تعریف فشار

در واحد SI فشار عبارت است از حاصل تقسیم نیرو بر سطح در صورتی که به اندازه یک نیوتون فشاری بر سطحی به اندازه یک متر مربع وارد شود،فشاری برابر با یک نیوتون بر متر مربع اعمال شده است.تمامی انواع سنسور های

فشار دارای یک مکانیزم هستند که متناسب با نیروی اعمالی واکنش نشان می دهند.

تعریف فشار در ویکی پدیا

فشار یک کمیت نرده ای است و به صورت نیرو بر واحد سطح تعریف می شود یکای فشار در دستگاه بین المللی پاسکال می باشد.یک پاسکال برابر با یک نیوتون بر متر مربع است.فشار گیج فشاری است که در فشار سنج ها

نشان داده می شود و مقدار آن به نسبت فشار محیط سنجیده می شود.

جهت خرید ترانسمیتر فشار ویکا کلیک کنید.

نحوه عملکرد سنسورهای فشار

سنسور فشار ممکن است به صورت سوئیچ فشار و یا به صورت ترانسمیتر فشار باشد که به منظور کنترل و نظارت در برنامه های مختلفی به کار گرفته می شود.برای اندازه گیری مستقیم فشار می توان از این سنسورها استفاده

کرد.و در کنار آن متغیر های دیگری مانند سرعت سیال،شدت جریان مایع یا گاز،سطح سیال و ارتفاع آن را به طور غیر مستقیم اندازه گیری کرد.به همین علت است که سنسورهای فشار با عناوین دیگری مانند ترانسمیتر فشار ،

مانومتر فشار و.. معرفی می شوند.سنسورهای فشار از نظر تکنولوژی،طراحی،عملکرد،مناسب بودن برای بعضی کاربردهای خاص و همچنین از نظر هزینه با مدل های متفاوتی در بازار موجود می باشد.بیش از 50 فناوری مختلف در

زمینه تولید این سنسورها به کار گرفته شده و حداقل 300 شرکت در سراسر جهان در زمینه تولید حسگرهای فشار فعالیت می کنند.این امار نشان دهنده این است که کاربرد سنسورهای فشار بسیار بیشتر از حد تصور است و

می توان آن را به عنوان یک ابزار بسیار مهم و حیاتی در زمینه های مختلف صنعت و پالایشگاه معرفی کرد.

سوئیچ فشار

برخلاف ترانسدیوسر و ترانسمیترها،فشار که متناسب با تمامی تغییرات فشار سیگنال های الکتریکی است را تولید می کند.سوئیچ فشار تجهیزی است که می تواند تغییرات فشار در سیالات را تشخیص دهد.و دارای یک سوئیچ

الکتریکی می باشد.که می تواند در یک فشار معین،یک کنتاکت الکتریکی را باز و یا بسته نماید.و به محظ اینکه فشار سیال از نقطه تنظیم بیشتر و یا کم تر شود.سوئیچ تحریک شده موقعیت ها،کنتاکت را از حالت باز به حالت بسته

و یا بالعکس تغییر می دهد.و هم چنین قابل توجه است که نقطه تنظیم می تواند به صورت ثابت و یا قابل تنظیم باشد.

جهت مطالعه مقاله سوئیچ فشار (پرشر سوئیچ) کلیک کنید.

گیج فشار

ابزاری برای اندازه گیری و نمایش فشار سیالات می باشد..به طور کلی گیج های فشار به دو دسته زیر تقسیم می شوند:

•  آنالوگ
•  دیجیتال

گیج فشار آنالوگ

اغلب به این نوع ،گیج فشار عقربه ای یا گیج فشار مکانیکی هم گفته می شود که از یک عقربه ی متحرک برای نمایش دادن میزان فشار ورودی بر روی یک صفحه نمایش مدرج شده استفاده می کند.که تقریبا همه جا یافت

می شوند.چرا که گزینه ای دقیق و ارزان قیمت را ارئه می دهند.که به تغذیه و تعمیر احتیاجی ندارد.

گیج های فشار دیجیتال

این نوع از گیج های فشار از سنسورها و ریز پردازنده های پیشرفته برای نمایش دقیق فشار بر روی یک نمایشگر دیجیتال استفاده می کنند.اگر چه این نوع از گیج های دیجیتال گران تر از گیج های آنالوگ هستند اما ویژگی های

بسیار پرکاربردی دارند که آن ها را برای کاربردهای متفاوت مناسب می سازد.

