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.

بیشتر بخوانید:

گیج فشار چیست؟

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.

پیکاتک | فروشگاه تخصصی ترانسمیتر فشار ویکا | جهت مشاوره و خرید تلفنی با شماره : 88109770-021 ( 30 خط ویژه ) تماس بگیرید.

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.

پیکاتک | نمایندگی فروش کنترل ولو

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.

پیکاتک | نمایندگی محصولات ترانسمیتر اختلاف فشار یوکوگاوا | استعلام قیمت خرید و فروش

انواع ترانسمیتر اختلاف فشار

ترانسمیترهای اختلاف فشار (Differential Pressure Transmitters) ابزارهای حیاتی در صنعت اتوماسیون هستند که اختلاف فشار بین دو نقطه را اندازه‌گیری کرده و آن را به یک سیگنال الکتریکی استاندارد (معمولاً 4-20 میلی‌آمپر یا پروتکل‌های دیجیتال) تبدیل می‌کنند. این ترانسمیترها بر اساس نوع کاربرد، دقت مورد نیاز و شرایط فرآیند در انواع مختلفی طراحی و تولید می‌شوند. درک این تنوع برای انتخاب مناسب‌ترین ترانسمیتر برای یک کاربرد خاص ضروری است. در زیر به بررسی انواع اصلی ترانسمیترهای اختلاف فشار می‌پردازیم:

1. بر اساس تکنولوژی سنسور:

• ترانسمیترهای اختلاف فشار خازنی (Capacitive Differential Pressure Transmitters): این نوع ترانسمیترها از یک سنسور خازنی برای اندازه‌گیری اختلاف فشار استفاده می‌کنند. سنسور خازنی معمولاً شامل یک دیافراگم حسگر فلزی است که بین دو صفحه خازن قرار گرفته است. با اعمال اختلاف فشار، دیافراگم حرکت کرده و ظرفیت خازنی بین آن و صفحات تغییر می‌کند. این تغییر ظرفیت توسط مدار الکترونیکی ترانسمیتر به یک سیگنال خروجی متناسب با اختلاف فشار تبدیل می‌شود.

  • ویژگی‌ها: دقت بالا، پایداری خوب، مقاومت در برابر فشار بالا (فشار استاتیک)، قابلیت اطمینان بالا، مناسب برای اندازه‌گیری فلو، سطح و فشار.
  • کاربردها: اندازه‌گیری فلو با استفاده از اریفیس پلیت، ونتوری، پیتوت تیوب، اندازه‌گیری سطح مایعات در مخازن سرباز و بسته، اندازه‌گیری افت فشار در فیلترها و پمپ‌ها.

• ترانسمیترهای اختلاف فشار پیزورزیستیو (Piezoresistive Differential Pressure Transmitters): در این نوع ترانسمیترها، از سنسورهای پیزورزیستیو (معمولاً بر پایه سیلیکون) برای اندازه‌گیری اختلاف فشار استفاده می‌شود. با اعمال اختلاف فشار به دیافراگم، مقاومت الکتریکی سنسورهای پیزورزیستیو تغییر می‌کند. این تغییر مقاومت توسط مدار الکترونیکی ترانسمیتر به یک سیگنال خروجی متناسب با اختلاف فشار تبدیل می‌شود.

  • ویژگی‌ها: دقت خوب، هزینه نسبتاً پایین‌تر نسبت به خازنی، اندازه کوچک، مناسب برای اندازه‌گیری فشارهای متوسط و بالا.
  • کاربردها: اندازه‌گیری فلو، سطح و فشار در کاربردهای صنعتی عمومی، سیستم‌های HVAC، صنایع غذایی و دارویی.

• ترانسمیترهای اختلاف فشار استرین گیج (Strain Gauge Differential Pressure Transmitters): این ترانسمیترها از استرین گیج‌های متصل به یک دیافراگم حساس به اختلاف فشار برای اندازه‌گیری استفاده می‌کنند. با اعمال اختلاف فشار، دیافراگم تغییر شکل داده و باعث تغییر مقاومت استرین گیج‌ها می‌شود. این تغییر مقاومت به یک سیگنال خروجی متناسب با اختلاف فشار تبدیل می‌شود.

  • ویژگی‌ها: استحکام بالا، قابلیت اطمینان خوب، مناسب برای کاربردهای با فشار بالا و شرایط سخت محیطی.
  • کاربردها: اندازه‌گیری فلو و فشار در صنایع نفت و گاز، پتروشیمی و نیروگاه‌ها.

2. بر اساس طراحی و کاربرد:

• ترانسمیترهای اختلاف فشار استاندارد (Standard Differential Pressure Transmitters): این نوع ترانسمیترها برای کاربردهای عمومی اندازه‌گیری اختلاف فشار طراحی شده‌اند و معمولاً دارای دو پورت برای اتصال به نقاط مختلف فرآیند هستند.

  • کاربردها: اندازه‌گیری فلو، سطح و فشار در طیف وسیعی از صنایع.

• ترانسمیترهای اختلاف فشار با دیافراگم سیلد (Differential Pressure Transmitters with Diaphragm Seals): در این نوع ترانسمیترها، سنسور اختلاف فشار از طریق یک یا دو دیافراگم سیلد و یک سیال پرکننده (Fill Fluid) به فرآیند متصل می‌شود. این طراحی برای اندازه‌گیری فشار سیالات خورنده، ویسکوز، دارای ذرات جامد یا در دماهای بالا/پایین مناسب است، زیرا سنسور اصلی از تماس مستقیم با سیال فرآیند محافظت می‌شود.

  • ویژگی‌ها: حفاظت از سنسور در برابر شرایط سخت فرآیند، قابلیت اندازه‌گیری سیالات چالش‌برانگیز.
  • کاربردها: صنایع شیمیایی، پتروشیمی، غذایی و دارویی، فاضلاب.

• ترانسمیترهای اختلاف فشار فلنجی (Flanged Differential Pressure Transmitters): این نوع ترانسمیترها دارای اتصال فلنجی هستند و به طور مستقیم به فلنج‌های موجود در خط لوله یا مخزن متصل می‌شوند. این طراحی معمولاً برای اندازه‌گیری سطح مایعات در مخازن استفاده می‌شود، به ویژه برای جلوگیری از گرفتگی پورت‌های اتصال در سیالات حاوی ذرات جامد یا رسوبات.

  • ویژگی‌ها: نصب آسان بر روی فلنج، مناسب برای اندازه‌گیری سطح در مخازن.
  • کاربردها: صنایع شیمیایی، پتروشیمی، آب و فاضلاب.

• ترانسمیترهای اختلاف فشار چند متغیره (Multivariable Differential Pressure Transmitters): این ترانسمیترها علاوه بر اختلاف فشار، قادر به اندازه‌گیری دما و فشار استاتیک نیز هستند. این قابلیت آن‌ها را برای اندازه‌گیری دقیق‌تر فلو (به ویژه برای گازها و بخار) که چگالی آن با دما و فشار تغییر می‌کند، بسیار مناسب می‌سازد.

  • ویژگی‌ها: اندازه‌گیری چند پارامتر، جبران‌سازی تغییرات دما و فشار برای اندازه‌گیری دقیق‌تر فلو جرمی یا استاندارد.
  • کاربردها: اندازه‌گیری فلو گاز طبیعی، بخار، هوا و سایر سیالات تراکم‌پذیر.

• ترانسمیترهای اختلاف فشار برای کاربردهای بهداشتی (Hygienic Differential Pressure Transmitters): این نوع ترانسمیترها با طراحی خاص و استفاده از مواد بهداشتی (مانند استیل ضد زنگ با پرداخت سطح صاف) برای استفاده در صنایع غذایی، دارویی و بیوتکنولوژی که نیاز به رعایت استانداردهای بهداشتی بالا دارند، طراحی شده‌اند. اتصالات آن‌ها معمولاً از نوع کلمپی یا بهداشتی است.

  • ویژگی‌ها: طراحی بهداشتی، قابلیت تمیزکاری آسان، استفاده از مواد سازگار با صنایع بهداشتی.
  • کاربردها: صنایع غذایی، دارویی و بیوتکنولوژی.

• ترانسمیترهای اختلاف فشار بی‌سیم (Wireless Differential Pressure Transmitters): این نوع ترانسمیترها امکان انتقال سیگنال اندازه‌گیری شده به صورت بی‌سیم را فراهم می‌کنند. این امر برای کاربردهایی که سیم‌کشی دشوار یا پرهزینه است، بسیار مفید است.

  • ویژگی‌ها: انتقال داده بی‌سیم، کاهش هزینه‌های سیم‌کشی.
  • کاربردها: مناطق وسیع، نقاط دورافتاده، کاربردهای موقت.