تبادل لینک هوشمند نام مقاله : مقاله کاملی از سنسور فشار
ترجمه و گردآوری : عاطفه هدایت نژاد کارشناس تیم پشتیبانی اتوماسیون صنعتی نادین تک
سنسور فشار
یک سنسور فشار ، فشار را اندازه گیری کرده که معمولا عنصر مورد نظر برای اندازه گیری فشار ، گاز یا مایع است .
فشار اصطلاحاً به نیرویی اطلاق می شود که نیاز دارد یک سیال انبساط خود را متوقف کند . یک سنسور فشار معمولاً به عنوان یک مبدل ( ترنس دیوسر) عمل می کند و برای نشان دادن تابعی از فشار حاصله یک سیگنال تولید می کند .
دراین مقاله ، سیگنال هدف ، یک سیگنال الکتریکی است.سنسورهای فشار معمولاً برای کنترل و مانیتورینگ هزاران عملکرد در روز استفاده می شود .
سنسورهای فشار می توانند به طور غیر مستقیم متغیرهایی مثل جریان گاز / سیال ، سرعت ، سطح آب و ارتفاع را اندازه گیری کند.
سنسورهای فشار با نام های زیر هم شناخته می شوند
مبدل فشار ، ترنسمیتر فشار ، ارسال کننده فشار ، اندیکاتور فشار ، پیزومتر ، مانومتر و نام های دیگر.
سنسورهای فشار در تکنولوژی ، طراحی ، عملکرد ، کاربرد و هزینه ؛ مناسب می باشند. در یک تخمین محافظه کارانه می توان گفت برای حداقل 300شرکت ؛ 50 مورد تکنولوژی سنسور فشار در سطح جهان به کار رفته اند.
در اینجا ، یک گروه سنسور فشار برای اندازه گیری در یک مود دینامیک برای پذیرش تغییرات با سرعت بالا در فشار طراحی شده اند.
مثال هایی از کاربرد این سیستم ها ، اندازه گیری فشار احتراق در یک سیلندر موتور و یک توربین گازی است . این سنسور ها به طور رایج از مواد پیزو الکتریکی مثل کریستال ساخته شده اند .
برخی از سنسورهای فشار ، مثل آنهایی که در دوربین های ترافیک موجود است ، کاربرد آن به صورت باینری on/off بیان می شود . وقتی به سنسور فشار ، فشار اعمال می شود، سنسور برای تکمیل یا شکستن یک مدار الکتریکی واکنش نشان می دهد .
این نوع سنسورها به عنوان یک سنسور فشار شناخته می شوند .
انواع اندازه گیری فشار:
سنسورهای فشار می توانند در ترم محدوده ی فشار اندازه گیری شده؛ رنج کاری دما و اهمیت فشار در اندازه گیری ها ، طبقه بندی می شوند.
سنسورهای فشار مطابق کاری که انجام می دهند نام گذاری می شوند . اما همان تکنولوژی ممکن است در سنسوری با نام های متفاوت هم موجود باشند.
سنسور فشار مطلق:
این سنسور ، فشار نسبی واقعی خلاء را اندازه می گیرد .
سنسور فشار گیج:
این سنسور ، نسبت فشار به فشار اتمسفریک را اندازه می گیرد . یک گیج فشار تایر ، مثالی از اندازه
گیری فشار گیج است که وقتی که صفر می شود ، آنگاه فشاری که اندازه می گیرد همان فشار محیط است.
سنسور فشار خلاء:
این مورد ، می تواند منجر به گیجی و سردرگمی کاربران شود . این سنسورهای فشار خلاء برای توصیف سنسوری استفاده می شود که فشارهای زیر فشار اتمسفر را اندازه گرفته و نشان دهنده تفاوت بین فشار پایین و فشار اتمسفر است . ( فشار گیج منفی )
اما ممکن است برای توصیف سنسوری که نسبت فشار پایین با خلاء را اندازه می گیرد هم به کار می رود .(مثل فشار مطلق)
سنسور فشار تفاضلی:
این سنسور تفاضل بین دو فشار را از سمتی که به سنسور متصل است اندازه می گیرد .سنسور فشار تفاضلی برای اندازه گیری بسیاری از ویژگی ها به کار می رود . مثل فشار قطرات حاصله از فیلترهای نفت ( یا روغن) یا فیلترهای هوا ، سطوح سیال با مقایسه سنسور بالا و مایع پایین، یا نسبت های جریان ( با اندازه گیری تغییرات در فشار در مقابل یک سری از محدودیت ها)
در گفتارهای معمولی ، اکثر سنسورهای فشار معمولاً سنسورهای فشار تفاضلی می باشند . به عنوان مثال یک سنسور فشار گیج عموما یک سنسور فشار تفاضلی است که در یک سمت آن با اتمسفر محیط باز می شود .
