ترانسمیتر فشار: اصول، انواع و کاربردها

تعریف ترانسمیتر فشار

ترانسمیتر فشار (Pressure Transmitter یا Pressure Transducer) وسیله‌ای است که فشار فیزیکی یک سیال (مایع یا گاز) را اندازه‌گیری کرده و آن را به یک سیگنال الکتریکی استاندارد (معمولاً 4-20 میلی‌آمپر) تبدیل می‌کند. این ابزار در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاه‌ها، صنایع غذایی، دارویی و بسیاری دیگر از صنایع کاربرد دارد.

خرید پرشر ترنسمیتر از ابزار سنجش

اصول عملکرد ترانسمیتر فشار

ترانسمیتر فشار معمولاً شامل سه بخش اصلی است:

1. سنسور فشار: فشار فیزیکی را تشخیص می‌دهد.

2. مبدل (ترانسدیوسر): سیگنال فیزیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.

3. مدار الکترونیکی: سیگنال تولید شده را تقویت، فیلتر و به سیگنال خروجی استاندارد تبدیل می‌کند.

انواع حسگرهایی که در ترانسمیترها استفاده می‌شوند شامل حسگرهای مقاومتی، خازنی، پیزوالکتریک و پیزورزیستیو هستند.

انواع ترانسمیتر فشار

ترانسمیترهای فشار را می‌توان بر اساس نوع اندازه‌گیری یا تکنولوژی ساخت دسته‌بندی کرد:

۱. بر اساس نوع اندازه‌گیری:

• فشار مطلق (Absolute Pressure): فشار را نسبت به خلأ کامل اندازه‌گیری می‌کند.

• فشار گیج (Gauge Pressure): فشار را نسبت به فشار اتمسفر اندازه‌گیری می‌کند.

• فشار تفاضلی (Differential Pressure): اختلاف فشار بین دو نقطه را اندازه‌گیری می‌کند.

• فشار مرکب (Compound Pressure): قابلیت اندازه‌گیری فشارهای مثبت و منفی (خلا) را دارد.

۲. بر اساس تکنولوژی:

• الکترومکانیکی

• الکترونیکی

• خازنی

• پیزوالکتریک

• سیلیکونی (MEMS)

مزایا و معایب ترانسمیتر فشار

مزایا:

• دقت بالا: ترانسمیترهای مدرن دارای دقت بالای ±0.05% هستند.

• پایداری بلندمدت: عملکرد پایدار در طول زمان.

• قابلیت استفاده در محیط‌های خشن: مقاوم در برابر ارتعاش، حرارت و مواد خورنده.

• امکان ارتباط دیجیتال: پشتیبانی از پروتکل‌هایی مانند HART، Profibus و Foundation Fieldbus.

معایب:

• هزینه اولیه بالا

• نیاز به کالیبراسیون دوره‌ای

• حساسیت به شرایط محیطی در مدل‌های ارزان قیمت

کاربردهای ترانسمیتر فشار

1. صنایع نفت و گاز: برای نظارت بر فشار خطوط لوله و مخازن ذخیره.

2. پتروشیمی: اندازه‌گیری فشار در راکتورها و ستون‌های تقطیر.

3. صنایع غذایی و دارویی: نظارت دقیق بر فرآیندهای تولید با رعایت الزامات بهداشتی.

4. نیروگاه‌ها: پایش فشار بخار در بویلرها و توربین‌ها.

5. سیستم‌های HVAC: کنترل فشار هوا در کانال‌ها و تجهیزات تهویه و داکت اسپلیت میدیا

6. صنایع خودروسازی: اندازه‌گیری فشار روغن، سوخت و هوای فشرده.

