دليل شراء مستشعرات الضغط
لا غنى عن مستشعرات الضغط في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية والتكنولوجية.
من أصلووحدة قياس الضغط إلى مزايا وعيوب الأنواع المختلفة من أجهزة الاستشعار، ستتعرف على ماهية مستشعر الضغط، وكيفية عمله وكيفية عمل مستشعر الضغط.
سنقوم أيضًا بتفصيل تكوين مستشعر الضغط وأنواع إشارات الخرج والمعايير الأساسية لاختيار مستشعر الضغط الصناعي. من خلال استكشاف الفئات المختلفة لمحول طاقة الضغط - محول الضغط التفاضلي أو محول الضغط المطلق أو محول الضغط النسبي - سنرشدك إلى كيفية معايرتها وتركيبها واختبارها بكفاءة.
أخيرًا، نلقي نظرة على تكوين جهاز إرسال الضغط والتطبيقات العملية لهذه الأداة الميدانية الأساسية، ونقيم مزاياها وعيوبها.
- وحدة قياس الضغط
- ما هو مستشعر الضغط؟
- كيف تعمل مستشعرات الضغط؟
- كيف يعمل جهاز إرسال الضغط؟
- بناء جهاز استشعار الضغط ?
- ما هي إشارة الخرج من مستشعر الضغط؟
- كيف أختار مستشعر الضغط الصناعي؟
- الضغط التفاضلي أو المطلق أو النسبي: الأنواع المختلفة من مستشعرات الضغط؟
- كيف تقوم بمعايرة مستشعر الضغط؟
- كيف تقوم بتركيب مستشعر الضغط الصناعي؟
- كيف تختبر مستشعر الضغط؟
- كيف أقوم بتهيئة مستشعر الضغط؟
- ما هي تطبيقات مستشعرات الضغط؟
- ما هي مزايا وعيوب أجهزة استشعار الضغط؟
أصل قياس الضغط
سُميت وحدة القياس باسكال على اسم الفيلسوف والفيزيائي وعالم الرياضيات الفرنسي الشهير بليز باسكال
وُلد باسكال في كليرمون فيران، حيث يقع مقر وحدة إنتاج شركة فوجي إلكتريك فرنسا SAS، وهي شركة فرنسية مصنعة لأجهزة استشعار الضغط الصناعي، وأجرى باسكال تجربة أساسية من خلال نقل مقياس ضغطجوي إلى قمة بوي دو دوم، من أجل إثبات أنالضغط الجوي ينخفض مع الارتفاع عن مستوى سطح البحر .
ومع ذلك، فإن العالم الإيطالي إيفانجليستا توريسيلي كان رائدًا في إثبات الضغط الذي يمارسه وزن حجم الهواء على الأرض وصمم أول مقياس ضغط جوي يعتمد على الزئبق.
وحدة قياس الضغط
الأوليعبَّر عن p بوحدة القوة F لكل وحدة مساحة A: p = F / A
معرفة وحدات الضغط وتحويلها مهم لاتخاذ الاختيار الصحيح للسلالم من أجل مستشعر الضغط الصناعي.
- الباسكال (باسكال): هي الوحدة الأساسية للضغط في النظام الدولي (SI). ويقابل الباسكال الواحد 1 نيوتن لكل متر مربع (1 باسكال = 1 نيوتن/م²).
- بار: وحدة ضغط يشيع استخدامها في التطبيقات الصناعية. يقابل البار الواحد ضغطاً مقداره 100,000 باسكال.
- ضغط جوي قياسي (atm): يستخدم للتعبير عن الضغط الجوي أو الضغط الجوي. يقابل ضغط جوي واحد ضغطاً قدره 101,325 باسكال.
ما هو مستشعر الضغط؟
لو مستشعر الضغط يُطلق عليه أيضًا جهاز إرسال الضغط، أو مستشعر الضغط، أو مقياس الضغط، أو محول الضغط. لا يوجد فرق كبير بين هذه الأسماء المختلفة. ومع ذلك، يمكن التمييز بين أجهزة استشعار الضغط التناظرية وأجهزة إرسال العمليات الذكية.