سنسور فشار مهر شده:
این سنسور ، مشابه یک سنسور فشار گیج عمل می کند . با این تفاوت که فشارهای نسبی را در برخی از فشار ثابت تر از فشار اتمسفر محیط اندازه می گیرد. ( که با توجه به موقعیت مکانی و آب و هوا متغیر می باشد . )
تکنولوژی حس کردن فشار:
در این جا ، دو گروه اصلی برای سنسورهای فشار آنالوگ وجود دارد .
انواع جمع کننده نیرو:
این نوع از سنسورهای الکترونیکی به طور کلی از یک جمع کننده نیرو استفاده می کند . ( چیزی مثل دیافراگم ، پیستون، تیوب عصا مانند ) که برای اندازه گیری فشار ( یا انحراف) که منجر به اعمال نیرو ( یا فشار ) در این محدوده می شود به کار می رود .
گیج فشار پیزو مقاومتی:
استفاده از تاثیر پیزو مقاومت ها، منجر به آشکار سازی فشارهای گیج شده و فشار و مقاومت را اندازه گیری می کند . و مطابق با فشار این مواد افزایش می یابد .
انواع تکنولوژی رایج در این جا ، سیلیکون ( مونوکریستال ) ، فیلم های نازک پلی سیلیکون ، فویل فلزی پیوند داده شده ، فیلم های ضخیم و فیلم های پراکنده می باشند . به طور کلی فشار گیج ها توسط یک مدار پل وتسون متصل می شوند تا خروجی سنسور به ماکسیمم میزان خود رسیده و حساسیت در مقابل خطاها کاهش یابند .
که در این مورد رایج ترین تکنولوژی حسگری به کار گرفته شده برای اهداف کلی اندازه گیری فشار مطرح می گردند .
خازنی:
با استفاده از یک دیافراگم و حفره فشار یک خازن متغیر ایجاد شده تا کشش ناشی از فشار اعمالی را آشکار کرده و به این ترتیب ظرفیت خازنی مطابق تغییر شکل فشار دیافراگم کاهش می یابد.
این تکنولوژی های رایج از دیافراگم های فلزات ، سیلیکون و سرامیک استفاده می کند .
الکترومغناطیس:
اندازه گیری یا جایگزینی دیافراگم در تغییرات اندوکتانس ( رلوکتانس) ، LVDT ، اثر هال یا توسط اصول جریان مخالف به کار گرفته می شود.
پیزو الکتریک:
استفاده از تاثیر پیزو الکتریک در مواد اصلی مثل کوارتز برای اندازه گیری کشش با استفاده از حس مکانیسم فشار این تکنولوژی برای اندازه گیری فشارهای دینامیکی بالا به کار گرفته می شوند .
نوری:
این تکنیک ها شامل استفاده از یک تغییر فیزیکی در یک فیبر نوری می شود که فشار اعمالی را می تواند آشکار کند . یک مثال رایج از این نوع فیبرها فیبر نوری FBG است . (Fiber Brag Grating)
این تکنولوژی در کاربردهایی مطرح می شود که اندازه گیری ممکن است نیاز به کنترل بالایی داشته باشد . یا تحت دمای بالا بوده یا از تکنولوژی هایی استفاده کند که ذاتاً از تداخل های الکترومغناطیسی مصون می باشند .
تکنیک های آنالوگ دیگر ، یک فیلم الاستیک است که در لایه ای قرار گرفته که می تواند تغییرات طول موج را مطابق فشارهای اعمالی ( کشش ها) سازمان دهی کند .
پتانسیومتری
استفاده از حرکتی مشابه یک جاروب در مکانیسم های مقاومتی تا کشش ایجاد شده توسط فشار اعمالی را بتواند آشکار کند .
انواع دیگر:
این انواع سنسورهای فشار الکترونیکی از این ویژگی ها استفاده می کند .( ویژگی هایی مثل چگالی ) که این ویژگی ها منجر به استخراج گاز یا مایع می شود.
تشدید
استفاده از تغییرات در فرکانس تشدید در یک مکانیسم حس گری برای اندازه گیری فشار یا تغییرات چگالی گاز مطرح شده و منجر به اعمال فشار می شود .
این تکنولوژی ممکن است در پیوند با یک جمع کننده نیرو مثل گروه های فوق الذکر قرار بگیرند .
به همین صورت که بیان شد تکنولوژی تشدید ممکن است با تشدید خود المنت به کار برده شده و فرکانس تشدید وابسته به چگالی است . سنسورها در این جا از یک سیم مرتعش ، سیلندرهای مرتعش – کوارتزها و MEM های سیلیکون تشکیل شده اند . به طور کلی این تکنولوژی برای افزایش میزان پایداری در هر زمان قرار می گیرند .
حرارت:
استفاده از تغییرات در رسانایی حرارتی یک گاز منجر به تغییرات چگالی در اندازه گیری فشار می شود . یک مثال رایج از این نوع Pirani Gauge است .
یونیزاسیون:
اندازه گیری جریان در ذرات گاز شارژشده ( یون ها ) با تغییرات چگالی تغییر می کند و فشار را اندازه می گیرد .
