ترانسمیترهای تفاضلی فشار، اصول کارکرد و کاربرد آنها

فشار چیست؟

فشار وقتی تجربه می شود که نیرویی روی یک سطح اعمال می شود. بنابراین با افزایش فشار یا کاهش مساحت سطح می توان فشار را افزایش داد. یکای فشار از نوع نیرو بر سطح است بنابراین وقتی نیروی یک نیوتن بر سطحی به مساحت یک متر مربع اعمال می‌شود، فشار وارده را 1 N/mm² می دانیم که برابر 1 Pa (یک پاسکال) است. سایر یکاهای فشار عبارتند از:

·         بار که تقریبا برابر 100000 Pa یا 100 kPa است و یکای متداول در فشارسنجی است.

·         پاوند بر اینچ مربع یا psi که معادل 6894.757 Pa است و نیز داریم 1 bar = 14.5 psi.

شکل زیر جدول یکاهای مختلف و ضرایب تبدیل آنها به یکدیگر را نشان می دهد.

اتمسفر اطراف کره زمین نیز بر همه اشیای روی آن فشار وارد می کند. این فشار به فشار اتمسفری موسوم است. تغییر فشار اتمسفر باعث تغییر وضع آب و هوا می شود. فشار بالا در روزهای صاف آفتابی و فشار پایین در روزهای ابری تجربه می شود.

انواع مختلف اندازه گیری فشار

درک سه نوع اصلی اندازه گیری فشار بسیار مهم است:

1)     فشار مطلق: فشار نسبت به خلاء مطلق

2)     فشار گیج: اختلاف فشار بین فشار مطلق و فشار اتمسفر، همان مقداری که برای مثال توسط فشارسنج تایر خودرو نشان داده می‌شود.

3)     فشار تفاضلی (differential Pressure): اختلاف فشار دو منبع مختلف با یکدیگر.

فشار مطلق

فشار مطلق نسبت به خلاء کامل اندازه‌گیری می‌شود. اگر فشار اتمسفر را به فشار گیج اضافه کنیم، فشار مطلق بدست می‌آید.

فشار گیج

فشارسنج های معمولی اختلاف میان فشار یک محیط مثل فضای درون تایر خودرو را با فشار اتمسفری محیط اندازه می گیرند. این کمیت به فشار گیج موسوم است و برای مشخص شدن آن از پسوند g استفاده می‌شود (مانند 2 barg یا 29 psig).

فشار تفاضلی

فشار تفاضلی بر خلاف فشار گیج نسبت به یک مرجع ثابت اندازه گیری نمی شود. یک گیج فشار تفاضلی دارای دو ورودی برای اتصال به دو منبع مولد فشار است. گیج فشار تفاضلی، اختلاف میان فشار این دو منبع را اندازه می‌گیرد.

کاربردهای اندازه‌گیری فشار تفاضلی

اندازه گیری فشار تفاضلی (DP) معمولا اساس اندازه گیری کمیت های صنعتی مانند جریان، سطح مایعات، چگالی، گرانروی (ویسکوزیته) و حتی دما است. اندازه گیری نرخ جریان به کمک فشار تفاضلی یکی از متداولترین کاربردهای ترانسمیتر فشار تفاضلی است. جریان سنج ها (فلومترها)ی فشار تفاضلی دارای یک عنصر اولیه و ثانویه هستند. عنصر اولیه برای ایجاد یک اختلاف فشار به هنگام افزایش سرعت جریان طراحی شده است. مهمترین نوع عنصر اولیه در این فلومترها عبارتند از صفحه اوریفیس، ونتوری، نازل جریان و لوله پیتوت.

عنصر ثانویه فلومتر یک ترانسمیتر فشار تفاضلی است. این ترانسمیتر اختلاف فشار تولید شده توسط عنصر اولیه را با حداکثر دقت ممکن اندازه گیری می کند. بویژه مهم است که فشار، دمای سیال یا سایر خواص محیطی بر اندازه گیری فشار تفاضلی تاثیر نگذارند.

سیگنال خروجی از یک ترانسمیتر DP معمولا در محدوده 4-20 mA است اما ممکن است پروتکل ارتباطی آن شامل ارتباطات دیجیتالی مانند HART، Profibusm، Fieldbus، Modbus 485 RTU یا سایر پروتکلهای ارتباطی باشد. هدف در اینجا ارسال یک سیگنال الکتریکی برای یک بزار کنترل فرایند از راه دور است.