إذا رجعنا إلى تعريف جهاز استشعار الضغط، فهو جهاز كشف الضغط الذي يتمثل مبدأه في تحويل القوة المطبقة بواسطة ضغط مائع على سطح معين (تشوه) إلى إشارة كهربائية.
تستخدم الشركات الصناعية جهاز إرسال الضغط لـ :
- قياس الضغط باستخدام مستشعر ضغط نسبي أو مطلق.
- قياس معدل التدفق باستخدام جهاز خفض الضغط ومستشعر الضغط التفاضلي
- قياس المستوى باستخدام مستشعر الضغط الهيدروستاتيكي
- قياس الكثافة باستخدام جهاز إرسال الضغط التفاضلي
كيف تعمل مستشعرات الضغط؟
إن ضغط السائل يتم تطبيقه على مكون قياس داخلي عبر وصلة ثم واجهة ميكانيكية - غشاء قياس مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ أو السيراميك أو أي مادة نبيلة أخرى.
يقوم عنصر القياس الإلكتروني بتحويل الضغط إلى إشارة خرج خام.
كيف يعمل جهاز إرسال الضغط؟
هناك تقنيات وأساليب وتقنيات ومبادئ قياس مختلفة لنماذج مستشعرات الضغط، كل منها يتكيف مع تطبيقات محددة في مجالات أتمتة العمليات والمنشآت الصناعية.
لو مستشعر الضغط المقاوم للضغط الانضغاطي يقيس القوة المطبقة على غشاء معدني. يؤدي الضغط الذي يمارس على غشاء رقيق إلى تشويهه، مما يؤدي إلى نقل تغير الضغط عبر سائل غير قابل للانضغاط (زيت أو ماء). يؤدي ذلك إلى تشويه عنصر سيليكون مقاوم للضغط (دائرة جسر ويتستون). هذا المكون، الذي يستخدم أشباه موصلات، هو مقاوم كهربائي متغير يحول التشوه إلى قيمة أومية. إن MEMS (الأنظمة الكهروميكانيكية-الكهربائية-الميكانيكية الدقيقة) تُستخدم أيضًا في بعض هذه المستشعرات، مما يوفر تصغيرًا وحساسية أكبر.- يقيس مجس الضغط التكاثفي القوة المطبقة على غشاء معدني من الفولاذ المقاوم للصدأ أو السيراميك. يؤدي الضغط المبذول إلى تشويه الغشاء المعدني الذي ينقل تباين الضغط عبر سائل وسيط غير قابل للانضغاط (زيت أو ماء). وهذا يشوه عنصر سيليكون سعوي. هذا العنصر هو مكثف متغير يحول التشوه إلى قيمة سعوية.
- ويستخدم جهاز إرسال الرنين الترددي مصطلحات محددة مثل BFSL (أفضل خط مستقيم ملائم) لتحديد خطية القياس. يقوم جهاز استشعار الضغط هذا بتحويل التغير في الضغط إلى تغير في تردد التذبذب، مما يوفر دقة عالية ومجموعة متنوعة من الحلول للتطبيقات المختلفة.
- يعمل مقياس الإجهاد أو حساس الضغط بمقياس الجهد بطريقة مماثلة، حيث يتم بعد ذلك ترشيح إشارة الخرج من الحساس وتضخيمها وتعويض درجة الحرارة وتنسيقها في إشارة تناظرية. يتم نقل الخرج التماثلي عبر موصل كهربائي، مما يقلل من الأخطاء ويحسن الدقة.
- من ناحية أخرى، تتميز مقاييس الضغطبعرض محلي لقياس الضغط.على سبيل المثال، غالبًا ما تُستخدم مقاييس الضغطالأنبوبية على شكل حرف U في القياسات البسيطة والمباشرة.
بناء مستشعر الضغط
يتألف بناء جهاز إرسال الضغط من عدة عناصر أساسية:
- موصل ميكانيكي للتركيب,
- غشاء معدني أو خزفي,
- مستشعر سعوي أو كاشف مقاوم للضغط,
- سائل ملء، غالبًا ما يكون زيتًا، مدمجًا في خلايا قياس الضغط لنقل تغيرات الضغط,
- وحدة إلكترونية لتكييف إشارة الكاشف وتضخيمها,
- موصل كهربائي لسهولة التوصيل بأنظمة التشغيل الآلي الأخرى,
- غلاف بلاستيكي أو معدني (ألومنيوم، فولاذ مقاوم للصدأ),
- مؤشر رقمي (اختياري) لعرض معلومات الضغط في الوقت الفعلي.
ما هي إشارة الخرج من مستشعر الضغط الصناعي؟
يمكن أن تكون الإشارة من حساس الضغط تناظرية أو رقمية. عادةً ما تكون الإشارة التناظرية لمستشعر الضغط عبارة عن خرج تيار 4-20mA، أو خرج جهد 0-10 فولت أو خرج جهد 1-5 فولت. يتم إرسال إشارة الخرج إلى وحدة التحكم من أجل العمل على وحدة التحكم.
تُستخدم إشارة الخرج التناظرية 4-20mA بشكل شائع في هذه الأجهزة بسبب المزايا العديدة التي توفرها.
أولاً وقبل كل شيء، فإن مستشعر الضغط 4-20 مللي أمبير مقاوم لفقدان الإشارة بسبب خط النقل، مما يضمن دقة القياس.
كما أنه يمد المسافة بين مستشعر الضغط والنظام المعني. بالإضافة إلى ذلك، يعني عدم وجود تيار أنه يمكن اكتشاف أعطال الخط، مما يجعل استكشاف الأعطال وإصلاحها أسهل. كما أن جهاز إرسال الضغط 4-20mA ثنائي السلك أو رباعي الأسلاك أقل حساسية للتداخل الكهرومغناطيسي، مما يضمن موثوقيته.
وأخيرًا، يمكن استخدامه في حلقة 4-20mA لتشغيل عدة عناصر من المعدات مثل الشاشة ووحدة التحكم والمسجل.
يمكن أن يتوفر الاتصال الرقمي ببروتوكولات اتصال مختلفة - HART - Fieldbus - Profibus - Modbus. تنقل بروتوكولات الاتصال هذه القيمة المقاسة وتمكن أيضًا من تكوين أجهزة قياس الضغط. وتُعرف هذه الأجهزة باسم أجهزة الإرسال الإلكترونية الذكية. توفر بعض أجهزة استشعار الضغط الإلكترونية أيضًا واجهات IO Link، ومجموعة من الدقة ونطاقات القياس المحددة، والموافقات الدولية.
كيف أختار مستشعر الضغط الصناعي؟
يجب اختيار جهاز إرسال الضغط الصناعي وفقًا للسائل المراد قياسه ونطاق الضغط وظروف تشغيل التطبيق والعملية.
الضغط التفاضلي أو المطلق أو النسبي: الأنواع المختلفة من مستشعرات الضغط؟
يقيس جهاز إرسال الضغط النسبي الضغط النسبي للعملية بالنسبة للضغط الجوي. يتم قياس الضغط الجوي باستخدام تجويف مرجعي داخل جهاز الإرسال. وينخفض هذا الضغط مع زيادة الارتفاع.
يستخدم حساس الضغط التفاضلي حجرتين منفصلتين متصلتين بواسطة غشاء مرن. يتم قياس الضغط على جانبي الحجاب الحاجز. والضغط التفاضلي (dp) هو فرق الضغط بين هذين الضغطين: ضغط مرجعي على جانب الضغط المنخفض (BP أو LP) وضغط على جانب الضغط العالي (HP). يستخدم جهاز قياس الضغط التفاضلي هذا لقياس تدفق السوائل في الأنابيب أو مراقبة انسداد المرشح أو حساب انخفاض الضغط.
يقارن مستشعر الضغط المطلق الضغط النسبي مع التفريغ المطلق. ويكون الضغط المطلق موجبًا دائمًا. وتتمثل ميزة استخدام هذا الجهاز في أنه خالٍ من الاختلافات في الضغط الجوي، وذلك بفضل الغرفة المرجعية للتفريغ، وبالتالي يحقق دقة أكبر.