مثال های رایجی در این بحث وجود دارد که می توان در این خصوص به گیج های کاتدی سرد و گرم اشاره کرد.
کاربردها:
در این جا ، چند کاربرد برای سنسورهای فشار وجود دارد:
حس کردن فشار:
در خصوص این مورد ما علاقه اصلی مان حس کردن فشار است که به عنوان یک نیرو بر واحد سطح تعریف می شود . و در ابزار آب و هوایی ، سفینه های فضایی اتومبیل و هرکدام از ماشین آلات که با مباحث فشار پیاده سازی می شود ، قابل دستیابی است .
حس کردن ارتفاع:
که برای سفینه های فضایی ، راکت ها ، ماهواره ها بالون های آب و هوا و دیگر کاربردها مطرح می شود . همه این کاربردها برای ارتباط بین تغییرات در فشار نسبی به ارتفاع قابل استفاده است .
این رابطه طبق معادله زیر حاصل می شود:
این معادله برای یک ارتفاع سنج کالیبره می شود و به 090/36 فوت می رسد. (m000/11) محدوده خارجی آن ، یک خطا را معرفی می کند که می تواند به طور متفاوت برای هر سنسور فشار محاسبه گردد .
این خطای محاسباتی فاکتوری در این خطا را معرفی می کند که با تغییرات در دما بیان می گردد.
سنسورهای فشار وابسته به فشار هوا می تواند وضوح ارتفاع را کمتر از 1 متر داشته باشد . که بهتر و رضایت بخش تر از سیستم های GPS عمل می کنند . ( حدود 20 متر رزولوشن ارتفاع)
در کاربردهای جهت یابی ارتفاع برای تشخیص بین سطوح جاده ای استفاده شده و برای جهت یابی اتومبیل و سطوح طبقاتی در ساختمان برای جهت یابی عابر پیاده قابل استفاده است.
حس کردن جریان
حس کردن جریان یکی از استفاده های سنسور فشار در پیوند تاثیر ونتوری برای اندازه گیری جریان است . فشار تفاضلی بین دو سگمنت یک تیوب ونتور یک پوشش متفاوت دارد . تفاوت فشار بین دو سگمنت به طور مستقیم مربوط به نسبت جریان در طول تیوب ونتوری می شود.
یک سنسور فشار پایین همیشه به عنوان تفاضل گیرنده فشار به کار رفته که به نسبت میزان کوچکی دارد .
حس سطح/عمق:
یک سنسور فشار ممکن است برای محاسبه سطح یک سیال استفاده شود . این تکنیک به طور رایج برای اندازه گیری عمق بدنه یک آیتم شناور به کار می رود .( آیتمی مثل یک درایو یا زیر دریایی)
یا سطح محتوی در یک تانک ( چیزی مثل یک برج آب ) در این زمینه مد نظر می باشد .
برای اهداف کاربردی ، سطح سیال به طور مستقیم با فشار متناسب می باشد.
در مورد آب، جایی که محتوی تانک کمتر از فشار اتمسفر باشد 1psi=27/7 .
در H20/1pa=9/81mmH20
معادله اصلی برای چنین اندازه گیری به این صورت است .
P=ρgh
که در این جا p فشار ، ρ چگالی سیال ، g ثابت گرانش ، h ارتفاع سطح سیال بالای سنسور فشار
تست نشتی
یک سنسور فشار ممکن است برای تست پوسیدگی فشار به سبب نشتی سیستم استفاده شود . این مورد با مقایسه نشتی آشکار شده با استفاده از فشار تفاضلی انجام گرفته و یا این که سنسور فشار تغییرات فشار را در طی زمان اندازه گیری می کند .
در ترنس دیوسر پیزو مقاومتی به صورت پل وتسون پیکر بندی می شود . و اغلب رفتار راتیومتریک دارد که فقط برای اندازه گیری فشار به کار نمی رود و ولتاژ تغذیه ترنس دیوسر به این صورت محاسبه می شود .
که در این جا
Vout: ولتاژ خروجی ترنس دیوسر
P: فشار اندازه گیری واقعی
K:فاکتور مقیاس ترنس دیوسر نامی ( یک ولتاژ تغذیه ترنس دیوسر ایده آل) در واحد ولتاژ به فشار
Vs actual: ولتاژ واقعی تغذیه ترنس دیوسر
Vs ideal: ولتاژ ایده آل تغذیه ترنس دیوسر
تصحیح اندازه گیری از ترنس دیوسر ارائه شده است و این رفتار نیاز به اندازه گیری ولتاژ تغذیه ترنس دیوسر واقعی و ولتاژ خروجی و اعمال انتقال معکوس این رفتار به سیگنال خروجی داریم.
سیگنال های مد رایج در ترنس دیوسر به عنوان پل وتسون پیکر بندی شده که در این آنالیزها مورد بحث قرار نمی گیرد.
نظرات شما عزیزان:
برچسب‌ها:
خبرنامه وب سایت:
آمار
وب سایت: