ترانسمیترفشار,اختلاف فشار/ گیج فشار،اختلاف فشار

(Pressure Transmitter, Differential Pressure Transmitter/Pressure Guage,Differential Pressure Gauge)

 ترانسمیتر فشار (pressure transmitter) ابزار الکترو مکانیکی است که نیروی حاصل از انبساط نمونه گاز یا مایع را از طریق سنسور فشار و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی اندازه گیری می­کند. 

    انواع پرشر ترانسمیترها:

1. پیزو رزیستیو
2. خازنی

1.  ترانسمیترهای پیزورزیستیو ( Piezo Resistive Pressure Transmitter ): 

ترانسمیترهای پیزورزیستیو از انواع متداول ترنسمیترهای فشار هستند که از طریق ایجاد تغیر مقاومت الکتریکی در استرین گیج به هنگام خمش و تغییر شکل آن به علت اعمال  فشار پروسه ، مقدار فشار سیال را اندازه گیری می­کند.

این ترانسمیترها به علت سادگی و مقاومت بالا برای طیف وسیعی از فعالیتها قابل استفاده هستند که می­توانند به عنوان اندازه گیرهای فشار مطلق (Absolut Pressure) ، گیج (Gauge)، و تفاضلی (Differential Pressure) بکار روند.

در شکل زیر اجزای یک ترانسمیتر پیزورزیستیو نمایش داده شده است.

 از جمله مزایای این نوع ترنسمیترها می­توان به عملکرد و کالیبراسیون پایدار آنها و قابلیت بکار گیری  در فشارهای تا 700 bar و همچنین دمای 400 درجه سانتیگراد اشاره کرد، اما حساسیت  Membrane  (که با پروسه  در ارتباط می باشد و باید بسیار نازک و انعطا ف پذیر در نظر گرفته شود تا بتواند فشار پروسه را با حساسیت بالا به استرین گیج انتقال دهد ) جزء نقاط ضعف این تجهیزات در هنگام قرار گرفتن  در معرض سیالات خورنده،  فرساینده و شوکها و نوسانات شدید  فشار می باشد.

البته لازم بذکر است که برای بالا بردن سازگاری این تجهیزات با شرایط پروسه  از روش­هایی  استفاده می­شود که در ادامه  به آن اشاره خواهد شد.

​

1. استفاده از  موارد و یا پوشش های مختف سازگار با پروسه برای Membrane  ( Inconel , Monel , Gold Quoted  Tantalum, AlloyC)                                                                                                                                                                                                                 
2. .استفاده از دیافراگم (Diaphragm Seal)  با سیال   مناسب در  داخل لوله Capillary

در روش Diaphragm Seal برای محافظت بیشتر Membrane در شرایطی که سیال دمای بالا دارد و یا خورنده باشد، از یک دیافراگم اضافی استفاده می­شود. که در آن یا استفاده از لوله Capillary که از روغن پر شده است،   ( نوع این روغن با توجه به شرائط و دمای پروسه قابل انتخاب می باشد ) فشار سیال  از طریق این روغن به Membrane  خود ترانسمیتر  انتقال می یابد تا در معرض مستقیم سیال که ممکن است خورنده ,ساینده ,چسبنده و یا دمای بالا تر از حد تحمل باشد  قرار نگیرد .

البته در  این روش مقدار خطای حاصل از روش نصب و نیز  تغییرات دما ی روغن Capillary   که در معرض دمای پروسه و دمای محیط انتقال قرار میگیرد را میبایست محاسبه و جبران سازیهای لازم را انجام داد .

1. استفاده از Impulse Pipe

روش Impulse Pipe که روش ارزان تری نسبت به Diaphragm Seal می­باشد، با هدف کاهش انتقال دمای سیال به ترانسمیتر  می باشد.

 بجای نصب  ترانسمیتر بر روی خط اصلی، بر روی لوله­ی انشعاب گرفته ( که مقطع کمتری دارد ) و ترانسمیتر بر روی آن با تجهیزات جانبی لازم از جمله ایزولیتین ولو نصب می­ شود.