انواع فشار قابل اندازه گیری

سنسورهای فشار بر اساس فشار مرجع به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

•  گیج
•  مطلق
•  اختلافی

گیج:

فشاری که نسبت به فشار اتمسفری محیط اندازه گیری می شود فشار گیج نامیده می شود. این فشار می تواند برای فشارهای بالاتر از فشار اتمسفری،مثبت و برای فشارهای پایین تر از فشار اتمسفری منفی باشد.سنسور

فشار سنج گیج دارای دو پورت است و سنسور بعنوان یک واسطه مابین فشار مرجع و فشار مطلوب قرار می گیرد.می توان از کاربردهای معمول این سنسور فشار ،اندازه گیری سطح مایعات در مخزن های دریچه دار با استفاده از

اختلاف فشار هیدرواستاتیک و فشار اتمسفری محیط را نام برد.

مطلق:

این نوع سنسورها،اندازه گیری را نسبت به صفر (خلا) انجام می دهند.این نوع سنسورهای فشار  دارای یک پورت برای ورود و اعمال فشار بر بوی عنصر اندازه گیری فشار هستند و یک تغییر مثبت روی خروجی با دامنه ی مناسب

با فشار اعمالی تولید می کنند. همچنین از این روش برای کاربردهایی که در آن ها فشار اتمسفری اندازه گیری می شود(بعنوان مثال برای تعیین ارتفاع) استفاده می شود. این نوع سنسور فشار نیز همچنین در تجهیزاتی که در

ارتفاعات مختلف مورد استفاده قرار می گیرندمفید خواهد بود. از انجا که فشار اتمسفری با ارتفاع تغییر می کند،فشارسنج گیج یک مقدار دقیقی را ارئه نمی دهد.از کاربردهای سنسور فشار مطلق می توان به سیستم های پایش

فشار تایر ماشین و به منظور بهینه سازی عملکرد آن نیز اشاره کرد.

 اختلافی:

این نوع سنسورها طرز کار مشابهی با سنسورهای گیج دارند و مقدار اختلاف فشار بین دو نفطه را اندازه گیری می کنند.اما در این مورد نقطه مرجع یکی از نقاط در خود سیستم می باشدکه این نقطه توسط طراح سیستم

مشخص می شود.تغییر در مقدار خروجی بسته به اینکه فشار نقطه مورد نظر نسبت به مرجع بزرگ تر یا کوچک تر باشد مثبت و یا منفی خواهد بود.قابل ذکر است که دامنه مقدار خروجی متناسب با مقدار اختلاف فشار بین دو

نقطه است. به عنوان مثال گاهی سنسورهای فشار اختلافی به منظور اشکارسازی اختلاف فشار در طرفین یک دستگاه به کار می روند.از این سنسورها معمولا برای پایش جریان هوا در تجهیزات تهویه مطبوع هوا و یا HVAC

استفاده می شود.

ساختار سنسور فشار

ساختار سنسورهای فشار را تا حدی اصول عملکرد آن ها (مطلق،گیج،اختلافی) تعیین می کند. یک سنسور فشار مطلق ممکن است به گونه ای طراحی شود که بسته به موقعیت نصب (روی برد یک مدار یا تابلو) به فشار اعمال

شده از طرف بالا یا پایین پاسخ دهد.بعنوان مثال ساخت یک پورت به منظور ورود فشار از سمت بالا امکان دارد سنسور را در معرض خطراتی مانند صدمات فیزیکی و یا آلودگی توسط رطوبت و غبار قرار دهد.برای غلبه به این مشکل

سنسوری با ورودی از سمت پایین انتخاب می شود.قابل ذکر است که سنسور گیج طوری طراحی می شود که همزمان فشار اتمسفری به یک سمت و فشار مورد اندازه گیری به طرف دیگر آن قابل اعمال باشد.به طور مشابه یک

سنسور اختلافی دارای دو پورت خواهد بود که از طریق آن ها هرکدام از فشارهای مورد اندازه گیری با المان اندازه گیری در تماس هستند.

انواع حسگر فشار

به طور کلی سنسورهای فشار را می توان از نظر دامنه فشار آن ها،شرایط عملیاتی و از همه مهم تر نوع فشار اندازه گیری شده در دسته بندی های متفاوتی قرار دارد. این سنسورها با توجه به اهدافشان انواع مختلفی دارند با

این وجود امکان دارد فناوری استفاده شده در بعضی از مدل های آن یکسان باشد.به طور کلی سنسورهای فشار را می توان در مدل های زیر قرار داد:

سنسور فشار مطلق:

این نوع از سنسورها فشار محیط را نسبت یه خلا اندازه گیری می کنند.در این نوع از سنسورهای فشار، سمت دوم دیافراگم،سنسور فشار مطلق در خلا قرار می گیرد. بنابراین تغییر شکل آن دقیقا به میزان فشار اندازه گیری شده

مربوط است.

سنسور فشار نسبی:

این نوع از حسگرها فشارکلی را نسبت به فشار اتمسفر اندازه گیری می کنند. دستگاه فشارسنج استفاده شده برای اندازه گیری فشار باد لاستیک خودرو نمونه ای از این دستگاه ها می باشد.وقتی که فشار اندازه گیری شده

توسط این دستگاه ها صفر باشد به معنای آن است که فشار آن با فشار محیط یکسان می باشد.

سنسور فشار خلا:

ممکن است اصطلاح سنسور فشار خلا برای برخی افراد گیج کننده باشد. درواقع این سنسور بیشتر برای اندازه گیری فشارهای زیر فشار اتمسفر یا فشار منفی به کار گرفته می شود. تفاوت اصلی آنها با سنسورهای فشار

مطلق در این است که به طور معمول برای فشارهای کم و زیر صفر کاربرد دارند.

سنسور فشار تفاضلی:

این نوع از حسگرها تفاوت فشار در دو نقطه متفاوت را اندازه گیری می کنند که هرکدام از آن ها به یک طرف سنسور وصل می شوند. از این ابزار برای اندازه گیری فاکتورهای مختلفی مانند افت فشار در فیلترهای روغن و فیلتر هوا

و اندازه گیری سطح مایع و جریان استفاده می شود.از لحاظ فنی بیشتر سنسورهای موجود در بازار از نوع فشار تفاضلی هستند درواقع فشار را نسبت به فشار خلا یا نسبت به فشار محیط اندازه گیری می کنند.

ترانسمیتر / ترانسدیوسر فشار؟

قابل ذکر است که سنسور فشار یک واژه عمومی برای توصیف تجهیزات اندازه گیری فشار است.اما بسته به طراحی مدار الکتریکی متناظر،امکان دارد این

عنصر سنسور،ترانسدیوسر یا ترانسمیتر باشد. المان اندازه کیری که وظیفه شناسایی و اندازه گیری تاثیرات فشار وارد شده را برعهده دارد خروجی را

تولید می کند که نمی تواند به طور مستقیم در یک مدار الکتریکی مورد استفاده قرار بگیرد.پاسخ فیزیکی باید تبدیل به یک سیگنال الکتریکی شود و

سپس یک مدار کاندیشنر یا حالت دهنده سیگنال مورد نیاز است تا سیگنالی قابل استفاده و مناسب به دست اید.

ترانسدیوسر فشار

ترانسدیوسرهای فشار یک تجهیز الکترومکانیک می باشند که مقادیر فشار را به یک سیگنال ولتاژی تبدیل می کنند که این ولتاژ خروجی می تواند از چند میلی ولت تا چند ولت باشد.ترانسدیوسرهای فشار هم مانند سنسورهای

فشار،ولتاژ خروجی را تولید می کنند که با تغییر فشار متناسب است.ترانسدیوسر یک المان اندازه گیری است که با مدار کاندیشنر برای جبران سازی نوسانات دمایی و احتمالا یک تقویت کننده به منظور انتقال سیگنال به بیرون از

منبع ترکیب می شود.که به دو دسته زیر تقسیم می شوند:

•  با خروجی میلی ولت
•  با خروجی ولتاژی

ترانسدیوسر با خروجی میلی ولت:

همان طور که از نام آنها مشخص است این ترانسدیوسرها دارای سیگنال خروجی میلی ولت می باشند.و همچنین سیگنال خروجی متناسب با منبع تغذیه می باشد طراحی ساده مدار یک ترانسدیوسر با خروجی میلی ولت به

کم هزینه شدن و کوچک تر شدن اندازه محفظه ی سنسور کمک می کند و به طراحان این امکان را می دهد تا مدارهای رابط را متناسب با کاربردهای خاص خود طراحی کنند. با این وجود محدودیت های مختلفی وجود دارد که باید

در نظر گرفته شود.به دلیل آن که محدوده کامل خروجی به طور مستقیم متناسب با ولتاژ تحریک می باشد.ولتاژ تحریک معمولا باید با استفاده از یک منبع تغذیه رگوله شده تولید شود.علاوه بر آن به دلیل دامنه کم

خروجی،ترانسدیوسرهای فشار با خروجی میلی ولت عموما برای استفاده در محیط های الکتریکی دارای نویز مناسب و کارا نمی باشند.و به دلیل آن که ولتاژ خروجی در اثر وجود مقاومت در سیم های اتصال ضعیف می شود،این

سیم ها باید با طول کوتاه انتخاب شوند. این بدان معناست که سنسور باید در فاصله نزدیک به ابزار نصب شود. به طور معمول حداکثر فاصله کاربردی و مجاز حدود 3 تا 6 متر می باشد.

ترانسدیوسر با خروجی ولتاژی:

ترانسدیویرهای فشار با خروجی ولتاژی شامل تقویت کننده اضافی سیگنال به منظور افزایش ولتاژ خروجی پل به مقدار بزرگ تر مانند 5 یا 10 ولت می باشد.این نوع ترانسدیوسرها به علت داشتن خروجی ولتازی بزرگ

تر،حساسیت کم تری نسبت به نویز دارند و قابل استفاده در محیط های الکتریکی سخت تر می باشند. همچنین می توان از سیم های اتصال طولانی تری هم استفاده کرد که به سنسور این امکان را می دهد تا در فاصله دورتری

نسبت به پل نصب شود.ولتاژ تغذیه آن ها به طور معمول 8-28 VDC می باشد که این موضوع امکان استفاده از یک منبع رگوله نشده کم هزینه را فراهم می کند.به جز مواردی که خروجی ترانسدیوسر 0/5 الی 4/5 VDC می باشد

که در این صورت به یک منبع تغذیه رگوله شده 5 VDC احتیاج داریم. مصرف جریان پایین تر به این معنا است که آن ها همچنین برای تجهیزاتی که با باطری کار می کنند هم مناسب هستند. ترانسدیوسرهای با خروجی ولتاژ قدیمی

LIVE ZERO ندارند یعنی وقتی آن ها در فشار صفر قرار دارند سیگنالی تولید نمی کنند.خطر این امر در ان است که سیستم نمی تواند فرق بین یک سنسور خراب بدون خروجی و فشار صفر را تشخیص دهد.

ترانسمیتر فشار

این نوع ترانسمیتر بسیار شبیه به ترانسدیوسرهای فشار می باشد.ترانسمیترهای فشار مجموعه ی کامل شده ی ترانسدیوسرهای فشار با کانکتور و محفظه کامل و آب بندی شده با خروجی استاندارد می باشند. معمولا جریان

خروجی آن ها در محدوده 4 تا 20 میلی آمپر قرار دارد که یک مقدار صنعتی می باشد.قابل توجه است که در کاربرد های متحرک،ترانسمیتر می تواند منجر به کاهش شارژ باتری شود به خصوص زمانی که به طور مداوم در انتهای

گستره فشار خود مورد استفاده قرار بگیرد.قابل ذکر است که این وسیله،تجهیز اندازه گیری فشاری است که دارای سیگنال خروجی جریانی می باشد.به بیان دیگیر ترانسمیتر فشار،ولتاژ خروجی سنسور را به سیگنال الکتریکی

جریان تبدیل می کند که به طور معمول برای اتصال به لوپ جریانی استاندارد 20-4 میلی امپر طراحی شده است و به طور گسترده در فرایندهای کنترلی صنعتی از آن ها استفاده می شود.برخلاف ترانسدیوسرهای

ولتاژی،ترانسمیترهای فشار یک خروجی جریان با آمپدانس پایین دارند و به طور معمول برای انتقال سیگنال های 4 تا 20 میلی امپر طراحی شده اند و خروجی آن ها ممکن است برای استفاده با لوپ جریانی 2 سیمه و یا 4 سیمه