يُعبَّر عن الضغط المطلق من الضغط النسبي بإضافة 1.013 بار، أي p. p. مطلق (بار مطلق) = p. نسبي (بار) + 1.013.
يفصل جهاز إرسال الضغط الفاصل الغشائي سائل العملية الذي يتم قياسه عن خلية الضغط. ويصنع الحجاب الحاجز وأجزاء التلامس من مادة مقاومة للسائل الذي يجري قياسه ويتم لحامها بقاعدة خلية الضغط.
ويوفر أنبوب شعري أو غلاف التوصيل الوصلة بين الغشاء الفاصل وخلية الضغط. يجب تفريغ هذا الحيز تحت التفريغ، ثم ملؤه بزيت ملء وإغلاقه. يمارس الضغط المقيس قوة على السطح الخارجي للحجاب الحاجز. وبينما ينثني الحجاب الحاجز إلى الداخل، فإنه يحاول ضغط سائل الملء داخل الجهاز.
تم تصميم سائل التعبئة هذا لمقاومة الانضغاط، بحيث يتم توجيه القوة مباشرة إلى خلية قياس الضغط. يعتمد تشغيل مجس الضغط الغشائي بالكامل على مبدأ بليز باسكال.
يتم تصنيع مجس الضغط الغشائي من مجموعة متنوعة من المواد بما في ذلك الفولاذ المقاوم للصدأ والتيتانيوم والإينكونيل والهاستيلوي والمونيل والتنتالوم والسيراميك والنيكل. تعتمد المواد المستخدمة على نوع التطبيق ودرجة الحرارة التي تم تصميم مجس الضغط الصناعي من أجلها.
يستخدم حساس الضغط المزود بفواصل لقياس ضغط السوائل في نطاق درجات الحرارة العالية.
- مستشعر الضغط متعدد المتغيرات
يجمع جهاز إرسال الضغط متعدد المتغيرات بين قياس الضغط التفاضلي وقياس الضغط المطلق وقياس درجة الحرارة في نفس الحساس. وتستخدم هذه المنتجات على وجه الخصوص لقياس التدفق الكتلي.
جهاز استشعار المستوى الهيدروستاتيكي هو جهاز قياس يستخدم لتحديد مستوى ملء السائل في الخزانات أو الأحواض. ويعتمد مبدأ القياس على الضغط الهيدروستاتيكي، وهو الوزن الذي يبذله السائل كدالة لارتفاع عمود الملء.
يمكن غمر مجس الضغط الغاطس أو الهيدروستاتيكي في سائل لقياس المستوى في خزان أو خزان. يحتوي مجس الضغط المغمور بشكل عام على غشاء من الفولاذ المقاوم للصدأ.
كيف تقوم بمعايرة مستشعر الضغط؟
إن أجهزة إرسال الضغط الصناعي تتطلب المعايرة الدورية لضمان علم القياس الصناعي طوال دورة حياتها و تجنب العوامل التي تؤثر على دقة أجهزة الاستشعار الخاصة بك.
يتم تحديد فترة المعايرة من قبل الشركات المصنعة لمستشعر الضغط. يجب معايرة المقياس الصفري والمقياس الكامل.
في المصنع، للتحقق من خطية إشارة الخرج، يتم فحص الدقة عند عدة نقاط في نطاق الضغط.
تتضمن المعايرة تطبيق ضغط مرجعي محدد على الواجهة الميكانيكية للمستشعر، والتحقق من إشارة الخرج 4-20 مللي أمبير ثم تطبيق التعويض. يمكن معايرة الحساس باستخدام برغي ضبط خارجي أو واجهة برمجة أو برنامج برمجة. يمكن معايرة نماذج محولات الضغط المزودة بشاشة عرض وأزرار ضغط محليًا.
من أجل تنفيذ عمليات التلاعب المختلفة، قد يكون من الضروري وجود صمام عزل أو مشعب مركب على جهاز إرسال الضغط لعزله عن العملية.
بالنسبة للمعايرات السنوية، يمكنك الاستعانة بشركة متخصصة في معايرة مستشعرات الضغط.
من خلالمعايرة مستشعر الضغط بانتظام، يمكنك ضمان دقة قياس الضغط لضمان الحصول على نتائج متسقة.
كيف أقوم بتركيب مقياس الضغط؟
يمكن تركيب محولات الضغط عن طريق توصيل ميكانيكي بجهاز القياس أو بشبكة الأنابيب حيث يراد قياس الضغط.
يجب اتخاذ احتياطات تركيب خاصة اعتمادًا على ضغط العملية وظروف درجة الحرارة.
يمكن توصيل إشارة الخرج 4-20 مللي أمبير من هذا الجهاز بنظام عرض ( شاشة عرض رقمية صناعية أو مسجل أو وحدة تحكم أو نظام إشراف) أو بنظام التحكم المنطقي القابل للبرمجة (PLC) (نظام أتمتة لقياس الضغط) من أجل التحكم في جهاز تحكم وتنظيم ضغط العملية.
من أجل سلامتك، تحقق من الرسم البياني الكهربائي لمستشعر الضغط قبل توصيل الأسلاك بأداة الحقل.
إذا كنت بحاجة إلى مساعدة، نوصيك باستدعاء شركة محترفة لتركيب أداة القياس وتشغيلها.
كيف تختبر مستشعر الضغط؟
A مستشعر الضغط 4-20 مللي أمبير يمكن اختباره عن طريق تطبيق ضغط محدد معروف على الواجهة الميكانيكية لمستشعر الضغط والتحقق من إشارة الخرج التماثلي المقاسة. إذا كان لديك مستشعر الضغط مع شاشة عرضتحقق من القيمة المعروضة على المؤشر.
إذا كان جهازك معيبًا، يمكنك أن تطلب من أحد المتخصصين أو أحد مصنعي أجهزة الاستشعار الصناعية إصلاحه لك.
إذا كان الإصلاح غير ممكن، يمكنك استبدال مرجع مستشعر الضغط القديم بطراز جديد أكثر حداثة.
كيف أقوم بتهيئة مستشعر الضغط؟
يمكن تكوين أجهزة الإرسال الرقمية الذكية المزودة ببروتوكول HART :
ما هي تطبيقات مستشعرات الضغط؟
الفهم لماذا قياس الضغط في الصناعات التحويلية مهم لضمان السلامة وتحسين التحكم في العمليات وتحسين كفاءة الطاقة والحفاظ على جودة المنتجات النهائية.
يُستخدم جهاز إرسال الضغط في العديد من التطبيقات في القطاع الصناعي.
يمكن لمستشعر الضغط الرقمي هذا اكتشاف الضغوط التي تتراوح من بضعة ميليبار إلى عدة مئات من الأشرطة. ولذلك فهو ضروري في مجموعة واسعة من الصناعات لأتمتة خطوط الإنتاج والآلات.
يمكن قياس ضغوط الهواء المضغوط النسبية أو المطلقة وضغوط الماء وضغوط البخار وضغوط الغاز.
على سبيل المثال، تشمل التطبيقات قياس الضغط التفاضلي لتدفق السائل أو تدفق الغاز أو تدفق البخار في أنبوب، ومراقبة المرشح، وقياس مستوى السائل في الخزان باستخدام محول ضغط غشاء دافق، وقياس كثافة السائل.
اعتمادًا على مجال عملك، تحتاج إلى اختيار أداة القياس المناسبة لتطبيقك وقيود بيئتك الصناعية.
ما هي مزايا وعيوب
مستشعر الضغط؟
مزايا مستشعرات الضغط
- الدقة والموثوقية: توفر مستشعرات الضغط قياسات دقيقة للغاية، وهي ضرورية للتطبيقات الصناعية. فهي تزيد الإنتاجية وتقلل التكاليف من خلال توفير معلومات دقيقة عن ضغط الغازات أو الأبخرة أو السوائل.
- مقاومة الظروف القاسية: حتى في البيئات ذات درجات الحرارة العالية أو البيئات المسببة للتآكل، مثل تلك التي تواجهها في الصناعات الكيميائية أو صناعات النفط والغاز، فإن التشغيل مضمون بموثوقية ودقة استثنائية.
