هنگام انتخاب یک ترانسدیوسر فشار مذاب برای اندازه گیری فشار فرآیند، مواردی باید در نظر گرفته شوند. بایدها و نبایدهای سنسورهای فشار مذاب و سیستم های اندازه گیری کلی هستند. اطلاعاتی که در این جا ارائه می شوند، کاربر محور هستند و به عنوان یک راهنمای عملی در انتخاب و استفاده از ترانسدیوسر های فشار دارای فناوری استرین گیج عمل می‌کنند.
در طول سال‌ها، ترانسدیوسر های فشار استرین گیج پیوندی (bonded strain gage) ابزاری مناسب، دقیق و قابل اعتماد برای اندازه‌گیری فشار سیالات بوده‌اند.
استرین گیج پیوندی (bonded strain-gage) امروزی، بسیار پیچیده تر از نسل های قدیمی خود یعنی وایر گیج (wire gage) هستند.
گذر از وایر به پیوندی در اوایل دهه 1950 باعث بهبود عمده در عملکرد کلی سنسور فشار شد.
این بهبود ادامه داشت و ترانسدیوسر های فشار امروزی با مدل های ساخته شده در گذشته بسیار تفاوت دارند. پیشرفت‌های قابل توجهی در بسیاری از زمینه‌ها مانند بهبود اتلاف گرما، تکنیک‌های پیوندی بهتر، چسب‌های قوی تر، کاهش هیسترزیس و بهبود جبران دما صورت گرفته است. نتیجه این بهبودها ترانسدیوسری است که دقیق تر و قابل اعتمادتر از انواع دیگر است.
نحوه عملکرد ترانسدیوسر
برای درک بهتر بایدها و نبایدهای ترانسدیوسر های فشار، بهتر است نگاهی کوتاه به نحوه عملکرد آنها بیندازیم.
ترانسدیوسر با استفاده از اتصالات مکانیکی که می تواند یک اتصال رزوه ای داخلی یا خارجی باشد در سیستم (فرآیند) نصب می‌شود. خود رزوه می تواند یک رزوه مخروطی مانند (ماننده رزوه های NPT) یا یک رزوه صاف (مانند رزوه های G) با یا بدون واشر (O-ring) داشته باشد.
پس از نصب، فشار به ترانسدیوسر اعمال و باعث می‌شود که یک عنصر جمع کننده نیرو، فشار را به یک جابجایی فیزیکی تبدیل کند. عنصر جمع کننده نیرو، که در بیشتر موارد یک دیافراگم است، متناسب با فشار، کشش های سطحی ایجاد می‌کند.
ترانسدیوسر های فشار استرین گیج، با توجه به طراحی که دارند، قوی، دقیق و پایدار هستند. آنها قادر به کار در محیط های دارای شوک و ارتعاش شدید هستند و بخاطر ساختار آن ها، طیف گسترده ای از اتصالات الکتریکی و فشار را می‌توان مستقیماً در نقطه اندازه‌گیری نصب کرد.
استرین گیج پیوندی یا فویل استرین گیج
برای استفاده از رابطه فشار به کشش، فویل استرین گیج ها به دیافراگم متصل و سنسور ها را تشکیل می‌دهند. به این ترتیب، آنها مقاومت را به عنوان تابعی از مقدار کشش دیافراگم تغییر می‌دهند که به نوبت خود، به فشار مربوط می‌شود.
استرین گیج ← که معمولاً چهار تایی‌ست، به‌صورت سری سیم‌کشی می‌شود تا پل وتستون را تشکیل دهد. از مفهوم پل استفاده می شود زیرا ساده ترین و دقیق ترین روشی است که برای اندازه گیری تغییرات مقاومتی کوچک ایجاد شده است. با اعمال ولتاژ به دو گوشه مخالف پل، سیگنال خروجی الکتریکی متناسب با فشار اعمال شده ایجاد می شود. سطح سیگنال خروجی بر حسب میلی ولت در هر ولت اعمال شده است و در دو گوشه باقی مانده پل جمع آوری می‌شود.