نحوه انتخاب ترانسمیتر فشار

برای انتخاب یک ترانسمیتر مناسب، عوامل زیر باید در نظر گرفته شوند:

• نوع فشار قابل اندازه‌گیری (گیج، مطلق، تفاضلی)

• رنج اندازه‌گیری: محدوده فشار مورد نظر در کاربرد

• نوع سیال: گاز یا مایع، خورنده یا غیرخورنده

• دقت مورد نیاز

• دمای کاری

• نوع خروجی الکتریکی (4-20mA، 0-10V، دیجیتال)

• استانداردهای حفاظتی: مانند IP67، ATEX برای محیط‌های انفجاری

• پروتکل‌های ارتباطی: HART، Modbus، Profibus و غیره

کالیبراسیون ترانسمیتر فشار

کالیبراسیون منظم برای اطمینان از صحت عملکرد ترانسمیتر ضروری است. معمولاً از یک منبع فشار دقیق (Deadweight Tester یا Pressure Calibrator) استفاده می‌شود و خروجی دستگاه با مقدار واقعی مقایسه می‌گردد. در صورت وجود خطا، تنظیمات اصلاح می‌شوند.

استانداردهای مهم

• ANSI/ISA S51.1: استاندارد علائم ابزار دقیق

• IEC 61508: ایمنی عملکردی برای سیستم‌های الکترونیکی

• ISO 9001: تضمین کیفیت تولید

• ATEX: مناسب بودن برای محیط‌های مستعد انفجار

آینده ترانسمیترهای فشار

ترانسمیترهای مدرن در حال حرکت به سمت هوشمند شدن هستند. ترانسمیترهای نسل جدید دارای قابلیت‌هایی چون:

• اتصال بی‌سیم (Wireless)

• قابلیت تشخیص خودکار خطا

• تجزیه و تحلیل داده در محل (Edge Computing)

• مصرف انرژی پایین

همچنین با پیشرفت در حوزه نانو فناوری و MEMS، دقت و اندازه ترانسمیترها به‌طور قابل‌توجهی بهبود یافته است.

تفاوت سنسور فشار و ترانسمیتر فشار

تفاوت اصلی بین سنسور فشار و ترانسمیتر فشار در نوع سیگنال خروجی و قابلیت پردازش آن سیگنال برای انتقال و استفاده در سیستم‌های دیگر است. به عبارت ساده، ترانسمیتر فشار در واقع یک سنسور فشار است که با مدارات الکترونیکی اضافی برای پردازش و استانداردسازی سیگنال همراه شده است.

بیایید این تفاوت‌ها را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم:

1. سنسور فشار (Pressure Sensor):

• وظیفه اصلی: سنسور فشار، فشار فیزیکی (گاز یا مایع) را حس می‌کند و آن را به یک سیگنال الکتریکی خام (Raw Electrical Signal) تبدیل می‌کند و در سوئیچ ال نود استفاده می شود.

• نوع سیگنال خروجی: سیگنال خروجی یک سنسور فشار معمولاً یک سیگنال الکتریکی با ولتاژ پایین (مثلاً در حد میلی‌ولت)، تغییر در مقاومت، یا تغییر در ظرفیت خازنی است. این سیگنال به صورت مستقیم متناسب با فشار اعمال شده است، اما برای استفاده در سیستم‌های کنترلی یا نمایشگرها معمولاً نیاز به پردازش و تقویت دارد.

• پردازش سیگنال: سنسور فشار به تنهایی مدارات پیچیده‌ای برای پردازش، تقویت، یا خطی‌سازی سیگنال ندارد (یا بسیار ابتدایی است). سیگنال خروجی آن ممکن است نسبت به نویز و تغییرات دما حساس باشد.

• قابلیت انتقال سیگنال: به دلیل ماهیت خام و معمولاً ولتاژ پایین سیگنال خروجی، سیگنال سنسور فشار برای انتقال در مسافت‌های طولانی مناسب نیست و ممکن است در طول مسیر دچار افت ولتاژ یا تداخل نویز شود.

• کاربرد متداول: سنسورهای فشار اغلب به عنوان یک جزء یا المان در دستگاه‌های دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. مثلاً ممکن است درون یک پرشر سوئیچ (Pressure Switch)، یک دستگاه اندازه‌گیری فشار دیجیتال، یا در سیستم‌های کنترلی در فاصله‌های نزدیک به واحد پردازش قرار گیرند.