طراحی شود که از هر دو نوع آن به طور گسترده در صنعت استفاده می شود.ترانسمیترهای فشار 4 تا 20 میلی امپر ایمنی نویز الکتریکی بسیار خوبی را فراهم می کنند که این موضوع آن ها را برای انتقال سیگنال به فواصل

طولانی ایده آل می کند.ترانسمیترها می توانند به وسیله صنایع تغذیه رگوله نشده هم تغذیه شوند اما به طور معمول خروجی جریان برای تجهیزاتی که با باتری تغذیه می شوند زمانی که با فشار کامل یعنی حداکثر فشار کاری

خود عمل می کنند مناسب نیستند.

تفاوت ترانسدیوسرها و ترانسمیترهای فشار

ترانسدیوسرها و ترانسمیترهای فشار دسته ای از سنسورهای فشار هستند که به طور گسترده در تجهیزات صنعتی و برنامه های کنترلی یک فرایند از آن ها استفاده می شود و به طور معمول در مشخصات خروجی با هم تفاوت

دارند. برای اینکه سنسور مناسب خود را برای یک کاربرد مشخص انتخاب کنیم نقات قوت و ضعف آن ها به طور خلاصه در ادامه گفته می شود:

مزایای ترانسدیوسرهای فشار با خروجی میلی ولت

• کم ترین هزینه را دارند.
• برای مکان هایی که اتصال بین سنسور و پل می تواند کوتاه باشد بسیار مناسب هستند ( و از نظر نویز مشکلی وجود نداشته باشد).
• به منظور تغذیه پل به یک ولتاژ تحریک پایدار نیاز دارد (به بیان دیگر به یک منبع تغذیه رگوله شده نیاز دارد تا از بروز نوسانات ولتاژ تحریک که بر خروجی تاثیر می گذلرد جلوگیری کند).

مزایای ترانسدیوسر با خروجی ولتاژی

• حساسیت کم تری نسبت به نویز در مقایسه با ترانسدیوسر با خروجی میلی ولت دارد.
• فاصله اتصال طولانی تری نسبت به ترانسدیوسر با خروجی میلی ولت و فاصله اتصال کوتاه تر نسبت به ترانسمیتر فشار.
• توان مصرفی آن کم تر از ترانسمیتر فشار است .
• می تواند با ولتاژ تحریک پل رگوله نشده کار کند.
• توان مصرفی پایینی دارد.

مزایای ترانسمیتر فشار

• در همه محیط های صنعتی که نیازمند سیگنال جریانی 4 تا 20 میلی آمپر می باشند قابل استفاده است.
• فاصله ارتباطی طولانی(تا چند صد متر).
• حساسیت کم نسبت به نویز.
• توان مصرفی بالاتری از انواع ترانسدیوسرها دارد.

اصول کاری سنسور فشار

سنسورهای فشار براساس عکس العمل فیزیکی در مقابل فشار اعمالی کار می کنند.این سنسورها تغییرات نسبی حاصل را به صورت الکتریکی اندازه گیری می کنند.تمامی این تغییرات متناسب با دامنه انحراف پس از اعمال

فشار هستند.

دسته بندی سنسور فشار

با توجه به کاربرد مورد نظر سنسورهای فشار را می توان در دسته بندی های مختلفی جای داد.قابل ذکر است که موارد اشاره شده در زیر یکی از پرکاربرد ترین سنسورهای فشار هستند.

سنسور فشار خازنی:

این نوع سنسور فشار دارای یک خازن است که یک صفحه صلب و یک دیافراگم انعطاف پذیر به عنوان الکترود دارد.که مساحت این الکترود ها ثابت بوده،درنهایت ظرفیت خازنی متناسب با فاصله بین الکترودها تغییر می کند و فشاری

که باید اندازه گیری شود به طرف دیافرگم انعطاف پذیر اعمال می شود.انحراف بوجود امده موجب تغییر در ظرفیت خازن می شود که می توان آن را به وسیله یک مدار الکتریکی اندازه گیری کرد.

