انتخابی هوشمندانه برای اندازه گیری فشار

در دنیای شگفت‌انگیز علم و مهندسی، سنسورها نقش حواس ظریفِ ابزارها و ماشین‌ها را ایفا می‌کنند. سنسور فشار گیج نیز یکی از این حواس دقیق است که با ظرافت تمام، راز فشار سیالات را فاش می‌کند. در این مقاله، سفری به دنیای این سنسورِ شگفت‌انگیز خواهیم داشت و با زبانی ساده، به رمزگشایی از عملکرد و کاربردهای آن می‌پردازیم.

مقدمه:

فشار، نیرویی است که سیالات به سطوح مجاور خود وارد می‌کنند. این نیرو در صنایع مختلف و در زندگی روزمره نقشی حیاتی ایفا می‌کند. از اندازه‌گیری فشار بخار در دیگ‌های بخار گرفته تا کنترل فشار آب در لوله‌کشی، سنسورهای فشار در قلبِ innumerable فرآیندها حضور دارند.

انواع سنسور فشار گیج:

سنسورهای فشار گیج بر اساس نوع فناوری اندازه‌گیری به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند. در اینجا به برخی از رایج‌ترین انواع این سنسورها اشاره می‌کنیم:

• سنسور فشار گیج دیافراگمی:

این نوع سنسور از یک دیافراگم نازک برای حس کردن فشار سیال استفاده می‌کند. با افزایش فشار، دیافراگم خم می‌شود و این تغییر شکل به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. سنسورهای دیافراگمی به دلیل قیمت مناسب و دقت بالا در کاربردهای مختلفی مانند اندازه‌گیری فشار هوا در موتور خودرو و کنترل فشار آب در لوله‌کشی استفاده می‌شوند.

• سنسور فشار گیج بوردون:

این نوع سنسور از یک لوله خمیده به نام لوله بوردون برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌کند. با افزایش فشار، لوله بوردون صاف‌تر می‌شود و این تغییر شکل به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. سنسورهای بوردون به دلیل استحکام و قابلیت اطمینان بالا در کاربردهای صنعتی مانند اندازه‌گیری فشار بخار در دیگ‌های بخار و کنترل فشار در سیستم‌های هیدرولیک استفاده می‌شوند.

• سنسور فشار گیج پیزوالکتریک:

این نوع سنسور از مواد پیزوالکتریک برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌کند. هنگامی که به مواد پیزوالکتریک فشار وارد می‌شود، ولتاژ الکتریکی تولید می‌کنند. سنسورهای پیزوالکتریک به دلیل سرعت پاسخ بالا و دقت زیاد در کاربردهای تخصصی مانند اندازه‌گیری فشار در تجهیزات پزشکی و اندازه‌گیری فشار انفجار استفاده می‌شوند.

• سنسور فشار گیج سیلیکونی:

این نوع سنسور از یک تراشه سیلیکونی برای اندازه‌گیریفشار استفاده می‌کند. با افزایش فشار، مقاومت الکتریکی تراشه تغییر می‌کند و این تغییر مقاومت به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود. سنسورهای سیلیکونی به دلیل ابعاد کوچک و مصرف برق کم در کاربردهای مختلفی مانند اندازه‌گیری فشار در تلفن‌های همراه و لوازم خانگی هوشمند استفاده می‌شوند. علاوه بر موارد ذکر شده، انواع دیگری از سنسورهای فشار گیج نیز مانند سنسورهای فشار گیج مغناطیسی و سنسورهای فشار گیج اپتیکال نیز وجود دارند. انتخاب نوع مناسب سنسور فشار گیج به عوامل مختلفی مانند محدوده فشار، دقت، قیمت و شرایط محیطی بستگی دارد.

