ترانسمیتر اختلاف فشار چیست و چه کاربردی دارد؟

ترانسمیتر اختلاف فشار (Differential Pressure Transmitter) 

ترانسمیترهای اختلاف فشار نقش پررنگی در صنعت ایفا می کنند و کاربرد بسیار گسترده ای دارند. این ترانسمیترها براساس میزان تغییر شکل دیافراگم، اختلاف فشار را اندازه گیری می کنند. در طراحی این تجهیز، عنصر حسگر، یک دیافراگم فلزی محکم است که در فاصله مساوی بین دو سطح فلزی ثابت قرار دارد. بنابراین در مجموع شامل سه صفحه و یک جفت خازن مکمل است (بین هر دو صفحه یک ظرفیت خازنی ایجاد می شود). یک مایع پرکننده عایق الکتریکی (معمولاً یک ترکیب سیلیکونی مایع) حرکت را از دیافراگم های جداکننده به دیافراگم حسگر منتقل می کند و همچنین به عنوان یک دی الکتریک موثر برای دو خازن عمل می کند. شکل زیر قسمت های مختلف این تجهیز را به خوبی نشان می دهد.

در نهایت اختلاف ولتاژهای اندازه گیری شده توسط این دو جفت خازن  مکمل در داخل ترانسمیتر در یک ترنسدیوسر ثانویه قرار گرفته و خروجی آن تقویت شده و در نهایت در قالب سیگنال های 4  تا 20mA، سیگنال ولتاژی و یا انواع دیگر سیگنال ها به اتاق کنترل فرستاده می شود.

کاربرد ترانسمیترهای اختلاف فشار

همانطور که پیشتر گفته شد، ترانسمیترهای اختلاف فشار در صنعت کاربردهای گسترده ای دارند. این گستردگی کاربرد به سبب آن است که با استفاده متفاوت از ورودی های فشار بالا (High pressure) و فشار پایین (Low pressure) می توان فشار مثبت یا گیج، فشار منفی یا وکیوم و حتی فشار مطلق (Absolute pressure) را اندازه گیری نمود. از این نوع ترانسمیترها برای اندازه گیری جریان، سطح، دانسیته یا چگالی، ویسکوزیته و حتی دما استفاده کرد. رایج ترین کاربرد این تجهیز در اندازه گیری جریان و سطح است. 

با رد شدن جریان از داخل لوله امکان اندازه گیری نرخ جریان عبوری به وسیله اندازه گیری اختلاف فشار وجود دارد. در اندازه گیری نرخ جریان به این روش، یک المنت اولیه (Primary Element) و یک المنت ثانویه (Secondary Element) در نظر گرفته می شود. المان اولیه در داخل لوله اختلاف فشار ایجاد می کند و منظور از المنت ثانویه، مجموعه قسمت هایی است که در داخل ترانسمیتر، اختلاف فشار را اندازه گیری می کنند. انواع مختلفی از المنت های اولیه وجود دارد. رایج ترین المنت های اولیه، صفحه اوریفیس، لوله ونچوری، نازل جریان (Flow Nozzle) و تیوب پیتوت (Pitot Tube) هستند.

این نوع ترانسمیترها برای اندازه گیری سطح، در دو حالت عمل می کنند. مورد اول حالتی است که مخزن رو باز باشد. در این صورت تنها لازم است پورت فشار بالای این ترانسمیتر به قسمت پایینی مخزن که سیال در آن موجود است متصل شود. در واقع در این حالت ترانسمیتر اختلاف فشار حاصل از سطح سیال و فشار اتمسفر را اندازه گیری می کند. حالت دوم زمانی است که مخزن رو بسته باشد. در این صورت با بالا آمدن سطح سیال، گاز موجود در قسمت بالای مخزن فشرده شده و فشار آن دیگر برابر فشار اتمسفر نیست. بنابراین لازم است که پورت فشار پایین ترانسمیتر به قسمت بالای مخزن متصل شده و اختلاف فشار قسمت بالا و پایین را اندازه گیری کند. میزان سطح سیال متناسب با این اختلاف فشار خواهد بود.

خروجی ترانسمیترهای اختلاف فشار

همانگونه که پیشتر بیان شد ترانسمیترهای اختلاف فشار بعد از تقویت سیگنال دریافتی، می توانند انواع سیگنال آنالوگ 4 تا 20mA و 1 تا 5Vdc را ارسال کنند و همچنین عموما از پروتکل های ارتباطی Profibus و Fieldbus پشتیبانی می کنند.

ملاحظات نصب ترانسمیترهای اختلاف فشار

نصب این تجهیز به دو صورت محلی (Local) و یا ریموت (Remote) انجام می شود. انواع براکت نصب برای این تجهیز معمولا شامل فلنج کوپلنار (Coplanar Flange) و فلنج تردیشنال (Traditional flang) است. برای این تجهیز عموما از یک منیفولد پنج راهه جهت نصب استفاده می شود.  در مواردی که سیال مایع است نصب این تجهیز حتما باید پایین تر از لوله باشد و بالعکس چنانچه سیال گاز باشد ترانسمیتر اختلاف فشار باید باید در بالای لوله نصب شود. همچنین در موارد بخار می توان از یک کاندنسیت پات یا دیگچه میعان (Condensate pot) برای جلوگیری از ایجاد ستون مایع استفاده کرد.

در مواردی برای جلوگیری از تماس مستقیم سیال با المان های داخلی ترانسمیتر از دیافراگم سیل استفاده می شود و فشار ایجاد شده در دیافراگم سیل به صورت کپیلاری به ترانسمیتر انتقال میابد. از دیافراگم سیل معمولا زمانی استفاده می شود که سیال خورنده باشد و در صورت تماس با تجهیز به آن آسیب برساند.

مزایا و معایب استفاده از ترانسمیترهای اختلاف فشار

از موارد زیر می توان به عنوان مزایای استفاده از ترانسمیترهای اختلاف فشار نام برد:

• کاربرد در تمام موارد مایع، بخار و گاز
• دقت قابل قبول
• رسانایی سیال تاثیری در اندازه گیری آن ندارد
• ایجاد افت فشار دائمی ناچیز در خط در صورت استفاده از نازل های جریان و تیوب های پیتوت
• در صورت استفاده از المنت های اوریفیس می تواند نرخ های بسیار پایینی از جریان را اندازه گیری کند

معایب استفاده از ترانسمیترهای اختلاف فشار

• احتیاج به جریان لمینار یا آرام قبل از المنت اولیه در لوله (به این منظور فاصله ای تحت عنوان آپ استریم قبل از المنت اولیه باید باید در نظر گرفته شود).
• در موارد استفاده از اوریفیس ها امکان چوک شدن جریان و پدیده کاویتاسیون وجود دارد.
• با افزایش جریان کاهش فشار بیشتری ایجاد می شود و کاهش فشار برحسب مجذور جریان است.
• افت فشار دائمی با استفاده از اوریفیس بسیار زیاد است.