ترانسمیتر تفاضل فشار چیست؟

این تجهیز یکی از پراستفاده ترین ابزار آلات سنجش فشار در صنعت است که اختلاف فشار بین دو درگاه را سنجیده و یک سیگنال خروجی در ارتباط با یک گستره فشار کالیبره شده تولید می کند. ترانسمیتر صنعتی از دو اتاقک ساخته شده است. عنصر سنجش فشار در نیمه پایینی قرار دارد و بخش الکترونیکی در نیمه بالایی قرار داده شده است. این ابزار دارای دو درگاه فشار با علامت بالا و پایین است. لازم نیست که درگاه بالایی به فشار بالا و درگاه پایینی به فشار پایین وصل باشد.

ساختار ترانسمیتر تفاضل فشار

یک ترانسمیتر تفاضل فشار دارای سه بخش کارکردی است:

1) عنصر سنجش مستقیم فشار (مستقر در اتاقک پایین)

عنصر سنجش فشار در بیشتر ترانسمیترها یک دیافراگم است. این دیافراگم یک اسباب مکانیکی است که بین دو درگاه ورودی فشار قرار داده شده است. بر اثر اعمال فشار این دیافراگم دچار تغییر شکل می شود. این تغییرشکل یک سیگنال الکتریکی تولید می کند. این عمل معمولا توسط یک حسگر ایجاد می شود. حسگرهای متداول در این رابطه عبارتند از کرنش سنج (strain gauge)، خازن تفاضلی و سیم مرتعش. خروجی حسگر متناسب با فشار اعمالی است.

2) واحد الکترونیکی: سیگنال الکتریکی تولید شده توسط حسگر در اتاقک پایینی تنها در گستره هزارم ولت است.

سیگنال تولیدی به گستره 0-5V یا 0-10V تقویت شده و به 4-20mA تبدیل می شود.

3) ترانسمیتر جریان 4-20mA دو سیمه

یک جریان خروجی مستقیم تولید می شود که مستقیما متناسب با گستره فشار ترانسمیتر است. حد پایینی 4mA و حد بالایی 20mA است. این خروجی جریان کنترل شده تحت تاثیر تغییرات امپدانس بار و نوسانات ولتاژ تغذیه قرار نمی گیرد. خروجی 4-20mA با ارتباطات دیجیتالی پروتکل BRAIN یا HART FSK برهم نهی می شود.

منبع:

https://www.coulton.com/beginners_guide_to_differential_pressure_transmitters.html

آنی مومتر سیم داغ چیست و چگونه کار می کند؟

آنی مومتر سیم داغ (Hot Wire Anemometer) ابزاری برای اندازه گیری سرعت جریان هوا، نوسانات سرعت جریان و گاهی اوقات جهت جریان هوا است. در این ابزار از یک سیم فلزی نازک حساس به دما و دارای مقاومت الکتریکی تعریف شده استفاده می‌شود که با عبور جریان از درون آن گرم می‌شود. وقتی این پراب درون جریان گاز قرار می گیرد، سیم داغ به واسطه جریان همرفتی، گرما از دست می‌دهد و ولتاژ دو سر آن تغییر می‌کند. سرعت جریان توسط فرمولی به تغییر ولتاژ مربوط می شود و از این رو می‌توان سرعت جریان را با دقت خوبی محاسبه کرد. شکل زیر شماتیکی از یک پراب مورد استفاده در این ابزار را نشان می‌دهد که از یک سنسور به شکل سیم مقاومتی نازک و دو نگهدارنده فلزی رسانا درست شده است.

قطر سیم سنسور حدود 5 میکرون و طول آن 1 میلی متر است. مقاومت آن نیز بین 10 تا 30 اهم بوده و ثابت دمایی مقاومت آن حدود یک دهم درصد بر درجه سلسیوس است. چنین سیمی برای کارکرد به جریان بین 10 تا 40 میلی آمپر و فرکانس الکتریکی چند ده هزار کیلوهرتز نیاز دارد.

یکی از معایب این نوع ابزار این است که باید بطور دستی در محل نصب شوند و نیز به واسطه ابعاد متفاوت سیم سنسور قابل جایگزینی در دستگاههای مشابه نیستند.

برای کالیبره کردن آنی مومتر خود می توانید به شرکت خدمات کالیبراسیون تنظیم مراجعه کنید.