نحوه عملکرد سنسور فشار گیج: 

سنسور فشار گیج، عضوی ظریف اما حیاتی در دنیای ابزارها و ماشین‌ها است که با ظرافت تمام، رازِ فشار سیالات را فاش می‌کند. در این مقاله، سفری دقیق و موشکافانه به قلبِ این سنسور شگفت‌انگیز خواهیم داشت و با زبانی ساده، گام به گام نحوه عملکرد آن را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

مراحل رمزگشایی فشار:

•  اعمال فشار:

در اولین مرحله، سیال مورد نظر با اعمال فشار بر روی دیافراگم نازک و انعطاف‌پذیر سنسور، ماجراجویی خود را آغاز می‌کند. دیافراگم که مانند پرده ظریفی عمل می‌کند، با دریافت فشار، خم می‌شود. میزان خم شدن این پرده، متناسب با شدت فشار اعمالی خواهد بود. 

• تبدیل فشار به تغییر شکل:

خم شدن دیافراگم، نقش کلیدی در این مرحله از ماجرا ایفا می‌کند. با تغییر شکل دیافراگم، مقاومت الکتریکی دو رشته سیم ظریف که در زیر آن تعبیه شده‌اند نیز تغییر می‌کند. این دو رشته سیم که به عنوان پل گس‌تریت شناخته می‌شوند، در واقع نقش حسگر را در سنسور فشار گیج بر عهده دارند.

• تبدیل تغییر شکل به سیگنال الکتریکی:

 با تغییر مقاومت پل گس‌تریت، جریان الکتریکی عبوری از آن نیز دستخوش تغییر می‌شود. این تغییر جریان، دروازه ورود به دنیای سیگنال‌های الکتریکی را می‌گشاید. در این مرحله، مدار الکتریکی هوشمند سنسور وارد عمل می‌شود و با ظرافت تمام، این تغییر جریان را به یک سیگنال الکتریکی قابل اندازه‌گیری تبدیل می‌کند.

• رمزگشایی سیگنال الکتریکی:

سیگنال الکتریکی که حاملِ رمزِ فشار است، توسط بخش پردازشگر سنسور مورد واکاوی قرار می‌گیرد. این بخش با استفاده از معادلات و الگوریتم‌های از پیش تعریف شده، مقدار فشار را با دقت بالا محاسبه می‌کند.

• ارائه خروجی: 

در نهایت، فشار اندازه‌گیری شده به صورت یک خروجی الکتریکی استاندارد (معمولاً ولتاژ یا جریان) ارائه می‌شود. این خروجی می‌تواند توسط دستگاه‌های دیگر مانند نمایشگر، سیستم‌های کنترلی یا ثبت‌کننده‌ها خوانده و مورد استفاده قرار گیرد.

عوامل مؤثر بر عملکرد

• نوع دیافراگم: جنس، ضخامت و ابعاد دیافراگم بر دقت و دامنه اندازه‌گیری فشار سنسور تاثیر می‌گذارند.
• طراحی پل گس‌تریت: دقت و حساسیت سنسور به نحوه طراحی و ساخت پل گس‌تریت وابسته است.
• مدار الکتریکی: کیفیت و دقت مدار الکتریکی در تبدیل سیگنال به خروجی نهایی نقش مهمی ایفا می‌کند.

مزایا و معایب سنسور فشار گیج:

مزایا: 

1. قیمت مناسب: در مقایسه با سایر سنسورهای فشار، سنسورهای فشار گیج قیمتِ مقرون به صرفه تری دارند. این مزیت باعث شده تا استفاده از آنها در کاربردهای گوناگون بسیار گسترده باشد.
2. دقت بالا: سنسورهای فشار گیج می‌توانند فشار را با دقت بالایی اندازه‌گیری کنند. این دقت بالا نقشی اساسی در عملکرد صحیح سیستم‌های کنترلی ایفا می‌کند
3. کاربرد گسترده: دامنه کاربرد سنسورهای فشار گیج بسیار وسیع است. از این سنسورها در صنایع مختلف مانند خودروسازی، هوافضا، پزشکی، غذایی و بسیاری زمینه‌های دیگر استفاده می‌شود.
4. اندازه کوچک: این سنسورها فضای کمی اشغال می‌کنند و به راحتی در فضاهای محدود نصب می‌شوند. این ویژگی آنها را برای کاربردهایی که با محدودیت فضایی مواجه هستند مناسب می‌کند.
5. استحکام و طول عمر بالا: سنسورهای فشار گیج از مواد باکیفیت ساخته شده‌اند و در برابر شرایط محیطی مختلف مقاومت بالایی دارند. این مقاومت باعث شده تا طول عمر این سنسورها بالا باشد.
6. سهولت نصب و استفاده: نصب و استفاده از سنسورهای فشار گیج بسیار ساده است. این سنسورها نیاز به تنظیمات پیچیده ندارند و به راحتی با سیستم‌های دیگر سازگار می‌شوند
7. مصرف برق کم: سنسورهای فشار گیج مصرف برق بسیار کمی دارند. این ویژگی آنها را برای کاربردهایی که با محدودیت مصرف انرژی مواجه هستند مناسب می‌کند.
8. قابلیت اطمینان بالا: سنسورهای فشار گیج از قابلیت اطمینان بالایی برخوردار هستند. این قابلیت اطمینان باعث شده تا از آنها در کاربردهای حساس و مهم استفاده شود.