سنسور فشار استرین گیج:

در سنسورهای فشار استرین گیج،فویل یا همان استرین گیج های سیلیکونی به صورت یک پل وتسون چیده شده اند.پل وتسون یک روش برای تبدیل تغییر مقاومت به تغییر ولتاژ می باشد.استرین گیج به یک نوع دیافراگم متصل

شده که هنگام اعمال فشار منحرف می شود. که این انحراف موجب تغییر در مقاومت استرین گیج خواهد شد.سپس سیگنال حاصل بوسیله یمدار پل وتسون اندازه گیری،تقویت و پردازش می شود.حال خروجی مناسب نیز تولید

می شود.این سنسور فشار مقاومت بالایی داشته و می تواند فشارهای بالا را همراه با تغییرات وسیع دمایی اندازه گیری کند.

سنسور فشار پیزورزیستیو:

این نوع از سنسورها از یک کریستال های پیزوالکتریک که به یک پایه دی الکتریک متصل شده اند تشکیل شده اند.تا هیچ گونه نشت جریانی وجود نداشته باشد.کریستال مورد نظر به یک شفت افقی وابسته است که شفت مورد

نظر هم به یک دیافراگم متصل می باشد. هنگامی که دیافراگم فشاری را احساس کند شفت به طرف پایین حرکت کرده و فشاری که به کریستال وارد شده منجر به تولید ولتاژ می شود.

سنسور فشار ممز (MEMS):

به طور معمول یک سنسور فشار پیزورزستیو یا خازنی مانند بیشتر تجهیزات یا ماژول های الکترونیکی بعنوان یک قطعه نسبتا بزرگ اماده به کار تصور می شوند اما همیشه این طور نیست.یک مکانیزم اندازه گیری فشار خازنی یا

پیزو را می توان بر روی سیلیکون نیز پیاده سازی کرد که به آن ها سیستم های میکروالکترومکانیک یا MEMS می گویند. تجهیزات MEMS نه تنها سنسورهای فشار بلکه سنسور حرکت و موقعیت و میکروفون های سیلیکونی را

شامل می شوند.و بسیار پایدار و مقرون به صرفه هستند و در مواردی که فضا و هزینه محدود است کاربرد دارند.مانند تجهیزات اینترنت اشیا و موبایل ها.

نکات مهم در انتخاب سنسور فشار

از آنجایی که سنسورهای فشار بسیار متنوع هستند و کاربردهای فراوانی دارند لازم است تا مشخصات هر سنسور مورد بررسی قرار بگیرد تا به درستی مورد استفاده قرار گیرد که در ادامه به صورت خلاصه به آن می پردازیم:

• محدوده فشار
• دمای کاری
• ابعاد سنسور
• نوع سنسور فشار
• دقت اندازه گیری
• تکرار پذیری
• نوع خروجی
• پاسخ زمانی

محدودیت های سنسور فشار

با توجه به اینکه سنسورهای فشار دارای محدودیت هایی هستند،نمی توان از آن ها در مناطق مختلف استفاده کرد.مواردی مانند دمای بالا،هیسترزیس،پاسخ زمانی بسیار بالا،حساسیت به ارتعاشات خارجی و.. همگی محدودیت

هایی هستند که امکان دارد در کاربرد مورد نظر وجود داشته باشد همچنین باید توجه داشت که استفاده نادرست از این سنسورها باعث از کار افتادن آن ها می شود.به همین خاطر بررسی مداوم آن ها یکی از مواردی است که

همواره باید به آن توجه داشت.

کاربرد سنسورهای فشار

کاربرد سنسورهای فشار هیچ حد و مرزی ندارد به طور کلی از سنسورهای فشار در صنایع و ازمایشگاه ها و اتاق های کنترل استفاده می شود.بعنوان مثال سنسورهای فشار در موارد زیر کاربرد دارند:

• اندازه گیری فشار ورودی و خروجی سیستم
• افت فشار
• ارتفاع مایع در تانکرها
• صنایع غذایی و دارویی

خطا و رنج اندازه گیری سنسور فشار

قابل ذکر است که سنسور های فشار قابلیت اندازه گیری فشار از 0/002 بار تا 500 بار را دارند.محدوده خطای آن ها از 0/1 تا 0/25 درصد فول اسکیل می باشد.

مطالب مرتبط : پرشر سوئیچ  ، رگولاتور پنوماتیک ، شیر برقی