راهنمای انتخاب سنسور فشار مناسب
سنسور فشار (ترانسمیتر فشار) چیست ؟
سنسور فشار یا ( ترانسمیتر فشار) یک تجهیز اندازه گیری فشار هست که پارامتر مکانیکی فشار را به یک سیگنال خروجی الکتریکی تبدیل می کند.
راهنمایی جهت تعیین سنسور فشار متناسب با نوع کاربرد و وضعیت محیطی همواره یک کدام از بزرگترین نیاز های صنعتگران و ماشین سازان می باشد. در بسیاری از مورد ها نیازی به صرف هزینه زیاد برای تهیه و تنظیم سنسور فشار نمیباشد البته در بعضی از کاربرد های خاص و حساس انتخاب نادرست سنسور و عدم اعتنا به مختصات فنی آن قادر است باعث به صدمات و خسارات جبران ناپذیر گردد.
تعریف فشار
در مکانیک سیالات، فشار عبارت میباشد از نیروی ساده ایفا شونده بر روی یک سطح.
از نظر ریاضی، معیار فشار (P) در یک نقطه به صورت زیر معلوم میگردد:
تعریف فشار
یکای SI (سیستم استاندارد فی مابینالمللی واحدها) برای فشار، پاسکال (Pa) است که اسمی است که برای یک نیوتون بر مترمربع (N/m2) گزینش گردیده است.
مطابق قانون سنسور فشار پاسکال، یک تغییر و تحول در فشار در جای جای در یک سیال محصور، در حالت سکون، به طور کاهش نیافته به کل نقاط در سیال منتقل می شود.
واحدهای متریک آیتم به کار گیری برای اندازه گیری فشار، نیوتن بر متر مربع(N/m²) و معمولاً کیلو پاسکال (kPa) میباشند.برای مثال، فشار اتمسفر در سطح دریا 101.3 کیلو پاسکال می باشد. واحدهای انگلیسی برای اندازه گیری فشار، psi و psf میباشند.
فشار یکی پر کاربردترین کمیت های مورد به کار گیری در صنایع متعدد است. طیف بزرگ ای از گونه های سنسور فشار با ویژگی های متنوع جانور میباشد که هرمورد متناسب با کاربردی خاص و موقعیت محیطی متنوع طراحی شده اند.
تمجید فشار در ویکی پدیا
فشار یک کمیت نردهای میباشد که به صورت نیرو بر واحد سطح تعریف و تمجید میگردد. یکای فشار پرشین ابزار دقیق در دستگاه بینالمللی یکاها پاسکال است. یک پاسکال برابر یک نیوتون بر مترمربع (N/m²) می باشد. فشار سرگردان، فشاری است که معمولاً در فشارسنجها نشانه داده میگردد و مقدار آن نسبت به فشار فضا سنجیده میشود.
برای بیان فشار از واحدهای متنوعی استفاده می شود. پاسکال، پوند بر اینچ مربع، میلیمتر ستون آب، اینچ جیوه، بار و اتمسفر بعضی از واحدهای مستعمل برای بیان فشار میباشد.
اندازهگیری فشار و تاریخچهای کوتاه
سالهای سال است که اندازهگیری فشار، گزینه توجه علم قرار گرفته هست. در نقطه پايان قرن شانزدهم میلادی، گالیلئو گالیله (1564 تا 1642) حق ثبت ابتکار عمل سیستم پمپ آب مصرف شده در سیستم آبیاری را به نام خود ثبت کرد.
(بیشتر بدانید: در سال 1592، گالیله با به کارگیری از یک لوله آزمایش و یک کاسه آب، اولین دماسنج را راز هم کرد. لوله برعکس شده بود و تا نیمه در آب بود، در منفعت وقتی که هوای داخل لوله خنک خواهد شد، حجم کاهش پیدا میکند و آب بالا میآید. وقتی این هوا گرم گردد، حجم بیشتر شده و آب به زور بیرون میرود. در سود سطح آب، دمای هوای را اندازهگیری میکند.)
هستهی اساسی این پمپ، یک سیستم مکش بود که میتوانست آب را تا حداکثر 10 متر بالا برنده شود. او هیچ زمان برهان این محدودیت را متوجه نشد، که انگیزهنصیب دیگر محققان شد تا این پدیده را گزینه استیناف قرار بدهند.
در سال 1643، فیزیکدان ایتالیایی اوانجلیستا توریچلی (1608-1647) فشارسنج (بارومتر) را ابتکار عمل کرد که با آن میتوانست فشار اتمسفریک (نیروی هوا روی سطح زمین) را رسیدگی کند.
او با لبریز کردن یک لوله یک متری با جیوه یک آزمایش اعمال داد، یک سوی این لوله سیلد (بسته) بود و سمت دیگر غوطهور در ظرفی از جیوه. ستون جیوه همیشه نسبتاً 760 میلیمتر غوطهور بود. او دقیقا عامل این پدیده را نمیدانست، براین اساس آن را به نیروی تشکیل داد شده در سطح زمین نسبت داد. توریچلی همچنین نتیجه گرفت که فضایی جا گذاشته در نخستینِ لوله خالی بوده و اسم آن را «خلاء» گذاشت.