لود سل چیست و چه کاربردی دارد؟

شکل 1. نمونه ای متداول از لود سل

لود سل (load cell) ابزاری است که یک نیرو یا بار را به خروجی قابل اندازه گیری تبدیل می کند. لود سل ها انداع مختلفی مانند هیدرولیکی، پنوماتیکی، کرنش سنج (strain gage)، پیزوالکتریک و ظرفیتی (خازنی) دارند. در این نوشتار به لود سلهای از نوع کرنش سنج می‌پردازیم. این نوع لودسلها متداولترین نوع هستند و یک نیرو یا بار را به سیگنال الکتریکی معادل تبدیل می کنند.

لودسلهای کرنش سنج برای اندازه گیری دقیق یک وزن ایستا یا بار شبه دینامیکی طراحی شده اند. نیروی اعمال شده باعث تغییر مقاومت در کرنش سنج هایی می شود که به سازه داخلی مبدل نصب شده اند. میزان تغییر در مقاومت با تغییرشکل در سازه مبدل و در نتیجه نیروی اعمالی متناسب است.

لود سلها کاربرد زیادی در صنایع مختل دارند و کاربرد عمده آنها در اندازه گیری وزن یا نیرو و بار اعمالی است.

کرنش سنج

وقتی باری بر یک جسم اعمال می‌شود، آن جسم به میزان مشخصی تغییر شکل می یابد. این تغییر شکل به ابعاد و ماده سازنده جسم و نیز اندازه بار اعمال شده بستگی دارد. نسبت تغییرشکل به اندازه اولیه جسم به کمیتی به نام کرنش موسوم است.

کرنش سنج ها مقاومت هایی هستند که به نسبت بار اعمال شده بر آنها و تغییرشکلی که تجربه می کنند، مقاومتشان تغییر می کند. آنها از یک فویل مقاومتی که بر روی ماده پشتیبان پیچیده شده ساخته شده اند. با کشیده شدن کرنش سنج، مقاومت آن افزایش می یابد و با متراکم شدن آن نیز میزان مقاومت کاهش می یابد. میزان تغییر مقاومت آن معیاری از تغییرشکل آن است (شکل 2).

شکل 2. تعریف کرنش

پل وتستون

بسیاری از لود سلها از پیکربندی پل وتستون که از چهار مقاومت ساخته شده تبعیت می کنند. ایج چهار مقاومت بصورت شبکه های جمع و تفریق عمل می کنند. پل وتستون امکان جبران اثرات دمایی را می دهد.  یک ولتاژ 5 تا 20 ولتی مستقیم یا متناوب به عنوان ولتاژ تهییج برای راه اندازی پل لازم است.

نسخه ساده شده ای از یک لود سل کرنش سنجی که با استفاده از پل وتستون ساخته شده در شکل 3 نشان داده شده است. کرنش سنج های مورد استفاده در پل وتستون دارای مقاومت یکسانی هستند و زمانی که باری بر آنها اعمال نشده یک پل متوازن را می‌سازند. با اعمال بار بر کرنش سنج ها، آنها تغییرشکل یافته و مقاومتشان تغییر می کند. در نتیجه توازن پل به هم می خورد و ولتاژ خروجی تولید می شود که با بار اعمال شده بر آنها متناسب است.

بار اعمالی بر لود سل باعث می شود گیج های تنشی (T1 و T2) کشیده شده و گیج های تراکمی (C1 و C2) فشرده شوند. سپس یک ولتاژ خروجی از طریق سیم های سیگنال (+S و –S) به مبدل سیگنال فرستاده می شود تا ولتاژ خروجی را به مقدار معادل نیرو تبدیل کند.

عواملی مانند دما، طول سیم مورد استفاده برای تکمیل مدار و مکان قرار دادن گیج بر میزان مقاومت پل اثر گذارده و خطا در مقدار اندازه گیری شده را موجب می شوند. در لود سلهای دقیق این اثرات با افزودن مقاومت به پل جبران می شوند. بسیاری از لود سل ها از کد سیم کشی که در جدول شکل 5 نشان داده شده تبعیت می کنند.

منبع

Load Cell Handbook, PCB Load and Torque Group

پراب TESA TWIN-T10 ساخت شرکت تولیدات هوشمند هگزاگون

این ابزار دارای یک نمایشگر قابل حمل برای پراب های القایی است که علاوه بر سادگی استفاده، امکان نمایش گرافیکی داده ها را نیز فراهم می کند. این ابزار بویژه برای اندازه گیری مستقیمی، لنگی و فورم یا ارزیابی هندسی قطعات در طی تنظیم، همراستاسازی و مونتاژ قطعات مکانیکی بسیار مناسب است.

