باید به سطح ریسک‌پذیری محل توجه شود. علاوه بر این، ترانسمیترهای اختلاف فشار معمولا در محیط‌های پرخطر مورد استفاده قرار می‌گیرند. همین موضوع، اهمیت توجه به نکات ایمنی در حین نصب و راه‌اندازی این تجهیزات را دو چندان می‌کند.

معرفی فیلم آموزش ابزار دقیق (Instrumentation)

آموزش ابزار دقیق

ابزار دقیق به عنوان یکی از حساس‌ترین تجهیزات مورد استفاده برای کنترل فرآیندهای صنعتی شناخته می‌‌شود. نظارت بر روی عملکرد سیستم‌های طراحی شده و بررسی نیاز یا عدم نیاز به اعمال تغییرات برای بهینه‌سازی سیستم، نیازمند به کارگیری ابزار دقیق مناسب و آشنایی کامل با نحوه عملکرد این ابزار است. فرادرس، به منظور آشنایی دانشجویان و فارغ التحصیلان رشته مهندسی برق، مهندسی شیمی و مهندسی عمران با تجهیزات کنترل فرآیند و اصول کاری آن‌ها، یک فیلم آموزشی جامع و کاربردی به مدت 21 ساعت را تهیه کرده است.

این فرادرس، در قالب 11 درس به آموزش مفاهیم اولیه اندازه‌گیری، مقدمه‌ای بر الکترونیک، حالت دادن سیگنال، سنسورهای مجاورتی، سنسورهای حرکتی، اندازه‌گیری فشار، اندازه‌گیری سطح، اندازه‌گیری دما، اندازه‌گیری جریان، المان‌های کنترلی و استراتژی‌های پایه‌ای کنترل فرآیند می‌پردازد. لینک مشاهده این فیلم در ادامه آورده شده است:

الزامات نصب ترانسمیتر فشار چه هستند؟

نصب ترانسمیتر فشار یا ترانسمیتر اختلاف فشار در سیستم پایپینگ، روند ساده‌ای دارد. با این وجود، در صورت عدم توجه به اصول اجرای صحیح این فرآیند، عملکرد ترانسمیتر و عمر مفید آن تحت تاثیر قرار می‌گیرد. یکی از مهم‌ترین نکته‌های نصب ترانسمیتر فشار، مسیر انتقال سیگنال از محل عبور سیال تا ترانسمیتر یا اصطلاحا «ایمپالس پایپینگ» (Impulse Piping) است. اجرای این مسیر باید به گونه‌ای باشد که امکان اندازه‌گیری دقیق فشار را فراهم کند. به طور کلی، منشا خطا در نصب ترانسمیتر فشار، یکی از پارامترهای زیر است:

  • نشت در مسیر انتقال فشار
  • افت اصطکاک
  • به دام افتادن گاز در خطوط انتقال مایع
  • وجود مایع در خطوط انتقال گاز
  • اختلاف چگالی بین مسیر انتقال فشار بالا و مسیر انتقال فشار پایین

استفاده از منیفولد ولو، امکان نصب راحت‌تر ترانسمیتر و کالیبراسیون آن برای اندازه‌گیری دقیق‌تر فشار برا فراهم می‌کند.

نصب منیفولد ولو در مسیر ترانسمیتر
نصب منیفولد ولو در مسیر ترانسمیتر

در هنگام نصب ترانسمیتر فشار، باید از ابزاری نظیر آچار استفاده کرد. بستن دستی ترانسمیتر، احتمال اعمال فشار اضافی به قطعات را افزایش می‌دهد.

مقایسه اتصال ترانسمیتر به روش صحیح و غلط
مقایسه اتصال ترانسمیتر به روش صحیح و غلط

به منظور آب‌بندی محل اتصال ترانسمیتر، نباید از نوار تفلون یا وسایل آب‌بندی متفرقه استفاده کرد. آب‌بندی و درزبندی ترانسمیتر فشار، با استفاده از قطعه ارائه شده توسط شرکت سازنده انجام می‌گیرد.

مقایسه آب‌بندی صحیح (واشر سیاه در تصویر راست) و غلط
مقایسه آب‌بندی صحیح (واشر سیاه در تصویر راست) و غلط

در نواحی نزدیک به ولوهای ایزولاسیون که امکان قطع و وصل ناگهانی جریان وجود دارد، استفاده از محافظ یا اسنابر فشار در خطوط ایمپالس، از آسیب رسیدن به ترانسمیتر و خطای اندازه‌گیری جلوگیری می‌کند.

استفاده از اسنابر در مسیر نصب ترانسمیتر به منظور جلوگیری از آسیب‌های ناشی از اغتشاش جریان
استفاده از اسنابر در مسیر نصب ترانسمیتر به منظور جلوگیری از آسیب‌های ناشی از اغتشاش جریان

کابل اتصال ترانسمیتر به واحد کنترل باید به گونه‌ای باشد که از تجمع رطوبت در محل اتصال کابل جلوگیری شود.

نحوه اتصال صحیح و غلط کابل اتصال به کنترلر
نحوه اتصال صحیح و غلط کابل اتصال به کنترلر

علاوه بر موارد بالا، نکات دیگری وجود دارند که رعایت آن‌ها بر روی انتخاب بهترین محل نصب ترانسمیتر فشار و بهبود دقت اندازه‌گیری تاثیر می‌گذارند. برخی از این موارد عبارت هستند از:

  • فاصله بین محل عبور سیال تا ترانسمیتر، باید کوتاه‌ترین فاصله ممکن باشد.
  • در سیستم‌های انتقال سیالات مایع، شیب ایمپالس پایپینگ باید حداقل برابر 8 سانتی‌متر در هر یک متر (8 درصد) و رو به بالا (از محل ترانسمیتر فشار تا محل اتصال به خط لوله) باشد.
  • نصب ترانسمیتر در مجراهای یک طرفه (انتهایی)، باید از طریق منیفولد ولو صورت گیرد. در غیر این صورت، احتمال ایجاد اضافه فشار و آسیب رسیدن به دیافراگم را افزایش می‌دهد.
  • از نصب ترانسمیتر در نقاط بالایی سیستم‌های انتقال سیالات مایع و نقاط پایین سیستم‌های انتقال سیالات گازی خودداری شود.
  • تمام خطوط ایمپالس باید دارای دمای مشابه باشند.
  • تخلیه گاز از درون سیستم‌های انتقال سیالات مایع به خوبی انجام گیرد.
  • مواد خورنده یا بسیار داغ در ارتباط مستقیم با سنسورها و فلنج‌های ترانسمیتر قرار نداشته باشند.
  • تمهیدات لازم برای جلوگیری از ته‌نشینی رسوبات و تخلیه آن‌ها از درون خطوط ایمپالس اتخاذ گردد.
  • از نصب تجهیزات در نواحی مستعد انجماد خودداری شود.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

بر اساس رای 10 نفر
آیا این مطلب برای شما مفید بود؟
اگر بازخوردی درباره این مطلب دارید یا پرسشی دارید که بدون پاسخ مانده است، آن را از طریق بخش نظرات مطرح کنید.

«حسین زبرجدی دانا»، کارشناس ارشد مهندسی استخراج معدن است. فعالیت‌های علمی او در زمینه تحلیل عددی سازه‌های مهندسی بوده و در حال حاضر آموزش‌های مهندسی عمران، معدن و ژئوتکنیک مجله فرادرس را می‌نویسد.

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *