مبانی ترانسمیتر های اختلاف فشار

یکی از رایج ترین و کاربردی ترین ابزار اندازه گیری فشار در صنعت، ترانسمیتر اختلاف فشار است. این دستگاه تفاوت فشار بین دو پورت را حس می کند و سیگنالی را که نشان دهنده آن فشار در رابطه با محدوده کالیبره شده است، خروجی می دهد.

ترانسمیتر های اختلاف فشار ممکن است بر اساس هر یک از فن‌آوری‌های سنجش فشار که قبلاً مورد بحث قرار گرفت، باشد، بنابراین این مقاله به جای تئوری، روی کاربرد تمرکز دارد.

ترانسمیتر های اختلاف فشار که برای کاربردهای اندازه‌گیری صنعتی ساخته می‌شوند، معمولاً از یک بدنه قوی (فلز آهنگری) تشکیل شده‌اند که عنصرهای حسگر را در خود جای می‌دهد، که بالای آن محفظه‌ای قرار می‌گیرد که اجزای مکانیکی و یا الکترونیکی لازم برای تبدیل فشار حس‌شده به سیگنال ابزار دقیق را در خود جای داده است.

در هر یک از این نمونه‌های ترانسمیتر اختلاف فشار، عنصر حسگر فشار در نیمه پایینی دستگاه (سازه فولادی آهنگری) قرار دارد در حالی که قطعات الکترونیکی در نیمه بالایی (ساختار رنگی، گرد و آلومینیومی ریخته‌گری) قرار دارند.

صرف نظر از ساخت یا مدل، هر ترانسمیتر اختلاف فشار  ("DP"، "d/p" یا ΔP) دارای دو پورت فشار برای تشخیص فشارهای مختلف سیال فرآیند است.

این پورت ها معمولا دارای رشته های NPT 1/4 اینچی برای اتصال راحت به فرآیند هستند. یکی از این پورت ها با برچسب "High" و دیگری با برچسب "Low" است. این برچسبزدن لزوماً به این معنا نیست که پورت "High" همیشه باید در فشار بیشتری نسبت به درگاه "Low" باشد. آنچه این برچسب ها نشان می دهند تأثیر افزایش فشار سیال اعمال شده به آن پورت بر جهت تغییر سیگنال خروجی است.

رایج ترین عنصر حسگر مورد استفاده توسط ترانسمیتر های DP مدرن دیافراگم است. یک طرف این دیافراگم فشار سیال فرآیند را از درگاه "High" دریافت می کند، در حالی که طرف دیگر فشار سیال فرآیند را از درگاه "کم" دریافت می کند.

هر گونه اختلاف فشار بین دو پورت باعث می شود دیافراگم از موقعیت استراحت معمولی خود (مرکز) خم شود. بسته به سازنده و مدل ترانسمیتر ، این خم شدن توسط تعداد زیادی فناوری مختلف به سیگنال خروجی تبدیل می شود.

نمادهای "+" و "-" دلالت بر قطبیت ولتاژ ورودی ندارند. یعنی اینطور نیست که ورودی "+" باید مثبت تر از ورودی "-" باشد. این نمادها صرفاً جهت متفاوتی را نشان می

دهند که هر ورودی تمایل دارد سیگنال خروجی را هدایت کند.

افزایش پتانسیل اعمال شده به ورودی "+" خروجی opamp را مثبت می کند، در حالی که پتانسیل افزایشی اعمال شده به ورودی "-" خروجی opamp را منفی می کند. با بیان این اصطلاح در سیستم های کنترل closed-loop ، می توانیم بگوییم که ورودی "+" مستقیماً عمل می کند در حالی که ورودی "-" عمل معکوس دارد.

به طور مشابه، برچسب‌های "H" و "L" روی درگاه‌های ترانسمیتر DP نشان‌دهنده بزرگی فشار ورودی نیست. یعنی اینطور نیست که فشار پورت "H" باید بیشتر از فشار درگاه "L"

باشد.

این نمادها صرفاً نشان دهنده تأثیرات متفاوت بر سیگنال خروجی ناشی از فشار اعمال شده به هر پورت هستند. افزایش فشار اعمال شده به پورت "High" یک ترانسمیترDP،سیگنال خروجی را به سطح بالاتری می برد، در حالی که افزایش فشار اعمال شده به پورت "Low" ترانسمیتر DP، سیگنال خروجی را به سطح کمتری هدایت می کند. سطح (Low)

توانایی اتصال دلخواه یک ترانسمیتر DP به یک فرآیند به گونه ای که مستقیماً یا معکوس عمل کند یک مزیت بزرگ است.

در دنیای الکترونیک، ما به توانایی یک سنسور ولتاژ دیفرانسیل (مانند تقویت کننده عملیاتی) برای درک تفاوت های کوچک در ولتاژ در حالی که پتانسیل های بزرگ اندازه گیری شده

با ارجاع به زمین را با عبارت رد حالت معمولی نادیده می گیرد، اشاره می کنیم.

یک تقویت کننده عملیاتی ایده آل مقدار ولتاژ مشترک هر دو پایانه ورودی را کاملا نادیده می گیرد و تنها به تفاوت ولتاژ بین آن پایانه ها پاسخ می دهد. این دقیقاً همان کاری است

که یک ابزار DP با طراحی خوب انجام می دهد، به جز با فشار سیال به جای ولتاژ الکتریکی.