پنج سال آنگاه، فیزیکدان فرانسوی بلز پاسکال از این بارومتر استفاده نمود تا علامت دهد که فشار هوا در بالای کوهستان، کمتر میباشد.
در سال 1650، فیزیکدان آلمانی اتو فون گریکه اولین پمپ هوای با صرفه را خلاقیت کرد، که رابرت بویل با آن آزمایشهای تراکم و رفع تراکم را اجرا داد و 200 سال آن گاه فیزیکدان و شیمیدان فرانسوی ژوزف لویی گیلوساک، انتخاب کرد که فشار گاز، محصور شده در حجمی ثابت، متناسب با دمای آن میباشد.
در سال 1849، یوجین بوردون، لوله بوردن را ثبت ابتکار کرد که تا همین امروز برای اندازهگیری فشار نسبی گزینه استعمال قرار میگیرد. در سال 1893، امیل آماگات از پیستون وزن مرده در اندازهگیریهای فشار بهره مند شد.
مردان تاریخچه اندازه گیری فشار
در چندین قرن اخیر، با ظهور تکنولوژی دیجیتال، گسترهی بسیار متنوعی از تجهیزات برای کاربردهای مختلف در بازارها پدیدار شدند. گزینش مختصات فشار از همان هنگامی که به مقادیر قابل اندازهگیری تبدیل شد، قیمت اکثری پیدا کرد.
مجموع سیستم اندازهگیری فشار از یک المان اولیه تشکیلشده میباشد، که در تماس بدون واسطه یا غیرمستقیم با مراحل میباشد، جایی که تغییرات فشار شکل میدهد و یک المان ثانویه (ترانسمیتر فشار) که وظیفهی آن تبدیل تغییرات در مقادیر قابل اندازهگیری برای به کار گیری در نمایش، تفحص و در اختیار گرفتن میباشد.
فشار استاتیک، فشار دینامیک، فشار سکون
درین بخش قصد داریم ترمهای فشار در مکانیک سیالات و اساسا برنولی را رسیدگی نموده و به معرفی تفاوتها و ارتباط میان آنها بپردازیم. این ترمها عبارتند از:
فشار استاتیک (Static Pressure)
فشار دینامیک (Dynamic Pressure)
فشار سکون (Stagnation Pressure, Ram Pressure, Total Pressure, Pitot Pressure)
فشار استاتیک
فشار استاتیک، که گاهی فشار هیدرواستاتیک (Hydrostatic Pressure) نیز نامیده میگردد، فشاری است که توسط سیالی که در حالت استراحت قراردارد، جاری ساختن میگردد. این سیال میتواند مایع یا گاز باشد. از آنجایی که سیال تکان ندارد، فشار استاتیک فایدهی وزن سیال یا همان نیروی جاذبهی وارد بر ذرات سیال میباشد.
برای محاسبهی فشار استاتیک دو شیوه وجود دارد:
نحوه استفاده از رابطهی پایین هست:
احتسابی فشار استاتیک
P = فشار
F = نیروی اجرا شونده توسط سیال
A = سطحی که به آن نیرو وارد میگردد
طرز احتسابی احتساب هد فشار (Pressure Head)
درین روش هد فشار بیان گر مقدار ارتفاعی میباشد که سیال، در صورت از دربین رفتن و حذف نیروهای محصور کننده وارد به آن، بالا میرود. بنابراین واحد “هد فشار” از مال طول میباشد.
هد فشار برابر است با تقسیم فشار بر وزن منحصر به فرد سیال
به حساب آوردن هد فشار
فشار داینامیک
فشار دینامیک، فشاری میباشد که به دلیل جنبش سیال بهوجود میآید. این فشار در سیالات تراکم ناپذیر به صورت زیر تمجید میگردد:
فشار داینامیک
که در آن، ρ چگالی سیال، و V شدت جریان سیال میباشد.
در واقع فشار دینامیک وابسته با گاز سیال و اصل برنولی است و یکی از ترمهای معادله برنولی است.
معادله برنولی
فشار سکون
در دینامیک سیالات، فشار سکون (فشار پیتو یا فشار تک تک)، فشار استاتیک در نقطهی سکون (Stagnation Point) در جریان یک سیال است. در نقطهی سکون، سرعت سیال صفر بوده و کلیهی انرژی جنبشی به صورت ایزونتروپیک به فشار تبدیل می گردد.
فشار سکون برابر با نتیجه ها توده دو فشار دینامیک و استاتیک یک جریان آزاد میباشد:
فشار سکون
احتسابی فشار استاتیک در جریان درون یک لوله
می بایست دقت داشت دراینصورت برای محاسبهی فشار استاتیک در جریان باطن یک لوله، می بایست ارتفاع سیال را از شالوده میانی لوله در حیث گرفت.
