داخل هر ترانسمیتر فشار و پشت بدنه فولادی آن، سلول اندازه‌گیری قرار دارد؛ بخشی که فشار فرآیند را حس کرده و آن را به یک تغییر فیزیکی قابل اندازه‌گیری (مانند انحراف دیافراگم یا تغییر ظرفیت خازنی) تبدیل می‌کند. این تغییر سپس توسط مدار الکترونیکی ترانسمیتر پردازش شده و به یک سیگنال الکتریکی استاندارد خروجی تبدیل می‌شود.
به طور معمول این سلول های اندازه گیری که بخشی از آن ها در معرض سیال قرار می گیرد و در برابر فشار واکنش نشان می دهد از جنس فولاد ضد زنگ یا دیگر فلزات مقاوم ساخته می شوند. اما همیشه یک انتخاب متفاوت و یا حتی دور از انتظار دیگری نیز وجود دارد. این انتخاب سلول های اندازه گیری از جنس سرامیک هستند که نه تنها قیمت رقابتی‌تری دارند، بلکه ویژگی‌های منحصربه‌فردی ارائه می‌دهند که در بسیاری از کاربردها آن‌ها را به گزینه‌ای مناسب تر تبدیل می‌کند.
سلول اندازه‌گیری سرامیکی چیست؟
سلول اندازه‌گیری سرامیکی در واقع یک دیافراگم حساس به فشار است که از سرامیک با خلوص بالا مثل اکسید آلومینیوم (Al₂O₃) ساخته می‌شود. زمانی که فشار فرآیند به آن وارد می‌شود، دیافراگم سرامیکی به مقدار بسیار جزئی تغییر شکل می‌دهد. این تغییر شکل باعث تغییر ظرفیت خازنی در داخل سنسور می‌شود و این تغییر سپس در مدارات به یک سیگنال الکتریکی متناسب با فشار تبدیل می‌گردد.
برخلاف بسیاری از سلول‌های اندازه‌گیری فلزی که برای انتقال فشار به دیافراگم پر از روغن متکی هستند، سلول‌های سرامیکی سیستم‌هایی کاملاً خشک و بدون روغن هستند. این موضوع به این معناست که هیچ سیال پرکننده‌ای وجود ندارد که دچار فرسودگی شود، نشت کند یا به درون فرآیند نفوذ کند. علاوه بر این، به دلیل فرآیند تولید ساده‌تر و حذف روغن و قطعات جانبی، سلول‌های سرامیکی معمولاً هزینه کمتری نسبت به سلول‌های فلزی دارند.
مزایای سنسور فشار با سلول‌های اندازه‌گیری سرامیکی
به دلیل ماهیت متریال سرامیک این نوع سنسورها دارای مزایای زیر هستند:
مقاومت بالا در برابر خوردگی
سرامیک خالص در برابر اسیدها، بازها و بسیاری از مواد شیمیایی خورنده مقاوم است، بنابراین برای کاربردهای سخت و خورنده ایده‌آل است.
تحمل اضافه‌فشار و ضربه
این سلول‌ها قادرند فشارهای فراتر از محدوده اندازه‌گیری خود را بدون آسیب دائمی تحمل کنند، چیزی که در بسیاری از سلول‌های فلزی ممکن نیست.
مقاومت در برابر سایش و ذرات جامد
برای سیالاتی که حاوی ذرات جامد یا سایش‌زا هستند (مانند لجن یا مواد پودری)، سرامیک دوام بیشتری دارد و عمر مفید طولانی‌تری ارائه می‌دهد.
همچنین به دلیل عدم وجود روغن در ساختار این سنسور ها مزایای زیر نیز در آن ها وجود دارد.
پایداری طولانی‌مدت
بدون وجود روغن پرکننده، سلول‌های سرامیکی دچار فرسودگی یا نشت نمی‌شوند و در طول زمان عملکرد دقیق خود را حفظ می‌کنند.
سازگاری با محیط‌های بهداشتی و حساس
در صنایع غذایی، دارویی و آب آشامیدنی، عدم وجود روغن و مواد جانبی، ایمنی و بهداشت فرآیند را تضمین می‌کند.
اقتصادی و کم‌هزینه
فرآیند تولید ساده‌تر، عدم نیاز به روغن و قطعات جانبی باعث می‌شود سلول‌های سرامیکی معمولاً قیمت کمتری نسبت به سلول‌های فلزی داشته باشند، بدون اینکه کیفیت یا دوام قربانی شود.
سنسورهای فشار با سلول اندازه گیری سرامیکی برای چه صنایعی بهتر جواب می دهند؟
سلول‌های اندازه‌گیری سرامیکی به‌ویژه برای کاربردهایی مناسب هستند که در آن‌ها قابلیت اطمینان، مقاومت شیمیایی و دوام بالا اهمیت زیادی دارد. برخی از سناریوهای معمول عبارتند از:
- آب و فاضلاب – برای اندازه‌گیری کلر، لجن و دیگر مواد شیمیایی خورنده.
- شیمیایی – برای سنجش اسیدها، بازهای قوی و مایعات خورنده.
- غذا و نوشیدنی – برای اندازه‌گیری تمیز و بدون روغن، بدون هیچ ریسک آلودگی.
- کاربردهای محیط زیستی و صنعتی – جایی که سنسورها ممکن است با اضافه‌فشارهای ناگهانی مواجه شوند و نیاز به مقاومت بالایی دارند.
محدودیت‌هایی که باید در نظر گرفت
محدودیت در محدوده فشار – سلول‌های سرامیکی برای فشارهای کم تا متوسط بسیار مناسب هستند، اما در کاربردهای فشار بسیار بالا، دیافراگم‌های فلزی معمولاً انتخاب بهتری محسوب می‌شوند.
حساسیت مکانیکی – در مقایسه با فلز، سرامیک‌ها نسبت به ضربه‌ها یا شوک‌های مکانیکی قوی حساس‌تر هستند، بنابراین نصب صحیح و نگهداری با احتیاط اهمیت زیادی دارد.
نتیجه‌گیری
سنسورهای فشار سرامیکی ← دوام بالا، مقاومت شیمیایی و پایداری طولانی‌مدت را در طراحی‌ای جمع‌وجور و کم‌نیاز به نگهداری ارائه می‌دهند. این سلول‌ها به‌ویژه برای کاربردهایی که با محیط‌های خورنده، سیالات ساینده یا نیازهای بهداشتی سخت مواجه هستند، مناسب هستند و اغلب جایگزینی اقتصادی‌تر نسبت به سلول‌های فلزی محسوب می‌شوند.