2. ترانسمیتر فشار (Pressure Transmitter):

• وظیفه اصلی: ترانسمیتر فشار، فشار فیزیکی را حس می‌کند (مانند سنسور فشار)، اما سپس سیگنال خام دریافتی از المان حسگر را پردازش می‌کند و آن را به یک سیگنال الکتریکی استاندارد صنعتی (Standard Industrial Signal) تبدیل می‌کند که برای انتقال در مسافت‌های طولانی و اتصال مستقیم به سیستم‌های کنترلی مانند PLC (کنترل‌کننده منطقی برنامه‌پذیر)، DCS (سیستم کنترل توزیع‌شده) یا نمایشگرها مناسب است.

• نوع سیگنال خروجی: سیگنال خروجی یک ترانسمیتر فشار معمولاً یکی از سیگنال‌های استاندارد صنعتی است، مانند:

  • 4-20 میلی آمپر (4-20 mA): رایج‌ترین نوع خروجی در محیط‌های صنعتی به دلیل مقاومت بالا در برابر نویز و امکان تشخیص قطعی سیم (0 mA).

  • 0-10 ولت (0-10 V) یا 0-5 ولت (0-5 V): یک سیگنال ولتاژی استاندارد.

  • سیگنال‌های دیجیتال: مانند HART، Modbus، Fieldbus و غیره که امکان انتقال اطلاعات بیشتر (مانند وضعیت ترانسمیتر، تنظیمات و...) را فراهم می‌کنند.

• پردازش سیگنال: ترانسمیتر فشار دارای مدارات الکترونیکی داخلی پیچیده‌تری نسبت به سنسور فشار است. این مدارات شامل تقویت‌کننده، فیلترهای نویز، مدارات خطی‌سازی (برای تصحیح عدم خطی بودن المان حسگر)، مدارات جبران‌کننده دما (برای کاهش تاثیر دما بر اندازه‌گیری)، و مبدل سیگنال (برای تبدیل سیگنال خام به سیگنال استاندارد خروجی) هستند.

• قابلیت انتقال سیگنال: به دلیل استفاده از سیگنال‌های استاندارد صنعتی (به ویژه 4-20 mA)، ترانسمیترهای فشار قادر به ارسال سیگنال اندازه‌گیری شده در مسافت‌های طولانی (گاهی تا صدها متر) بدون افت قابل توجه یا تداخل نویز هستند.

• کاربرد متداول: ترانسمیترهای فشار به طور گسترده در فرآیندهای صنعتی، سیستم‌های اتوماسیون، مانیتورینگ و کنترل از راه دور فشار در خطوط لوله، مخازن، پمپ‌ها، کمپرسورها، سیستم‌های هیدرولیک و پنوماتیک، و سیستم‌های HVAC (گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع) استفاده می‌شوند.

به طور خلاصه، تفاوت اصلی در این است که سنسور فشار صرفاً فشار را حس کرده و یک سیگنال الکتریکی اولیه و پردازش‌نشده تولید می‌کند، در حالی که ترانسمیتر فشار این سیگنال اولیه را دریافت، پردازش، تقویت، و به یک سیگنال استاندارد صنعتی تبدیل می‌کند که قابل استفاده مستقیم توسط سیستم‌های کنترلی و مناسب برای انتقال در مسافت‌های طولانی است. در عمل، ترانسمیتر فشار یک واحد کامل‌تر و آماده‌تر برای استفاده در کاربردهای صنعتی و اتوماسیون نسبت به سنسور فشار (که بیشتر یک جزء محسوب می‌شود) است.

نتیجه‌گیری

ترانسمیتر فشار ابزاری حیاتی در فرآیندهای صنعتی است که نقش مهمی در نظارت و کنترل ایفا می‌کند. با انتخاب درست، نصب صحیح و کالیبراسیون منظم، می‌توان از این ابزار برای بهینه‌سازی عملکرد و ایمنی سیستم‌ها بهره‌برداری کرد. با روند رو به رشد فناوری، آینده ترانسمیترهای فشار نویدبخش ابزارهایی دقیق‌تر، هوشمندتر و کم‌مصرف‌تر خواهد بود.