فشار استاتیک ، فشار داینامیک و فشار سکون چه تفاوتهای با یکدیگر داراهستند ؟
بیشتر بدانیم
تفاوت سنسور فشار، ترانسدیوسر فشار، ترانسمیتر فشار، سوئیچ فشار و حیران فشار
سنسور فشار
اصطلاح “سنسور فشار” را می اقتدار یک توصیفی کلی برای هر تجهیزی در نظر گرفت که کمیت فشار را اندازه گیری کرده و خروجی مناسبی را در پاسخ به آن ارائه میدهد. به عبارت دیگر سنسور فشار به تجهیزی گفته میگردد که فشار را اندازه گیری کرده و آن را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.
مجموعاَ سنسور فشار یک اصطلاح طلبه میباشد که دربرگیرنده آحاد ترانسدیوسرهای فشار، ترانسمیترهای فشار و سوئیچ های فشار می شود. تمامی ترانسدیوسرها، ترانسمیترها و سوئیچ های فشار، نوعی سنسور فشار میباشند.
ترانسمیتر فشار (ترنسمیتر فشار)
ترانسمیتر فشار، تجهیز اندازه گیری فشاری میباشد که دارای سیگنال خروجی جریانی هست. به عبارت دیگر ترانسمیتر فشار، ولتاژ خروجی سنسور را به یک سیگنال الکتریکی جریانی تبدیل می کند که معمولاً برای اتصال به لوپ جریانی استاندارد 4 – 20 mA طراحی شده و به طور کلان در پروسه های کنترلی صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.
در مقابل ترانسدیورهای ولتاژی، ترانسمیترهای فشار، یک خروجی جریانی با امپدانس پایین دارند و معمولا برای انتقال سیگنال های 4 – 20 mA طراحی شده اند. خروجی آنها ممکن می باشد برای به کارگیری با لوپ جریانی ۲ سیمه یا حتی ۴ سیمه طراحی گردد که از هر دو نوع به طور وسیعی در صنعت به کارگیری می گردد.
ترانسدیوسر فشار
ترانسدیوسر فشار، یک تجهیز الکترومکانیکی می باشد که مقادیر فشار را به یک سیگنال ولتاژی تبدیل می کند. این ولتاژ خروجی میتواند درتوان یک سری میلی ولت یا یک سری ولت باشد. بدین ترتیب مجموعاَ ترانسدیوسرهای فشار به دو گروه تقسیم میشوند:
ترانسدیوسر فشار با خروجی میلی ولت
ترانسدیوسر فشار با خروجی ولتاژی
سوئیچ فشار
بر خلاف ترانسدیوسر و تراسنمیتر فشار که متناسب با همگی تغییرات فشار یک سیگنال الکتریکی ساختوساز می کنند، سوئیچ فشار (پرشر سوئیچ) تجهیزی هست که کارکشته به تشخیص تغییرات در فشار سیال میباشد و دارای یک سوئیچ الکتریکی هست که میتواند 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 تهیه (Set point) بیشتر یا کمتر گردد (متناسب با نوع سوئیچ فشار)، سوئیچ تحریک شده شرایط ها کنتاکت را از حالت باز (NO) به موقعیت بسته (NC) و یا برعکس تغییر میدهد. همچنین نقطه تهیه و تنظیم قادر است به صورت یا ثابت یا قابل تهیه و تنظیم باشد.
گیج فشار
سرگردان فشار (پرشر گیج) یک تجهیز برای اندازه گیری و نمایش فشار سیالات (مایعات و گازها) می باشد. معمولا وقتی که درباره پرشر سرگردان صحبت میکنیم به خیال حیران های آنالوگ عقربه ای با ورقه نمایش مدرج شده می افتیم. ولی در واقع در کل گیج های فشار به دو گروه ذیل تقسیم میگردند:
سرگردان فشار (پرشر حیران) آنالوگ (Analog Gauge)
گیج فشار (پرشر سرگردان) دیجیتال (Digital Gauge)
حیران فشار آنالوگ
گیج های فشار آنالوگ، که اکثر وقت ها به آنها گیج مکانیکی یا حیران فشار عقربه ای نیز گفته میگردد، از یک عقربه متحرک به منظور نمایش دادن میزان فشار ورودی بر روی یک ورقه نمایش مدرج شده استعمال می کنند. حیران های فشار آنالوگ نسبتاً کلیه جا یافت میگردد زیرا گزینه ای دقیق و ارزان بها را ارائه میدهد که به تغذیه و تعمیر و حفظ احتیاجی ندارد.
سرگردان های فشار دیجیتال
گیج های فشار دیجیتال از سنسورها و ریز پردازنده های پیشرفته برای نمایش بسیار دقیق فشار بر روی یک نمایشگر دیجیتال استعمال می کنند. گرچه حیران های فشار دیجیتال کلاً گران تر از گیج های فشار آنالوگ میباشند، البته ویژگی های جذابی به همپا دارند که آنهارا برای کاربرد های متفاوت مناسب می سازد.