اندازه گیری الکتریکی فشار

تاریخ انتشار: 98/01/09
نمایش: 55
(1 رای)

روشهای الکتریکی اندازه گیری فشار

فصل دوم مقاله گیج فشار

در این بخش روشهای الکتریکی اندازه گیری فشار به صورت مبسوط توضیح داده می شود .

با توجه به طولانی بودن مقاله ، روش های مکانیکی اندازه گیری فشار در فصل اول توضیح گردیده است .لطفا کلیک نمایید.

*جهت مشاوره فنی رایگان و خرید با کنترل تک در ارتباط باشید *

تلفن : 66479486 021     همراه/تلگرام/واتساپ: 09190345384       کانال تلگرام :CONTROLTAK@       اینستاگرام : CONTROL-TAK

توجه : کپی مقاله بدون ذکر منبع ( فنی مهندسی کنترل تک ) و لینک مقاله  پیگرد قانونی دارد.

1-2  )

گیج فشار کشش سنج

 در اندازه گیری به وسیله گیج فشار کشش سنج از سیم فلزی یا چیپ نیمه هادی برای اندازه گیری تغییرات فشار استفاده می شود . تغییرات فشار باعث تغییر شکل فلز و به دنبال آن تغییر مقاومت فلز می شود . اگر فشار اعمال شده به فلز از حد مجاز مربوطه به ویژگی های الاستیک آن تجاوز نکند تغییر شکل آن دایمی نخواهد بود ولی اگر از حد مجاز رد شود فلز دچار دچار تغییر شکل دایمی خواهد شد .

گیج فشار کشش سنج غالبا در آرایش پل وتسون مورد استفاده قرار می گیرد به طوری که تغییر در فشار به صورت تغییر در ولتاژ قابل اندازه گیری خواهد بود .

گیج فشار کشش سنج در اصل سیم فلزی است که توسط یک قاب محافظت می شود . تکنولوژی های پیشرفته در پیوند مواد ، امکان ایجاد کشش سنج ها به صورت سطوح را میسر ساخته است . از آنجا که اندازه گیری کشش سنج مربوط به تغییر شکل در فلز است ، نیازی نیست که کشش سنج لزوما به صورت سیمی باشد کشش سنجهای پیوندی مرسوم ترین نوع مورد استفاده هستند .

گیج فشار کشش سنج ها به تغییرات دما حسااس هستند ، بنابراین نیاز به جبران سازی دما دارند . یکی از مرسوم ترین شکلهای جبران سازی دما استفاده از پل وتسون است .علاوه بر گیج اندازه گیری ، یک گیج اضافی نیز استفاده می شود که در معرض فشار فرایند قرار نمی گیرد ولی مشابه گیج اصلی متاثر از تغییرات دما است . در آرایش پل ، گیج اضافی باعث حذف تاثیر دما بر اندازه گیری می شود .

گیج فشار کشش سنج ها اساس با توجه به اندازه کوچک آنها و پاسخ سریع به تغییرات فشار استفاده می شوند .

مزایا گیج فشار کشش سنج

  •          محدوده کاری وسیع ، 75kpa  تا 1400Mpa  ؛
  •          دقتی به میزان 1/0 درصد ؛
  •          اندازه کوچک ؛
  •          پایدار و دارای پاسخ سریع ؛
  •          غالبا دارای اجزای متحرک نیستند ؛
  •          توانایی خوب در مواجه با فشار های خارج از محدوده کاری .

معایب گیج فشار کشش سنج

  •          ناپایداری ؛
  •          حساسیت به دما ؛
  •          هیسترزیس.

* محدودیت های کاربردی گیج فشار کشش سنج

کشش سنج ها برای ولتاژ تحریک نیاز به منبع تغذیه رگوله شده دارند .

2-2 )

گیج فشار سیم مرتعش

گیج فشار سیم مرتعش شامل یک مدار نوسان ساز الکترونیکی است که باعث نوسان یک سیم در فرکانس طبیعی اش می شود . سیم سیم مرتعش در یک دیافراگم قرار د اده می شود . زمانی که فشار روی دیافراگم تغییر کند به صورت تنشی روی سیم انتفال می یابد و در نتیجه فرکانس ارتعاش سیم تغییر می کند . این تغییر فرکانس نتیجه مستقیمی از تغییر فشار است .

فرکانس ارتعاش سیم به وسیله پالسهای دیجیتال قابل اندازه گیری است و یک ترانسمیتر الکترونیکی ، این پالسها را به یک سیگنال الکتریکی مناسب جهت انتقال ، تبدیل خواهد شد .

این نوع ارزیابی برای اندازه گیری فشارهای تفاضلی ، مطلق و پیج قابل استفاده است . اندازه گیری فشار مطلق با خلا کردن سمت فشار پایین دیافراگم به دست می آید . لازم به ذکر است که این روش برای اندازه گیری فشارهای تفاضلی کوچک نیز مناسب است .

مزایا گیج فشار سیم مرتعش

  •          تولید ذاتی سیگنال دیجیتال
  •          دقت و تکرارپذیری خوب
  •          پایداری
  •          هیسترزیس پایین
  •          رزولوشن بالا
  •          اندازه گیری فشار های تفاضلی ، مطلق و گیج .

معایب گیج فشار سیم مرتعش

  •          حساس به دما ؛
  •          متاثر از شوک و ارتعاش ؛
  •          سیگنال خروجی غیر خطی
  •          بزرگ ( از لحاظ فیزیکی )

محدودیت های کاربردی گیج فشار سیم مرتعش

تغییر دما نیاز به جبران سازی دارد. این مساله حساسیت اندازه گیری را دچار مشکل می کند . خروجی تولید شده نیز غیر خطی بوده که باعث بروز مشکلاتی در کنترل پیوسته می شود .

 

*جهت مشاوره فنی رایگان و خرید با کنترل تک در ارتباط باشید *

تلفن : 66479486 021     همراه/تلگرام/واتساپ: 09190345384       کانال تلگرام :CONTROLTAK@       اینستاگرام : CONTROL-TAK

توجه : کپی مقاله بدون ذکر منبع ( فنی مهندسی کنترل تک ) و لینک مقاله  پیگرد قانونی دارد.

3-2 ) 

گیج فشار پیزو الکتریک

زمانی که به کریستالها فشار وارد می شود ، از لحاظ الاستیکی تغییر شکل می دهند . اندازه گیری فشار بر اساس روش پیزو الکتریک ، تعیین میزان چنین تغییر شکلی است . زمانی که یک کریستال تغییر شکل می دهد که یک بار الکتریکی برای مدت بسیار کم ( در حد چند ثانیه ) تولید می شود . سیگنال الکتریکی حاصل نسبتی از نیروی اعمال شده است . از آنجا که این سنسور ها تنها برای مدت کوتاهی اندازه گیری می کنند برای اندازه گیری فشار های استاتیک مناسب نیستند ولی برای اندازه گیری تغییرات ناگهانی فشار ناشی از عواملی همچون شوک ، ارتعاش ، انفجار و ضربه های ایجاد شده در موتورها و کمپرسورها مناسب هستند.

از آنجا که در این روش تنها فشار دینامیک اندازه گیری می شود نیاز به تجهیزاتی برای شناسایی فشار اندازه گیری شده دارد . همچنین اندازه گیری باید نسبت به مقدار اولیه قبل از تاثیر عامل تغییر فشار انجام شود . در این حالت می توان فشار را به صورت واحدهای فشار نسبی ، مانند پاسکال نسبی بیان کرد .

معمولا از کوارتز به عنوان کریستال حسگر استفاده می شود زیرا گران نبوده ، پایدار و غیر حساس به تغییرات دما است . تور مالاین گزینه دیگری است که سرعت پاسخ سریع تری در حدود میکرو ثانیه دارد .

مزایا گیج فشار سیم مرتعش

  •          دقت در حد 75/0 درصد؛
  •          اندازه گیری فشارهای خیلی بالا ، تا 70Mpa ؛
  •          اندازه کوچک ؛
  •          مقاوم ؛
  •          پاسخ سریع کمتر از یک نانو ثانیه ؛
  •          تولید سیگنال توسط خود سنسور .

 

معایب گیج فشار سیم مرتعش

  •          فقط دارای قابلیت اندازه گیری فشار دینامیکی ؛
  •          حساس به دما .

محدودیت های کاربردی گیج فشار سیم مرتعش

به کابل کشی و پردازش سیگنال خاص خود نیاز دارد .

4-2 )

 گیج فشار خازنی

اندازه گیری فشار به روش خازنی شامل تعیین میزان تغییر ظرفیت خازن در نتیجه حرکت یک دیافراگم است . سنسور توسط یک اسیلاتور فرکانس بالا به صورت الکتریکی تحریک می شود . زمانی که دیافراگم با توجه به تغییر فشار تغییر شکل می دهد ، اندازه خازن نسبی به وسیله مدار پل اندازه گیری می شود . روش خازنی اساسا برای اندازه گیری فشارهای خلا ابداع شد و مورد استفاده قرار گرفت .

دو نوع طراحی از این سنسور مرسوم است . اولین نوع ، طراحی دو صفحه ای است که در دو ماه موازنه شده و موازنه نشده کار می کند ، نوع دوم ، طراحی تک خازنی است .

مد موازنه شده به این صورت است که خازن مرجع به نحوی قرار می گیرد که در خروجی ، ولتاژ صفر ولت ایجاد می شود ، در مد موازنه نشده ، برای تعیین فشار ، نیاز به اندازه گیری نسبت ولتاژ خروجی به ولتاژ تحریک می باشد . این نوع اندازه گیری فشار کاملا دقیق بوده و محدوده کاری وسیعی دارد . علاوه بر این اندازه گیری فشار به روش خازنی ، برای تعیین سطح یک تانک با مخزن نیز کاملا مرسوم است .

مزایا  گیج فشار خازنی

  •          دقت 01/0 تا 2/0 درصد ؛
  •          محدوده از 80Pa تا35Mpa ؛
  •          خطی بودن ؛
  •          پاسخ سریع .

معایب گیج فشار خازنی

  •          حساسیت به دما ؛
  •          مشکلات خازن هرز گرد ؛
  •          ارتعاش ؛
  •          توانایی محدود در مواجه با فشارهای خارج از محدوده کاری ؛
  •          هزینه بالا ؛

محدودیتهای کاربردی گیج فشار خازنی

بسیاری از مشکلات ناشی از معایبی که در رابطه با روش خازنی ذکر شد . در طراحی های جدید کاهش یافته است . به عنوان مثال برای کاربردهایی که به دقت بالا نیاز دارند سنسورهای کنترل شده با دما وجود دارند . اگر کشش سنج ها را مرسوم ترین روش اندازه گیری فشار بدانیم ، سنسورهای خازنی در رتبه بندی هستند .

*جهت مشاوره فنی رایگان و خرید با کنترل تک در ارتباط باشید *

تلفن : 66479486 021     همراه/تلگرام/واتساپ: 09190345384       کانال تلگرام :CONTROLTAK@       اینستاگرام : CONTROL-TAK

توجه : کپی مقاله بدون ذکر منبع ( فنی مهندسی کنترل تک ) و لینک مقاله  پیگرد قانونی دارد.

 

 

5-2 ) ترانسفورمر متغیر خطی ( LVDT )  

این نوع اندازه گیری فشار مبتنی بر حرکت یک هسته با نفوذپذیری مغناطیسی بالا ، داخل سیم پیچهای ترانسفورمر است . حرکت هسته مغناطیسی ناشی از فشار سیال فرایند می باشد که توسط یک دیافراگم لوله بردون یا بیلوز به هسته انتقال می یابد .