در این روش به صورت تجربی به  ازای هر 100cm طول Impulse Pipe تا 150 درجه سانتی­گراد دمای سیال کاهش خواهد داشت.

Diaphragm Seal یا Impulse Pipe ؟

در مواردی که سیال خورنده , ساینده ,چسبنده و یا بسیار ویسکوز ( که با کاهش دما قابلیت چک شدن داشته باشد ) یا  دارای ذرات معلق باشد  و یا حتی در  در صنایع هایژنیک (Hygienic) مانند  داروسازی , غذائی باید از روش Diaphragm Seal  استفاده نمود. البته باید در نظر داشت در این روش ماکزیمم دمای تحمل تا 400 درجه سانتی گراد  ان هم با در نظر گرفتن High Temperature Oil  در capillary می باشد .

در روش Impulse Pipe در عموم موارد برای غلبه بر دمای پروسه استفاده می شود و روش ارزانتری نسبت به روش Diaphragm seal   می باشد و تقریبا محدودیت دمایی وجود ندارد اما در صورتی که سیال ساینده , چسبنده , خورنده , بهداشتی و یا درای ذرات معلق و یا ویسکوز باشند  که  باعث گرفتگی لوله شود. روش مناسبی نمی باشد .

ملاحضات نصب ترانسمیترهای فشار و اختلاف فشار  

در نصب ترانسمیتر فشار از نوع پیزورزیستیو باید توجه داشت. از آنجائیکه بین Membrane و استرین گیج از روغن پر شده است، وضعیت نصب ترانسمیتر می­تواند در اندازه­گیری اثر گذار باشد چرا که وزن روغن درون آن می­تواند خطا ایجاد کند و بطور مثال در صورتی که فشار صفر بار را اندازه بگیریم، ترانسمیتر صفر را نشان نخواهد داد و باید برای آن عمل Zero Point Adjustment را انجام داد. در شکل زیر وضعیت مناسب نصب ترانسمیتر نشان داده شده است.

همچنین برای جلوگیری از ورود آب به درون فیلتر (محل ورودی هوا به داخل ترانسمترهای فشار گیج ) تجهیز اندازه گیری فشار  باید به نحوی نصب گردد  که  فیلتر رو به  طرف پایین تنظیم  باشد مطابق شلکل زیر:

در ادامه جزئییات نصب صحیح این ترنسمیترها در موارد کاری مختلف به نمایش درآمده است.

مواردی که سیال گاز باشد:

به علت جلوگیری از ورود  ذرات جامد و یا مایع  معلق در گاز  به داخل پرشر  ترانسمیتر   ، کانکشن ورودی ترانسمیتر را از سمت بالای لوله گرفته شده است.

مواردی که سیال بخار باشد:

به علت آنکه دمای بخار میتو­اند سبب آسیب به Pressure Transmitter  شود از این رو بخار را از سیفون عبور می­دهند تا دمای خود را از دست دهد. بخار پس از کاهش دما به آب تبدیل می­شود و در سیفون جمع می­شود بطوریکه بخار به آب فشار وارد کرده و ترانسمیتر این فشار را از طریق آب دریافت می­کند و اندازه می­گیرد.

مواردی  که سیال مایع باشد:

برای جلوگیری از ورود حباب به ترانسمیتر فشار  کانکشن ورودی ترانسمیتر را از پایین گرفته می­شود.

همانطور که قبلا اشاره شد می­توان با استفاده از روش های مناسب , مقاومت ترانسمیتر را در مقابل دما و خوردگی و .... بالا برد. یکی از این روش­ها استفاده از یک دیاگرام اضافی (  Diaphragm Seal) می­باشد.

 که جزئیات نصب آن در شکل زیر به نمایش درآمده است:

 2. ترنسمیتر های خازنی ( Capacitive Pressure Transmitter ):

همانطور که می­دانید در خازن با کاهش و افزایش فاصله­ی بین صفحات، ظرفیت خازن تغییر می­کند. اساس کار ترنسمیترهای خازنی نیز به این گونه است که فشار وارده از طرف سیال از طریق Membrane که از جنس سرامیکی AL2O3 است به صفحات خازن وارد شده و موجب تغییر در ظرفیت آن می­گردد و سپس ازاین طریق فشار سیال اندازه­گیری می­شود.

ویژگی­ مثبت این ترنسمیترها این است که می­توان آن­ها را در مواردی که سیال خورنده و یا تنش بالاست بکار برد. لذا نیازی به استفاده از متریالهای خاص فلزی برای Membrane که در مقابل خوندگی سیالات مختلف  مقاوم باشد ( مانند Monel , Inconel , Tantalum ,…) و بالطبع قیمت Pressure Transmitter  را افزایش میدهد   وجود ندارد و  همچنین این ترنسمیترها تا 40 برابر در مقابل اضافه بار مقاومند.زیرا Membrane  آنها به مانند سنسورهای فشار پیزوریزیستیو   نازک و حساس نیست  اما باید در نظر داشت که ماکزیمم فشار و دمایی که می­توان آن­ها را بکار گرفت، به ترتیب تا 40 bar و 150 درجه سلسیوس می­باشد.

سنسورهای فشار  فوق بهترین انتخاب برای اندازه گیری فشارهای وکیوم  است  زیرا درگروه سنسورهای خشک هستند و بر خلاف سنسورهای پیزوریزستیو )که دارای Membrane  بسیار نازک و نیز Filling Fluid  در پشت آن است و  باعث میشود  که  در موارد وکیوم تغییر شکل Membrane  حاصل گردد ) Membrane  آنها   تغییر شکل نمی دهد .

از جمله موارد کاربرد ترانسمیترهای فشار خازنی استفاده در اندازه گیری فشار هیدروژن است زیرا هیدروژن بدلیل وجود مولکولهای ریز در Membrane   فلزی نفوذ کرده و باعث ترک برداشته شدن آن میشود و سپس به داخل روغن آن نیز وارد شده و تشکیل حباب میدهد ولی در ترانسمیترهای فشار خازنی به دلیل تراکم و خلوص بالای سرامیک این نفوذ پذیری به حداقل رسیده و نیز روغنی هم پشت Membrane  وجود ندارد

ترانسمیتر فشار تفاضلی (Differential Pressure Gauge)

 تفاوت در این نوع ترانسمیترها در این است که بر خلاف اندازه­گیری اختلاف فشار نسبت به اتمسفر، اختلاف فشار را بین دو نقطه اندازه­گیری می­کنند. شکل­های زیر جزئییات ترانسمیترهای تفاضل پیزو رزیستیو و خازنی نمایش داده شده است.

اندازه گیری ارتفاع  Level Measurement by Pressure Transmitter or Differential Pressure Tranmitter 

   همانطور که می­دانید فشار ستون سیال مایع از رابطه­ی   بدست می­آید. در نتیجه با دانستن فشار و چگالی سیال می­توان ارتفاع سیال در یک مخزن را محاسبه نمود. بنابرین از ترنسمیترهای فشار نیز می­توان برای محاسبه سطح سیال در یک تانک یا مخزن استفاده نمود. شکل زیر شیوه­ی صحیح نصب ترنسمیتر برای محاسبه­ی سطح سیال را در یک تانک رو باز نشان می­دهد.

در صورت سربسته بودن تانک باید از ترنسمیترهایی که اختلاف فشار را اندازه­گیری می­کنند (دیفرانسیلی) استفاده کرد. که حالت­های مختلف نصب آن در شکل­های زیر نشان داده شده است:

در تصویر بالا با فرض این­که سیال حاوی جامدات و به اصطلاح سیال کثیف می­باشد، از جداساز ها و شیر تخلیه استفاده شده است. روش دیگر نصب به شکل زیر می­باشد.

می­توان برای جلوگیری از ورود سیال کثیف به ترنسمیتر از دیافراگم اضافی استفاده نمود. به صورت زیر:

 گیج فشار (Pressure Gauge)

گیج­ها ی فشار  تنها برای اندازه­گیری فشار و نمایش مقدار ان در فیلد بکار می­روند. از انواع گیج­های فشار می­توان به