ترانسمیتر فشار چیست؟

در قلب بسیاری از فرآیندهای صنعتی، از پالایشگاه‌های نفت گرفته تا نیروگاه‌ها و کارخانه‌های مواد غذایی، یک پارامتر کلیدی وجود دارد که اندازه‌گیری دقیق آن برای ایمنی، کارایی و کنترل کیفیت حیاتی است: فشار. ابزاری که این فشار را اندازه‌گیری و به یک سیگنال قابل فهم برای سیستم‌های کنترل تبدیل می‌کند، ترانسمیتر فشار (Pressure Transmitter) نام دارد. این دستگاه‌ها، ستون فقرات اتوماسیون صنعتی مدرن هستند و بدون آن‌ها، کنترل بسیاری از فرآیندها غیرممکن خواهد بود.

۱. ترانسمیتر فشار چیست و چرا اهمیت دارد؟

ترانسمیتر فشار، دستگاهی است که فشار یک گاز یا مایع را اندازه‌گیری کرده و آن را به یک سیگنال الکتریکی استاندارد، معمولاً ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر (mA) یا ۰ تا ۱۰ ولت (V) تبدیل می‌کند. این سیگنال الکتریکی سپس به یک سیستم کنترل مرکزی مانند PLC (کنترلر منطقی قابل برنامه‌ریزی) یا DCS (سیستم کنترل توزیع شده) فرستاده می‌شود تا به صورت لحظه‌ای نظارت و کنترل فرآیندها امکان‌پذیر شود.

ترانسمیتر فشار روزمونت 3051

اهمیت ترانسمیترهای فشار در موارد زیر خلاصه می‌شود:

• ایمنی: اندازه‌گیری دقیق فشار در مخازن و خطوط لوله، از انفجار، نشت یا سایر حوادث ناشی از فشار بیش از حد جلوگیری می‌کند.
• کنترل فرآیند: ترانسمیترها به اپراتورها اجازه می‌دهند تا فشار را در یک سطح ثابت و مطلوب نگه دارند، که این امر برای کیفیت محصول نهایی حیاتی است.
• بهره‌وری انرژی: با کنترل دقیق فشار پمپ‌ها و کمپرسورها، مصرف انرژی بهینه شده و هزینه‌ها کاهش می‌یابد.
• مانیتورینگ و ثبت اطلاعات: ترانسمیترها داده‌های فشار را برای تجزیه و تحلیل و عیب‌یابی‌های آینده ثبت می‌کنند.

۲. اصول کارکرد و انواع رایج سنسورها

اساس کار ترانسمیتر فشار بر تبدیل نیروی وارد شده توسط سیال به یک سیگنال الکتریکی است. این تبدیل معمولاً توسط یک سنسور صورت می‌گیرد. رایج‌ترین انواع سنسورها عبارتند از:

• سنسورهای پیزورزیستیو (Piezoresistive): این سنسورها از یک دیافراگم سیلیکونی استفاده می‌کنند. هنگامی که فشار به دیافراگم وارد می‌شود، مقاومت الکتریکی آن تغییر می‌کند. این تغییر مقاومت توسط یک پل وتستون (Wheatstone Bridge) اندازه‌گیری و به ولتاژ تبدیل می‌شود. این روش بسیار دقیق و پایدار است. از این سنسور در محصولات midea استفاده می شود.
• سنسورهای خازنی (Capacitive): در این نوع، فشار باعث تغییر فاصله بین دو صفحه خازن می‌شود که منجر به تغییر ظرفیت الکتریکی آن می‌گردد. این تغییر ظرفیت، به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. این سنسورها به دلیل دقت بالا و مقاومت در برابر دماهای متغیر، در بسیاری از کاربردها استفاده می‌شوند.
• سنسورهای گیج فشار (Strain Gauge): این سنسورها از یک لایه نازک فلزی یا نیمه‌رسانا تشکیل شده‌اند. با اعمال فشار، این لایه تغییر شکل می‌دهد که باعث تغییر مقاومت الکتریکی آن می‌شود. این تغییر مقاومت به عنوان سیگنال خروجی استفاده می‌شود.