سیگنال یک ترانسدیوسر
از آنجا که ترانسدیوسر ها می توانند فشار سیال را به سیگنال الکتریکی تبدیل کنند، به یک تجهیز کاربر پسند تبدیل شده اند. سیگنال را می‌توان از نقطه اعمال فشار، به مکان های دور نیز منتقل کرد و برای اهدافی همچون کنترل، نظارت و اندازه گیری استفاده کرد. همچنین آنها می‌توانند به دیتالاگرها، سیستم های جمع آوری داده ها، رایانه ها و ابزارهای بازخوانی نیز متصل شوند.
ترانسدیوسرهای استرین‌گیج در خروجی‌های سطح پایین (تقویت نشده) و سطح بالا (تقویت شده) در دسترس هستند. خروجی تقویت نشده ترانسدیوسرهای فویل استرین گیج 3mV/V یا 30mV با ولتاژ تغذیه 10 VDC است. خروجی های تقویت شده 5VDC و 10VDC و 20-4 mA با ولتاژ تغذیه 12 تا 36 VDC نیز در دسترس هستند.
برای اینکه بتوانیم مفهوم خروجی های تقویت شده و تقویت نشده را بهتر درک کنیم، بهتر است نگاهی به سیگنال های خروجی سنسور های فشار اکسترودر که به سنسور فشار مذاب معروف هستند داشته باشیم. سنسور های فشار مذاب می‌توانند سیگنال های تقویت نشده میلی ولت بر ولت از جمله 3.33mV/V یا 2mV/V یا سیگنال های تقویت شده 10-0 VDC و 20-4 mA ارائه دهند. در راهنمای زیر، به بررسی کامل سنسور های فشار اکسترودر، از جمله سنسور های فشار مذاب ساخته شده از استرین گیج پیوندی پرداخته‌ایم.
برای دنیای دیجیتال، مبدل آنالوگ به دیجیتال (A/D) برای تبدیل سیگنال آنالوگ به بیت های دیجیتال استفاده می‌شود.
اگرچه ما در مورد یک دستگاه قوی صحبت می کنیم که عملاً به تعمیر و نگهداری نیاز ندارد، ترانسدیوسرها هم در معرض استفاده نادرست و آسیب هستند. استفاده مناسب با آگاهی از محدودیت های خاص آن، عمر طولانی ترانسدیوسر و عملکرد بالا را تضمین می‌کند.
و بالاخره، باید ها و نباید های سنسور فشار مذاب
بایدها و نبایدهای سنسورهای فشار مذاب را می توان در دسته های زیر قرار داد:
محدوده فشار
ترانسدیوسر ها برای ارائه یک خروجی الکتریکی خاص برای یک محدوده فشار معین طراحی شده‌اند. این رابطه همیشه در مشخصات محصول در برگه مشخصات کالا (دیتاشیت) بیان می‌شود. به طور کلی، ترانسدیوسر ها در محدوده های فشار از 300-0 میلی بار تا 7000-0 بار در دسترس هستند. بسیاری از تامین کنندگان می توانند برخی یا همه محدوده ها را در خروجی های الکتریکی تقویت شده یا تقویت نشده ارائه دهند.
در انتخاب ترانسدیوسر، محدوده فشاری را انتخاب کنید که فشار کاری تقریباً 80 درصد از مقیاس کامل باشد. همچنین سطح خروجی الکتریکی را انتخاب کنید که با نیازهای سیستم شما سازگار باشد. اگر کابل ترانسدیوسر بیش از 30 متر است، سیگنال های تقویت شده را انتخاب کنید زیرا ممکن است نویز های محیطی، عملکرد سیگنال های تقویت نشده را مختل کنند.