معایب :

1. محدودیت دمایی: هر سنسور فشار گیج برای کار در یک محدوده دمایی خاص طراحی شده است. اگر سنسور در دمای بالاتر یا پایین‌تر از محدوده مجاز کار کند، ممکن است دقت خود را از دست بدهد یا آسیب ببیند.
2. محدودیت فشار: هر سنسور فشار گیج برای اندازه‌گیری فشار در یک محدوده خاص طراحی شده است. اگر فشار وارد شده به سنسور از محدوده مجاز بیشتر باشد، ممکن است سنسور آسیب ببیند.

کاربردهای سنسور فشار گیج در صنایع مختلف:

• صنعت نفت و گاز: در این صنعت برای اندازه‌گیری فشار سیالات در چاه‌های نفت و گاز، خطوط لوله، مخازن ذخیره‌سازی و پالایشگاه‌ها استفاده می‌شود.
• صنعت پتروشیمی: از سنسور فشار گیج برای اندازه‌گیری فشار سیالات در فرآیندهای مختلف پتروشیمی مانند ترکیب شیمیایی، تقطیر و پلیمریزاسیون استفاده می‌شود.
• صنعت برق: برای اندازه‌گیری فشار بخار در دیگ‌های بخار، فشار آب در توربین‌های آبی و فشار سیالات در سیستم‌های خنک‌کننده استفاده می‌شود
• صنعت فولاد: برای اندازه‌گیری فشار سیالات در کوره‌های ذوب، پرس‌های هیدرولیک و سیستم‌های تصفیه آب استفاده می‌شود
• صنعت خودرو: برای اندازه‌گیری فشار هوا در موتور، فشار روغن، فشار سوخت و فشار ترمز استفاده می‌شود.
• صنعت هوافضا: در این صنعت برای اندازه‌گیری ارتفاع هواپیما، سرعت هوا، فشار کابین و فشار موتور استفاده می‌شود.
• صنعت پزشکی: سنسور فشار گیج برای اندازه‌گیری فشار خون، فشار سیالات در دستگاه‌های تنفس مصنوعی و فشار خون در دستگاه‌های دیالیز استفاده می‌شود
• صنعت غذایی: برای اندازه‌گیری فشار سیالات در فرآیندهای مختلف تولید مواد غذایی مانند پاستوریزاسیون، هموژنیزاسیون و بسته‌بندی استفاده می‌شود.
• صنعت ساختمان: برای اندازه‌گیری فشار آب در سیستم‌های لوله‌کشی، فشار هوا در سیستم‌های تهویه مطبوع و فشار سیالات در سیستم‌های اطفاء حریق استفاده می‌شود.

نتیجه‌گیری:

سنسور فشار گیج ابزاری کارآمد و مفید در زمینه‌های مختلف است. عملکرد ساده، قیمت مناسب و دقت بالا این سنسور را به گزینه‌ای ایده‌آل برای اندازه‌گیری فشار سیالات تبدیل کرده است. با پیشرفت تکنولوژی، شاهد نوآوری‌ها و کاربردهای جدیدی از این سنسور شگفت‌انگیز در آینده خواهیم بود.

برای خرید سنسور فشار به سایت کنترل ۲۴ مراجعه کنید و یا از طریق لینک زیر با کارشتاسان ما در ارتباط باشید.