- المتانة والصلابة: تتميز مستشعرات الضغط بمقاومتها للصدمات والاهتزازات والبيئات المعادية؛ حيث إنها موضوعة في حاويات من الفولاذ المقاوم للصدأ أو الألومنيوم. وهي مصممة لتدوم طويلاً.
- مرونة الاستخدام: تتوفر هذه المستشعرات في مجموعة متنوعة من التصميمات والتقنيات، وتغطي مجموعة واسعة من نطاقات قياس الضغط لجميع السوائل، بما في ذلك تطبيقات التفريغ والضغط السلبي. مرونتها تجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من الصناعات.
- سهولة التركيب: مع توفر مجموعة واسعة من التركيبات والموصلات، يمكن دمج مستشعرات الضغط بسرعة وسهولة في أنظمة التشغيل الآلي، مما يقلل من أخطاء التركيب.
- مقاومة التحميل الزائد والضغط الزائد: بفضل مقاومتها العالية للحمل الزائد، يمكن لمحولات الضغط أن تتحمل ذروة الضغط الشديد، مثل تلك الناتجة عن الإغلاق السريع للصمامات أو المطرقة المائية من الهواء المضغوط.
عيوب مستشعرات الضغط
- التكلفة المبدئية: يمكن أن تكون تكلفة الحصول على مجسات الضغط عالية الدقة عالية، مما قد يمثل استثمارًا كبيرًا لبعض الشركات الصناعية. وغالبًا ما يعكس سعر مستشعر الضغط جودته ومتانته. تجنّب العلامات التجارية الغريبة لمستشعرات الضغط واذهب إلى شركة فرنسية مصنعة لمستشعرات الضغط.
- الحساسية للتداخل: يمكن أن تكون المستشعرات التي تستخدم أشباه الموصلات حساسة للتداخل الكهرومغناطيسي، مما قد يؤثر على دقتها. اختر الشركة المصنعة التي تتوافق محولات الضغط الخاصة بها مع معايير EMC.
- التركيب المعقد: في حين أن العديد من أجهزة الاستشعار مصممة لسهولة التركيب، إلا أن بعض التطبيقات المعقدة قد تتطلب مهارات فنية محددة لضمان التشغيل الأمثل. اعتمد على شركة تصنيع محولات ضغط موثوق بها.
- الصيانة في ظل ظروف معينة: في بعض التركيبات، خاصةً عندما تكون الظروف البيئية قاسية، قد تكون الصيانة الدورية لجهاز استشعار الضغط ضرورية لضمان الأداء. اختر الشركة المصنعة لمستشعر الضغط مع خدمة صيانة محلية.
قياس الضغط لا يمكن ارتجاله!
لا قياس الضغط يتطلب اتصل بالمحترفين في قطاع الأجهزة.
سيرشدك الخبراء في Fuji Electric، الشركة الفرنسية المصنعة لمستشعرات الضغط الصناعي، ويقدمون لك مستشعرات ضغط مصممة لتناسب أكثر تطبيقاتك تطلبًا، لضمان حصولك على النتائج المتوقعة وتجنب الأخطاء عند قياس الضغط في عملياتك. لذلك يمكنك الاستمتاع بمزايا استشعار الضغط دون عيوب.
تشتهر محولات الطاقة الكهربائية من فوجي إلكتريك بتقنيتها العالية، ودقة قياس الضغط، ونطاق القياس الواسع، والاستقرار على المدى الطويل، وجودة البناء، والموثوقية، والمتانة، والدعم الفني، وسياسة الإرجاع السهلة، وخدمة التوصيل السريع للعملاء.
خواص المائع المراد قياسه بحيث : مستشعر ضغط الهواء، مستشعر ضغط الغاز، 
السلامة الوظيفية ومستوى السلامة الوظيفية (SIL) ; 
مستشعر الضغط النسبي
مستشعر الضغط التفاضلي أو دلتاP
مستشعر الضغط المطلق
مستشعر ضغط الحجاب الحاجز