۳. انواع ترانسمیترهای فشار

ترانسمیترهای فشار بر اساس نوع فشار که اندازه‌گیری می‌کنند، به سه دسته اصلی تقسیم می‌شوند:

۳.۱. ترانسمیتر فشار گیج (Gauge Pressure)

این ترانسمیترها فشار یک سیال را نسبت به فشار محیط (فشار اتمسفر) اندازه‌گیری می‌کنند. فشارسنجی لاستیک خودرو یا فشار آب در یک لوله، نمونه‌هایی از فشار گیج هستند. اگر فشار اندازه‌گیری‌شده برابر با فشار اتمسفر باشد، خروجی صفر خواهد بود.

۳.۲. ترانسمیتر فشار مطلق (Absolute Pressure)

این ترانسمیترها فشار را نسبت به یک خلأ کامل (فشار صفر) اندازه‌گیری می‌کنند. داخل سنسور این ترانسمیترها، یک خلأ کامل و ثابت وجود دارد. این نوع در کاربردهایی مانند اندازه‌گیری فشار هوا در ارتفاعات یا اندازه‌گیری فشار بخار آب در فرآیندهای صنعتی که نیاز به دقت بالا دارند، استفاده می‌شود.

۳.۳. ترانسمیتر فشار تفاضلی (Differential Pressure – DP)

این ترانسمیترها تفاوت فشار بین دو نقطه را اندازه‌گیری می‌کنند. آن‌ها دارای دو پورت ورودی هستند که به دو نقطه مختلف در سیستم متصل می‌شوند.

• کاربردها:
  • اندازه‌گیری دبی (Flow): با نصب یک اوریفیس پلیت (orifice plate) در یک لوله، افت فشار ایجاد می‌شود که با اندازه‌گیری آن توسط ترانسمیتر DP، می‌توان دبی سیال را محاسبه کرد.
  • سطح مایع (Level): با اندازه‌گیری فشار در بالای مخزن و در کف آن، می‌توان ارتفاع مایع را محاسبه کرد.
  • فیلتراسیون: اندازه‌گیری افت فشار در دو طرف یک فیلتر، نشان‌دهنده میزان گرفتگی آن است.

۴. مشخصات فنی مهم در انتخاب ترانسمیتر

انتخاب یک ترانسمیتر فشار مناسب، نیازمند توجه به مشخصات فنی کلیدی است:

• محدوده اندازه‌گیری (Measuring Range): محدوده فشاری که ترانسمیتر می‌تواند به دقت اندازه‌گیری کند.
• دقت (Accuracy): میزان خطای مجاز در اندازه‌گیری. هرچه این عدد کمتر باشد، دقت دستگاه بالاتر است (مثلاً 0.1% از کل محدوده).
• سیگنال خروجی (Output Signal): نوع سیگنال الکتریکی خروجی، مانند ۴-۲۰ میلی‌آمپر یا ولتاژ.
• مقاومت در برابر محیط: برخی ترانسمیترها برای مقاومت در برابر دما، رطوبت، لرزش یا مواد شیمیایی خورنده طراحی شده‌اند.
• نوع اتصال فرآیندی: نحوه اتصال فیزیکی ترانسمیتر به خط لوله یا مخزن (مثلاً اتصال رزوه ای، فلنجی).

۵. کاربردهای صنعتی ترانسمیترهای فشار

ترانسمیترهای فشار در تقریباً تمامی صنایع حیاتی که با سیالات سر و کار دارند، استفاده می‌شوند:

• صنایع نفت و گاز: برای مانیتورینگ فشار در خطوط لوله انتقال، چاه‌های نفت و مخازن ذخیره‌سازی.
• صنایع شیمیایی: برای کنترل واکنش‌ها در رآکتورها و اطمینان از ایمنی فرآیند هیوندای.
• تصفیه آب و فاضلاب: برای اندازه‌گیری سطح مایعات در مخازن و فشار پمپ‌ها.
• صنایع غذایی و دارویی: برای اندازه‌گیری فشار در فرآیندهای استریلیزاسیون و پاستوریزاسیون.
• سیستم‌های HVAC: برای اندازه‌گیری فشار هوا در کانال‌ها و فیلترها.

تفاوت سنسور فشار و ترانسمیتر فشار

سنسور فشار و ترانسمیتر فشار هر دو ابزاری برای اندازه‌گیری فشار هستند، اما تفاوت اصلی آن‌ها در سطح عملکرد، نوع خروجی و کاربردشان است. در یک جمله، می‌توان گفت که ترانسمیتر فشار یک سیستم کامل است که از یک سنسور فشار به عنوان هسته اصلی خود استفاده می‌کند.

