برای آشنایی با مایع پرکننده سنسور فشار مذاب باید از کمی جلوتر شروع کنیم. در ابتدا، سیال فرآیند نیرویی فشاری را بر روی یک دیافراگم فلزی انعطاف پذیر نازک در نوک سنسور اعمال می‌کند. این کار به نوبه خود، یک دستگاه حسگر کوچک به نام استرین گیج را تحت فشار قرار می‌دهد. این استرین گیج سپس تنش های فشاری را به یک سیگنال میلی ولت سطح پایین تبدیل می‌کند که می‌تواند بعدا به نوع سیگنال دیگری (مثلاً جریانی یا ولتاژی) تبدیل شود.
به چند دلیل، بهترین طراحی حسگر این است که استرین گیج تا حد ممکن نزدیک به سیال فرآیند باشد. با این حال، دمای بالای مواد مذاب پلیمری در فرآیند اکستروژن، استرین گیج حساس را فراتر از قابلیت های اندازه‌گیری آن می‌برد و عملکرد آن را به خطر می‌اندازد. برای استفاده حداکثری از استرین گیج ←، بدون آسیب رساندن به آن، باید المان حسگر در فاصله دورتر و بافاصله از دمای بالای فرآیند قرار گیرد.
بنابراین، اکنون چالش انتقال فشار فرآیند به استرین‌گیج، بدون از دست دادن یکپارچگی نیروی فشار است. این کار با استفاده از یک مایع انتقال دهنده که فشار فرآیند را به بهترین شکل (به‌صورت هیدرولیکی) منتقل می‌کند، انجام می‌شود. مایع باید دارای خواص فیزیکی خاصی برای انجام این کار باشد. اینجاست که پای مایع پرکننده سنسور فشار مذاب به میان می‌آید.
ساختار مجموعه مایع پرکننده سنسور فشار مذاب
یک مجموعه پر از مایع برای انتقال فشار و اندازه‌گیری آن، شامل یک دیافراگم است که با مواد دما بالای فرآیند در تماس است، همچنین یک دیافراگم برای حسگر بالایی که استرین گیج به آن متصل است و یک لوله کپیلاری ← پر از مایع که دو دیافراگم را به هم متصل می‌کند.
مایع پر کننده می‌تواند ویژگی های مثبت و منفی داشته باشد.
هنگام انتخاب مایع پرکننده سنسور فشار مذاب ، چهار نکته باید در نظر گرفته شود:
- قابلیت تراکم پذیری مواد پر کننده با فشار حداکثر
- ضریب انبساط حرارتی مرتبط با دریفت فشار با تغییرات دما
- متناسب بودن محدوده دمای عملیاتی با حداکثر دما قبل از واکنش های شیمیایی مایع پر کننده
- مهم ترین نکته: تماس با کارشناسان ما برای اطمینان خاطر
انواع مایع پر کننده
برای کاربردهای پردازش پلاستیک با دمای بالا که در آن پلیمر ذوب شده و حالت می گیرد، جیوه ← (Hg) پرمصرف‌ترین مایع جهت انتقال فشار در مجموعه مایع پرکننده سنسور فشار مذاب است زیرا:
- چگالی جیوه آن را در برابر فشرده شدن بسیار مقاوم می‌کند، بنابراین فشارهای فرآیند بیش از ۳۰۰۰۰ psi یا ۲۰۰۰ بار را به دقت نشان می‌دهد.
- جیوه همچنین به طور قابل توجهی نسبت به انبساط حرارتی، وقتی در معرض گرماست، حساس نیست.
- علاوه بر این، جیوه خاصیت مایع بودن خود را در دمای زیر انجماد و بالاتر از ۳۵۰ درجه سانتیگراد را حفظ می‌کند. این ماده در برابر انجماد، جوشیدن یا تبخیر شدن در دماهایی که بر فلزات مایع دیگر و مواد پرکننده تأثیر می‌گذارد، مقاومت می‌کند.
تا به امروز ماده دیگری وجود ندارد که عملکردی مشابه جیوه داشته باشد.
یک نکته منفی برای جیوه این است که به عنوان یک ماده سمی طبقه‌بندی می‌شود.
برای جلوگیری از انتشار جیوه در نیروگاه های زغال سنگ، ایالات متحده قانون هوای پاک را در اوایل دهه نود ایجاد کرد. قوانینی در ادامه اتخاذ شد که در ایالات متحده و سایر کشورها برنامه هایی را برای کنترل جیوه در همه کاربردها تا حد ممکن ایجاد کرد. در حالی که مایعات پرکننده جایگزینی برای سنجش فشار وجود دارد، هیچ کدام نمی‌توانند به خوبی جایگزین جیوه برای کاربردهای مذاب پلیمری شوند.
انواع مایع پرکننده جایگزین برای سنسور فشار مذاب شامل موارد زیر است:
- NaK ← به عنوان یک ماده غیر سمی طبقه بندی شده است، به طور کلی توسط USFDA به عنوان ماده‌ایی ایمن (GRAS) در نظر گرفته می شود و دارای محدوده دمایی بالایی است، اما نمی توان آن را در مناطق مستعد انفجار استفاده کرد زیرا NaK در هنگام قرار گرفتن در معرض هوا به سرعت اکسید می شود (مشتعل می‌شود). به همین دلیل، از این مایع پرکننده در سنسور های فشار مذابی استفاده می‌شود که به صورت اختصاصی برای اندازه‌گیری فشار در صنایع غذایی و بهداشتی طراحی شده‌اند.
همچنین، تراکم پذیری NaK به خوبی جیوه نیست، محدوده فشار را به ۱۰۰۰۰ psi محدود می کند و همچنین فاصله از فرآیندی را که سنسور استرین گیج می‌تواند در آن قرار گیرد را هم محدودتر می‌کند. - روغن همچنین توسط USFDA به عنوان غیر سمی و به طور کلی ایمن (GRAS) طبقه بندی شده است. با این حال، به عنوان یک ترکیب آلی، روغن در دماهای بالاتر تجزیه می‌شود و در نتیجه چرخه کاری و گنجایش دمایی محدودی دارد. روغن را می توان به عنوان مایع پرکننده جایگزین برای کاربردهای غذایی و بهداشتی ارائه کرد.
- سایر مایعات پرکننده نیز استفاده می‌شوند ولی چنان موفقیت آمیز عمل نمی‌کنند یا کاربردشان محدود است. به عنوان مثال، گالستان (فلز مایع گالیم، ایندیم و قلع) به عنوان غیر سمی طبقه بندی می‌شود. با این حال، برخلاف جیوه، گالستان به فلزات دیگر – مانند لوله کپیلاری – می‌چسبد و خورنده است، حتی زمانی که آن فلزات پوشش داده شده باشند. این مشکل در دماهای بالاتر بیشتر نیز می‌شود.
جیوه، بهترین گزینه برای کاربردهای سنجش فشار دقیق، قابل تکرار، دما بالا و با دامنه فشار وسیع است.