بواسطه استفاده از خط کش نیمکروی با 200 بخش، این پراب می تواند خوانش آنالوگ و عددی تغییرت فورم را میسر سازد. نمایشگر قابل حمل بر کارایی این ابزار افزوده است. امکان انتقال داده های اندازه گیری به کامپیوتر نیز وجود دارد.

این نمایشگر همراه با پراب اهرمی (شیطانکی) GT31 استفاده می شود و می توان از آن برای اندازه گیری محدوده تغییرات فورم قطعات استفاده کرد.

تاریخ ارائه: 17 مارس 2016

منبع:

https://www.qualitydigest.com/inside/metrology-news/hexagon-manufacturing-intelligence-releases-tesa-twin-t10-031716.html

رده بندی وزنه های کالیبراسیون

 

آزمایشگاه‌هایی که عملیات آنالیز کمی انجام می دهند نیاز به کالیبراسیون ذقیق ترازوهای مدرن خود دارند. ترازوهای مدرن به راحتی کالیبره می شوند و درستی ترازوها بستگی زیادی به درستی وزنه های کالیبراسیون بکار رفته دارد. وزنه های کالیبراسیون به شش رده اصلی درستی تفکیک می شوند.

کلاس E1: این وزنه ها دارای بالاترین کلاس درستی هستند و برای برقراری قابلیت ردیابی میان استاندارد ملی جرم و وزنه های کلاس E2 و پایین تر بکار می روند. حداکثر خطای مجاز از مقدار اسمی 1 kg این وزنه ها ±0.5 mg است. به عنوان استاندارد مرجع اصلی آزمایشگاه استفاده می شوند.

کلاس E2: برای برقراری قابلیت ردیابی وزنه های کلاس F1 و پایین تر و همچنین ابزارهای توزین کلاس یک بکار می رود. حداکثر خطای مجاز از مقدار اسمی 1 kg این وزنه ها ±1.6 mg است. به عنوان استاندارد دقت بالا برای کالیبراسیون وزن ها و ابزارهای آنالیز بسیار دقیق بکار می روند.

کلاس F1: برای برقراری قابلیت ردیابی وزنه های کلاس F2 و پایین تر و نیز ابزارهای توزین با دقت کلاس یک مناسب هستند. حداکثر خطای مجاز از مقدار اسمی 1 kg این وزنه ها ±5 mg است. برای کالیبراسیون ترازوهای کلاس 2 درستی بالا مناسب هستند.

کلاس F2: مناسب برای برقراری قابلیت ردیابی وزنه های کلاس M1 و پایین تر و نیز ابزارهای توزین کلاس دو مناسب هستند. برای استفاده در تراکنش های تجاری با ارزش بالا مانند طلا و سنگهای قیمتی منظور شده اند. حداکثر خطای مجاز از مقدار اسمی 1 kg این وزنه ها ±16 mg است. به عنوان استاندارد کاری برای کارهای دقیق و تحلیلی (تجزیه مواد)، وزنه های درون ابزارها، وزنه های بیرونی جهت کالیبراسیون ترازوها با دقت متوسط بکار می روند.

کلاس M1: مناسب برای برقراری قابلیت ردیابی وزنه های کلاس M2 و پایین تر و نیز ابزارهای توزین کلاس دو مناسب هستند. حداکثر خطای مجاز از مقدار اسمی 1 kg این وزنه ها ±50 mg است.

کلاس M2: مناسب برای برقراری قابلیت ردیابی وزنه های کلاس M3 و پایین تر و نیز ابزارهای توزین کلاس سه مناسب هستند. برای استفاده در تراکنش های تجاری عادی که اشیاء بر حسب وزن فروخته می شوند منظور شده اند. حداکثر خطای مجاز از مقدار اسمی 1 kg این وزنه ها ±160 mg است. برای کاربردهای با درستی کلاس سه، ترازوهای صنعتی، ترازوهای عقربه ای و باسکولها مناسب هستند.

کلاس M3: مناسب برای ابزارهای توزین کلاس سه و چهار هستند. حداکثر خطای مجاز از مقدار اسمی 1 kg این وزنه ها ±500 mg است. برای کلاسهای درستی سه و چهار مناسب هستند.

منبع:

https://laboratoryresource.com.au