۱. تفاوت در عملکرد و خروجی

• سنسور فشار (Pressure Sensor):
  • عملکرد: سنسور فشار یک مبدل (Transducer) است که فشار فیزیکی را به یک سیگنال الکتریکی خام و غیراستاندارد (مانند ولتاژ در حد میلی‌ولت) تبدیل می‌کند. این قطعه تنها وظیفه حس کردن فشار و تولید یک خروجی متناسب با آن را بر عهده دارد.
  • خروجی: خروجی آن به دلیل ضعیف بودن و حساسیت به نویز، برای ارسال در فواصل طولانی مناسب نیست و باید قبل از استفاده توسط یک مدار خارجی تقویت و پردازش شود.
• ترانسمیتر فشار (Pressure Transmitter):
  • عملکرد: ترانسمیتر فشار یک دستگاه کامل است که علاوه بر سنسور فشار، شامل مدارهای الکترونیکی پردازش سیگنال، تقویت‌کننده و یک مدار تبدیل است. این دستگاه سیگنال ضعیف سنسور را دریافت کرده، آن را تقویت می‌کند و به یک سیگنال استاندارد صنعتی و قابل استفاده برای سیستم‌های کنترل (مانند ۴ تا ۲۰ میلی‌آمپر یا ۰ تا ۱۰ ولت) تبدیل می‌نماید.
  • خروجی: خروجی استاندارد ترانسمیتر برای انتقال در فواصل طولانی و اتصال مستقیم به سیستم‌های کنترل مانند PLC یا DCS بسیار مناسب است.

۲. تفاوت در ساختار فیزیکی و کاربرد

• سنسور فشار:
  • ساختار: معمولاً یک قطعه کوچک و فشرده است، اغلب به صورت یک تراشه یا ماژول کوچک که برای ادغام شدن در یک دستگاه بزرگتر طراحی شده است.
  • کاربرد: در کاربردهای فضای محدود و الکترونیکی مانند وسایل الکترونیکی مصرفی، دستگاه‌های پزشکی، و مدارهای الکترونیکی که خود دارای پردازشگر سیگنال هستند، استفاده می‌شود.
• ترانسمیتر فشار:
  • ساختار: یک دستگاه کامل و خودکفا است که درون یک محفظه محافظ و مقاوم در برابر شرایط سخت صنعتی قرار گرفته است. این محفظه آن را در برابر گرد و غبار، رطوبت، لرزش و مواد شیمیایی محافظت می‌کند.
  • کاربرد: برای کاربردهای صنعتی و فرآیندی طراحی شده است. از این دستگاه‌ها در پالایشگاه‌ها، کارخانه‌های شیمیایی، نیروگاه‌ها و خطوط تولید برای نظارت و کنترل فشار استفاده می‌شود.

۳. تفاوت در هزینه و پیچیدگی

• سنسور فشار: به دلیل سادگی ساختار، قیمت اولیه آن پایین‌تر است، اما برای استفاده از آن باید هزینه مدارات جانبی را نیز در نظر گرفت.
• ترانسمیتر فشار: به دلیل وجود مدارات داخلی و محفظه محافظ، قیمت اولیه آن بالاتر است، اما یک راهکار کامل و آماده به کار (Plug-and-play) برای محیط‌های صنعتی به شمار می‌رود.

سخن پایانی

ترانسمیتر فشار، بیش از یک ابزار ساده اندازه‌گیری است؛ این دستگاه یک ابزار کنترلی هوشمند است که به مهندسان و اپراتورها اجازه می‌دهد تا فرآیندهای صنعتی را با دقت، ایمنی و کارایی بالا مدیریت کنند. با پیشرفت تکنولوژی، ترانسمیترهای فشار نیز هوشمندتر و دقیق‌تر شده‌اند و نقش آن‌ها در دنیای اتوماسیون صنعتی روز به روز پررنگ‌تر می‌شود. انتخاب درست و نگهداری اصولی از این ابزار، سرمایه‌ای برای افزایش بهره‌وری و کاهش خطرات در هر فرآیند صنعتی خواهد بود.