ترانسمیتراختلاف فشار(صنعتی)

اصول عملکرد ترانسمیتر اختلاف فشار

یک سیال پرکننده عایق الکتریکی (معمولاً یک ترکیب سیلیکونی مایع) نیروی فشاری را از دیافراگم های جداکننده به دیافراگم حسگر منتقل می کند و همچنین به عنوان یک دی الکتریک موثر برای دو خازن عمل میکند.

هر گونه اختلاف فشار در دو طرف دیافراگم باعث می شود دیافراگم در جهت کمترین فشار خم شود. دیافراگم یک المان فنری بوده و با دقت ساخته شده است. به این معنی که مقدار خم شدگی یا جابجایی آن تابعی از فشار اعمالی به آن است. نیروی اعمال شده در این مورد تنها می تواند تابعی از اختلاف فشار باشد که بر روی سطح دیافراگم مطابق با معادله استاندارد نیرو ،فشار،سطح  F = PA عمل می کند.

در این حالت، دو نیروی ناشی از دو فشار مختلف داریم، که در مقابل یکدیگر قرار دارند. بنابراین معادله نیرو، فشار، منطقه ما می تواند بازنویسی شود تا نیروی حاصل را به عنوان تابعی از فشار دیفرانسیل (P1 – P2) و سطح دیافراگم بیان کند: F = (P1 – P2)A، از آنجایی که مساحت دیافراگم ثابت است و نیرو متناسب با جابجایی دیافراگم است، تنها چیزی که برای تعیین اختلاف فشار دیافراگم نیاز داریم اندازه گیری دقیق میزان جابجایی دیافراگم است.

عملکرد ثانویه دیافراگم به عنوان یک صفحه از دو خازن روش مناسبی برای اندازه گیری جابجایی فراهم می کند. از آنجایی که ظرفیت بین هادی ها با فاصله ای که آنها را از هم جدا می کند نسبت عکس دارد، ظرفیت ذخیره سازی در سمت کم فشار افزایش یافته و در عین حال این ظرفیت در سمت فشار بالا کاهش می یابد.

یک مدار آشکارساز خازنی متصل به این سلول از یک سیگنال محرک AC با فرکانس بالا برای اندازه‌گیری اختلاف ظرفیت خازن های دو طرف استفاده می‌کند و آن را به سیگنال DC تبدیل کرده و در نهایت توسط نشان‌دهنده فشار به یک سیگنال خروجی تبدیل می‌شود.

این سنسورهای فشار بسیار دقیق، پایدار و بادوام هستند. یکی از ویژگی‌های جالب این طرح از ترانمسیترها، استفاده از دو دیافراگم جداکننده برای انتقال فشار سیال به یک دیافراگم حسگر از طریق یک «سیال پرکننده» داخلی، این است که بدنه صلب حرکت دو دیافراگم را طوری محدود می‌کند، که هیچ‌کدام قادر به اعمال فشار به دیافراگم سنسور نباشند. لذا دیافراگم سنسور از حد الاستیک خود خارج نخواهد شد.

همانطور که در تصویر نشان داده شده است، دیافراگم جدا کننده که تحت فشار بالاتری قرار دارد به سمت قاب فلزی حرکت می کند و نیروی خود را از طریق مایع پرکننده به دیافراگم حسگر منتقل می کند. اگر فشار بیش از حد به این دیافراگم وارد شود، به بدنه صلب کپسول تکیه داده و از حرکت باز می ایستد. با این کار حرکت این دیافراگم ایزوله محدود می شود و لذا نمی تواند حتی در صورت اعمال فشار بیشتر از جانب سیالِ، نیروی بیشتری بر دیافراگم حسگر وارد کند. این استفاده از دیافراگم های ایزوله و مایع پرکننده برای انتقال حرکت به دیافراگم حسگر، که در طرح های دیگر سنسور فشار دیفرانسیل نیز به کار می رود، باعث میشود ابزارهای مدرن اندازه گیری فشار دیفرانسیل در برابر آسیب ناشی از فشارهای شدید مقاومتی عالی داشته باشند.

لازم به ذکر است که استفاده از مایع پرکننده نکته کلیدی این طرح به منظور مقاوم در برابر فشارهای شدید است. برای اینکه دیافراگم حسگر بتواند فشار اعمال شده را به طور دقیق به یک ظرفیت خازنی متناسب تبدیل کند، نباید با بدنه فلزی اطراف خود تماس پیدا کند. گرچه برای محافظت از هر دیافراگمی در برابر فشارهای شدید، باید آن دیافراگم را با یک تکیه گاه محکم محدود کرد تا از حرکت بیشتر آن جلوگیری شود. بنابراین، نیاز به عدم تماس (خازن) و همچنین تماس (حفاظت در برابر فشار بیش از حد) متقابلاً دو موضوع منحصر به فرد هستند و انجام هر دوی آنها با یک دیافراگم سنسور تقریباً غیرممکن می باشد. استفاده از مایع پرکننده برای انتقال فشار از دیافراگم های ایزوله به دیافراگم حسگر به ما این امکان را می دهد که عملکرد دیافراگم بخش خازنی (دیافراگم حسگر) را از عملکرد دیافراگم های ایزوله جدا کنیم تا هر دیافراگم وظیفه خاص خود را انجام دهد.

ترانسمیتر اختلاف فشار Rosemount مدل 1151، یک نمونه کلاسیک از ابزار اندازه گیری فشار بر اساس سنسور اختلاف ظرفیت خازنی (ظرفیت ذخیره سازی) است، که به صورت مونتاژ شده در عکس زیر نشان داده شده است.

با بازکردن چهار عدد پیچ، می‌توانیم دو فلنج را از کپسول فشار جدا کرده و دیافراگم‌های جداکننده را در ببینیم.

در نمای نزدیک زیر ساختار یکی از دیافراگم های جداکننده نشان داده شده است، که بر خلاف دیافراگم سنسور بسیار انعطاف پذیر طراحی شده است. موج‌های متحدالمرکز در این دیافراگم به آن اجازه می‌دهد تا با فشار اعمال شده به راحتی طرفین متمایل شود و فشار سیال را از طریق مایع پرکننده سیلیکونی به دیافراگم حساس در داخل سلول خازنی منتقل کند.

در نمای داخلی همان سنسور (که با ایجاد برش در وسط سنسور Rosemount مدل 1151 بدست آمده است) در زیر، دیافراگم های ایزوله، دیافراگم حسگر و پورت های متصل کننده آنها نشان داده شده است.

در اینجا، دیافراگم جداکننده سمت چپ واضح تر از دیافراگم سمت راست دیده می شود. یکی از ویژگی‌هایی که به وضوح در این عکس مشهود است، فاصله کوچک بین دیافراگم جداکننده سمت چپ و قاب فلزی داخلی، در مقابل محفظه بزرگی است که دیافراگم حسگر در آن قرار دارد.

به خاطر داشته باشید که این فضاهای داخلی معمولاً توسط مایع پرکننده پر می شود. وظیفه این مایع انتقال فشار از دیافراگم های جدا کننده به دیافراگم حسگر است. همانطور که قبلا ذکر شد، قاب فلزی صلب حرکت هر دیافراگم جداکننده را به گونه‌ای محدود می‌کند که فشارهای بیش از حد الاستیک دیافراگم سنسور بر روی قاب فلزی پایین اعمال می شود. به این ترتیب، با ایجاد محدودیت حرکتی در دیافراگم های جداکننده، دیافراگم سنسور در برابر آسیب ناشی از فشار بیش از حد محافظت می شود.

سنسور اختلاف ظرفیت خاذنی به طور ذاتی تفاوت فشار اعمال شده بین دو طرف خود را اندازه گیری می کند. لذا این ابزار فشار دارای دو ورودی رزوه  شده است که فشار سیال به آنها اعمال می شود. در بخش بعدی در مورد کاربرد ترانسمیترهای اختلاف فشار توضیح داده خواهد شد. تمام مدارات الکترونیکی لازم برای تبدیل خروجی سنسور اندازه گیری اختلاف ظرفیت خاذنی به سیگنال الکترونیکی در بخش آبی رنگ بالای کپسول و فلنج ها قرار دارند. ترانسمیتر اختلاف فشار Rosemount مدل 3051 یک محصول مدرن تر بر اساس اصل اندازه گیری اختلاف ظرفیت خاذنی است.

همانند همه دستگاه های سنجش اختلاف فشار، این دستگاه نیز دارای دو پورت است که فشار سیال از طریق آنها به سنسور اعمال می شود. سنسور به نوبه خود به اختلاف فشار بین پورت ها پاسخ می دهد.

با وجود صفحه دیافراگم حسگر که عمود بر صفحه دو دیافراگم جداکننده قرار دارد، ساخت حسگر ظرفیت خاذنی (ذخیره سازی) در این دستگاه کمی پیچیده تر است. این نوع طراحی “همسطح” نسبت به نمونه های قدیمی کمی جامع تر است و مهمتر اینکه در این طرح از تاثیر تنش پیچ های فلنج روی دیافراگم جلوگیری می شود.

توجه داشته باشید که در این طرح مجموعه سنسور مانند طرح اصلی Rosemount در قاب فلزی جامد جای نگرفته است. لذا مجموعه سنسور نسبتاً از قاب جدا شده است و فقط توسط دو لوله مویین که آن را به دیافراگم های جداکننده متصل می کند، به فشار سیال متصل می شود. به این ترتیب، تنش های وارد شده به بدنه فلزی توسط پیچ های فلنج عملاً هیچ تأثیری بر حسگر ندارد.

یک برش از ترانسمیتر Rosemount مدل S3051 (“ابر ماژول”) DP نشان می دهد که این طراحی در عمل به چه صورت است.

فشار سیال اعمال شده به دیافراگم (دیافراگم های) ایزوله از طریق مایع پرکننده موجود در داخل لوله های مویین به دیافراگم داخلی منتقل می شود. مانند طرح کلاسیک Rosemount مدل 1151، می بینیم که مایع پرکننده چندین کار را انجام می دهد:

• سیال پرکننده دیافراگم حساس سنسور را از تماس با سیالات فرآیندی کثیف یا خورنده محافظت می کند.
• سیال پر کننده به دیافراگم های ایزوله اجازه می دهد تا از اعمال فشار بیش از حد به دیافراگم سنسور جلوگیری کنند.
• سیال پر کننده در واقعی سیالی است با ضریب انتشار ثابت که باعث عملکرد مطلوب مدار اختلاف خاذنی (ذخیره سازی) می شود.

ترانسمیترهای فشار سری Rosemount «سوپر ماژول» از همان طراحی همسطح مشابه مدل‌های قبلی 3051 بهره می‌برند. این سری از ترانسمیترها یک ویژگی طراحی جدید را با خود به همراه دارند، جای دادن مدارات الکترونیکی در ماژول فولادی ضد زنگ به جای محفظه بالایی که با رنگ آبی مشخص شده بود. این ویژگی اجازه می دهد تا در صورت نیاز در فضاهای محدود، ابعاد ترانسمیتر به میزان قابل توجهی کاهش یابد.

برای اطلاعات بیشتر لطفاً با کارشناسان فروش در فروشگاه پنل تماس حاصل فرمائید.