از محدوده فشار مناسب برای ترانسدیوسر مطمئن نیستید؟ سیگنال خروجی مناسب سردرگم‌تان کرده است؟ آیا سوالات دیگری هم دارید تا به سنسور فشار مذاب مناسب خود برسید؟ برای دریافت پاسخ های خود، فقط کافیست با ما تماس بگیرید!
اتصالات الکتریکی
همه ترانسدیوسر ها به دو اتصال نیاز دارند، یک اتصال مکانیکی و یک اتصال الکتریکی. از آنجایی که هیچ استاندارد صنعتی مشخص نشده است، شما باید اطلاعات سازنده ترانسدیوسر را بررسی کنید تا تنظیماتی را که او با محصولات خود ارائه می دهد را مشخص کنید.
اتصالات فشار معمولاً از فولاد ضد زنگ (Stainless Steel) ساخته و به گونه‌ای طراحی می‌شوند که بدون نشتی باشند. اتصال الکتریکی روی ترانسدیوسر معمولاً یک کانکتور چند پین یا یک کابل متصل به بدنه است. کانکتور ها انواع مختلفی دارند:
- کانکتور 5 پین
- کانکتور 6 پین
- کانکتور 8 پین
برای مثال، کانکتور 6 پین مناسب برای سازگاری با 6 سیم هادی است که از ترانسدیوسر به کنترلر یا نمایشگر می‌روند.
همچنین، اطمینان حاصل کنید که ترانسدیوسر انتخابی شما نه تنها با مشخصات عملکردی مطابقت دارد، بلکه به درستی با اتصالات الکتریکی و مکانیکی شما هماهنگ می شود.
هیچ چیز ترسناک تر از خرید یک ترانسدیوسر فشار مذاب و فهمیدن اینکه آن در رزوه ماشین شما جا نمی‌شود، وجود ندارد. همین امر در مورد اتصال الکتریکی شما نیز صدق می‌کند. پس هنگام خرید، با یک کارشناس خبره، مشخصات فنی را چک کنید (کی بهتر از متخصصین ما؟ :))
نکته: اتصال نه تنها باید از نظر مکانیکی با سیستم شما سازگار باشد، بلکه باید کد سیم کشی یکسانی برای سازگاری پین به پین الکتریکی داشته باشد. هم به رابط مکانیکی و هم به رابط الکتریکی توجه کنید.
جابجایی و نصب
ترانسدیوسر فشار مذاب ← یک دستگاه قوی است که برای مقاومت در برابر سختی های دنیای صنعتی ساخته شده است. وظیفه خود را بسیار خوب انجام می‌دهد و پس از نصب و راه اندازی، برای حفظ یکپارچگی خود، به توجه و مراقبت های خاصی نیاز دارد.
در حین نصب، مراقب باشید که به کانکتور الکتریکی آسیب نرسانید. کانکتور الکتریکی سنسور فشار مذاب احتمالاً آسیب پذیرترین بخش ترانسدیوسر است. فرورفتن پوسته رابط یا خم کردن یک پین می تواند دستگاه را از کار بیاندازد.
بسیاری از ترانسدیوسر های با خروجی ولتاژی و جریانی دارای پیچ های قابل دسترس تنظیم نقاط صفر و اسپن هستند که روی صفحه اتصال الکتریکی ترانسدیوسر قرار دارند. این پیچ ها با پیچ گوشتی قابل تنظیم هستند.
اتصال مکانیکی روی ترانسدیوسر به گونه ای طراحی شده است که دستگاه را به درستی در جای خود محکم کند. ترانسدیوسر را به خوبی سفت کنید تا از احتمال نشتی جلوگیری شود. سفت کردن مناسب به عملکرد ترانسدیوسر آسیبی نمی رساند و عملکرد ضد نشتی را تضمین می کند.