یک ابزار DP فشار گیج مشترک در هر دو پورت را نادیده می گیرد، در حالی که فقط به تفاوت فشار بین آن دو پورت پاسخ می دهد. به عبارت دیگر، یک ابزار اختلاف فشار (در

حالت ایده آل) تنها به اختلاف فشار  پاسخ می دهد در حالی که فشار حالت معمول را نادیده می گیرد.

برای نشان دادن، ممکن است پورت های "High" و "Low" یک ترانسمیتر اختلاف فشار را با استفاده از لوله یا لوله به یکدیگر متصل کنیم، سپس هر دو درگاه را به طور همزمان در معرض منبع فشار سیال مانند هوای تحت فشار از یک کمپرسور هوا قرار دهیم. اگر ترانسمیتر در شرایط کار خوب باشد، باید فشار دیفرانسیل صفر را ثبت کند، حتی اگر مقدار فشار استاتیک اعمال شده به هر دو پورت را تغییر دهیم.

تا زمانی که فشارهای اعمال شده به هر پورت برابر باشد، دیافراگم حسگر ترانسمیتر باید نیروی خالص صفر را در فشار به چپ یا راست تجربه کند. تمام نیروی وارد شده به دیافراگم از فشار سیال درگاه "High" باید دقیقاً با نیروی وارد شده به دیافراگم از فشار سیال "Low" درگاه مقابله (Cancel) شود.

یک تشبیه الکتریکی به این می‌تواند اتصال هر دو سیم تست قرمز و بلوک یک ولت متر به یک نقطه مشترک در یک مدار الکتریکی باشد و سپس مقدار ولتاژ بین آن نقطه و زمین را تغییر دهد.

از آنجایی که ولت متر فقط اختلاف پتانسیل را بین سیم های آزمایشی خود ثبت می کند، و این سیم های آزمایش اکنون از نظر الکتریکی با یکدیگر مشترک هستند،میزان ولتاژ حالت مشترک بین آن یک نقطه از مدار و زمین زمین از دیدگاه ولت متر بی ربط است.

در هر مورد، دستگاه اندازه‌گیری اختلاف فشار ، مقدار حالت مشترک را رد می‌کند و تنها مقدار اختلاف (صفر) بین نقاط حسگر خود را ثبت می‌کند.

همان اصل رد حالت مشترک خود را در مدارهای الکتریکی و سیال پیچیده تر نشان می دهد. مورد یک ترانسمیتر DP و یک ولت متر را در نظر بگیرید که هر دو برای اندازه گیری کمیت های دیفرانسیل در مدار "تقسیم کننده" استفاده می شوند

در هر مورد، دستگاه اندازه‌گیری اختلاف فشار تنها به تفاوت بین دو نقطه اندازه‌گیری پاسخ می‌دهد و مقدار حالت معمول را رد می‌کند (97.5 PSI برای ترانسمیتر فشار، 97.5 ولت برای ولت متر).

فقط برای جالب کردن چیزها در این مثال، سمت "High" هر ابزار اندازه گیری به نقطه ای با مقدار کمتر متصل می شود، به طوری که تفاوت اندازه گیری شده یک کمیت منفی است.

مانند ولت مترهای دیجیتال، فرستنده های DP مدرن به همان اندازه قادر به اندازه گیری دقیق اختلاف فشار منفی و همچنین اختلاف فشار مثبت هستند. تضاد واضحی بین اختلاف فشار و فشار حالت معمول برای یک دستگاه DP در درجه بندی فشار نشان داده شده بر روی پلاک یک ترانسمیتر اختلاف فشار Foxboro مدل 13A

این پلاک به ما می گوید که ترانسمیتر دارای محدوده اختلاف فشار کالیبره شده "50 H2O دارد.

با این حال، پلاک نام همچنین به ما می گوید که ترانسمیتر دارای حداکثر فشار کاری (MWP) 1500 PSI است. "فشار کاری" به مقدار فشار گیج مشترک در هر پورت اشاره دارد، نه فشار اختلاف بین پورت ها.

در نظر گرفتن این ارقام به صورت اسمی به این معنی است که این ترانسمیتر صفر (بدون اختلاف فشار) را ثبت می کند حتی اگر فشار گیج اعمال شده به طور مساوی به هر دوپورت 1500 PSI کامل باشد! به عبارت دیگر، این ترانسمیتر اختلاف فشار تا 1500 PSI فشار گیج حالت معمولی را رد می کند و تنها به تفاوت های کوچک فشار بین پورت ها پاسخ می دهد (دیفرانسیل 1.8 PSI برای تحریک ترانسمیتر به خروجی در مقیاس کامل کافی است).

اینسترو کنترل وارد کننده و ارائه دهنده تجهیزات ابزار دقیق است. محصولات مختلفی مانند فلومتر، ترانسمیتر فشار، ترانسمیتر دما ، ترانسمیتر سطح و .... اما شرکت اینسترو کنترل به عنوان ارائه دهنده اصلی انواع ترانسمیتر اختلاف فشار در ایران فعالیت می‌کند و محصولات این تجهیز را تامین و در اختیار مشتریان خود قرار می دهد. و در انتها این که شناخت محصولات اورجینال و تشخیص آنها از محصولات کپی و تقلبی ممکن است برای شما سخت باشد. به همین دلیل توصیه ما این است که در خرید ترانسمیتر اختلاف فشار  از افراد متخصص در این زمینه کمک بگیرید شما می توانید برای دریافت راهنمایی بیشتر با ما در شرکت فنی مهندسی اینسترو کنترل به عنوان وارد کننده فلومتر در ایران تماس بگیرید و با کارشناسان ما مشورت کنید.