LVDT بر اساس نسبت اندوکتانس بین سیم پیچ ها کار می کند . سه سیم پیچ روی یک لوله عایق بندی شده سوار شده اند که شامل هسته آهنی با نفوذپذیری مغناطیسی بالا می باشد . سیم پیچ اولیه بین دو سیم پیچ ثانویه قرار داده می شود و توسط یک جریان دیگر تغذیه می شود .

زمانی که هسته مغناطیس وسط قرار دارد ، ولتاژ یکسانی روی سیم پیچ های ثانویه القاء می شود . اگر هسته از موقعیت مرکزی اش در اثر تغییر فشار جابه جا شود ، ولتاژ حاصل روی سیم پیچ های ثانویه متفاوت خواهد بود . سیم پیچ های ثانویه معمولا به صورت سری بسته می شوند .

معایب ترانسفورمر متغیر 

  •          حساس به لرزش ؛
  •          فرسایش مکانیکی .

این روش یک روش قدیمی است که قبل از حضور کشش سنج ها مورد استفاده قرار می گرفت و در حال حاضر کمتر به کار گرفته می شود .

6-2 ) گیج روش نوری

با استفاده از سنسورهای نوری می توان میزان حرکت یک دیافراگم ناشی از تغییرات فشار را اندازه گیری کرد . یک تیغه کدر به گونه ای روی دیافراگم نصب می شود که در نتیجه حرکت دیافراگم ، جلوی یک پرتو مادون قرمز حرکت کند . زمانی که مسیر نور در اثر حرکت تیغه بر هم زده می شود ، میزان نور رسیده به دیود دریافت کننده ، موقعیت دیافراگم را نشان می دهد .

 با استفاده از یک دیود اضافی می توان تاثیر دما را حذف کرد زیرا دما روی دیود اندازه گیری کننده و دیود اضافی به یک میزان تاثیر می گذارد .

 مزایا گیج روش نوری

  •          از لحاظ دمایی تصحیح یافته ؛
  •          تکرارپذیری خوب ؛
  •          هیسترزیس ناچیز .

معایب گیج روش نوری

  •          گران قیمت .

در سنسورهای نوری برای اندازه گیری دقیق ، نیاز به جابجایی خیلی کمی می باشد ، به همین دلیل اندازه گیری فشار به روش نوری دارای تکرارپذیری خیلی خوب به همراه هیسترزیس ناچیز است .

7-2  ) . تجهیزات جانبی اندازه گیری فشار

در بسیاری از موارد برای به کارگیری تجهیزات اندازه گیری فشار نیاز به استفاده از تجهیزات جانبی به منظور محافظت آنها در برابر دماهای بالا یا پایین ، گرفتگی ، خوردگی ، ارزش یا جداسازی تجهیزات اندازه گیری برای کالیبراسیون و انجام تعمیرات است . تجهیزات جانبی که غالبا در اندازه گیری فشار مورد استفاده قرار می گیرند شامل موارد زیر هستند :

  •          اسنابرها و میراکننده های ضربه ؛

  •          ابزارهای پرشده با مایع ؛

  •          محافظ اضافه فشار ؛

  •          سیفونها یا لوپ ؛

  •          بستهای دیافراگمی ؛

  •          مانیفولد .

*جهت مشاوره فنی رایگان و خرید با کنترل تک در ارتباط باشید *

تلفن : 66479486 021     همراه/تلگرام/واتساپ: 09190345384       کانال تلگرام :CONTROLTAK@       اینستاگرام : CONTROL-TAK

توجه : کپی مقاله بدون ذکر منبع ( فنی مهندسی کنترل تک ) و لینک مقاله  پیگرد قانونی دارد.

منابع :

کتاب : راهنمای جامع ابزار دقیق کاربردی

نویسندگان: سید جعفر رضوی پناه و سید مهدی ابوذر

نظرات کاربران
(0)
هیچ دیدگاهی وجود ندارد
دیدگاه خود را بنویسید
*
*