سازگاری با سیالات
از آنجایی که ترانسدیوسرها با سیالات مختلف کار می کنند، باید محافظت داخلی در برابر سیالات مهاجم (مانند سیالات خورنده) داشته باشند. این کار با ساختن انتهای سنسور فشار مذاب (دیافراگم) از فولاد ضد زنگ انجام می شود. در بیشتر موارد، جنس فولاد 4-17 PH یا 5-15 PH است.
برای افزایش بیشتر محافظت، پوسته یا بدنه معمولاً از فولاد ضد زنگ 303 یا 304 ساخته می شود.
خوردگی دیافراگم ترانسدیوسر می تواند حساسیت خروجی را تغییر داده و بر استحکام ساختاری آن تأثیر بگذارد. تقریباً در تمام کاربردهای سیستمی، سیالات هرگز مشکلی ایجاد نمی‌کنند و نباید نگران کننده باشند.
یکپارچگی سیستم
برای اطمینان از دقت و کارایی، باید به کل سیستم توجه شود. ترانسدیوسر یکی از اجزای سیستم است که معمولاً شامل سیم کشی، ارسال سیگنال، تقویت کننده ها و دستگاه های کنترل کننده است.
بزرگترین منبع خطای سیستم سیم کشی ورودی به ترانسدیوسر است. این خطا به دلیل نویز ایجاد شده توسط کوپلینگ الکترواستاتیک و پیکاپ القایی (EMI/RFI) است.
اولی به دلیل جفت شدن میدان های الکتریکی اطراف سیم های سیگنال، نویز ایجاد می کند. این به دلیل ظرفیت خازنی بین هادی ها و زمین ایجاد می شود. کوپلینگ خازنی در کابل های طولانی تر مشکل ساز است زیرا ظرفیت بین هادی ها با افزایش طول کابل افزایش می یابد.
برای از بین بردن این سیگنال های ناخواسته، از کابل محافظ و زمین فقط در یک سر محافظ استفاده کنید. هر دو انتها را زمین نکنید، در غیر این صورت تبدیل به یک رسانای سیگنال می شود که به صورت خازنی با سیگنال اندازه گیری شده جفت می شود.
موتورها، خطوط برق، ترانسفورماتورها و منابع مشابه، میدان های الکترومغناطیسی تولید می کنند که می توانند به صورت القایی دریافت شوند. این میدان های مغناطیسی قوی، منبع نویز هستند که می توانند باعث ایجاد خطا در سیگنال شوند.
استفاده از جفت‌های پیچ خورده به‌طور موثری نویز ناشی از پیکاپ القایی را از بین می‌برد. در مواردی که کابل سیگنال تقویت نشده نزدیک به کابل های ولتاژ تقویت شده باشد، کابل تقویت نشده را می توان در یک مجرای فلزی قرار داد.
مشکلات ناشی از درست وصل نکردن زمین احتمالاً کمتر از بقیه مسائل توسط مهندسین درک شده اند و ممکن است دردسرسازترین منابع نویز باشند.
برای کمک به حداقل رساندن مشکلات اتصال به زمین، یک مدار سیگنال باید فقط در یک مکان به زمین متصل شود. تفاوت پتانسیل بین چندین نقطه زمین می تواند باعث ایجاد جریان های در گردش و در نتیجه ایجاد نویز شود. سطح بالایی از ایزوله سازی سیستم، اثرات زمین را به حداقل می رساند.
به عنوان نکته پایانی، تمام اتصالات الکتریکی بین اجزای سیستم باید به درستی جفت شوند و از بالاترین یکپارچگی برخوردار باشند. تنها با سفت کردن کانکتور شل یک ترانسدیوسر، بیشتر مشکلات به سادگی در این زمینه حل می‌شوند.
این مقاله باید یک راهنمای عملی در مورد انتخاب و استفاده از ترانسدیوسر های فشار باشد. از آنجایی که نمی‌تواند تمام سوالات شما را پوشش دهد، برای مشاوره و کمک، مستقیماً با کارشناسان فنی ما مشورت کنید.
