به منظور انتخاب یک سنسور یا ترانسمیتر فشار مناسب برای یک کاربرد خاص، علاوه بر بازه‌ی فشار (Pressure Range)، نوع اندازه‌گیری فشار توسط سنسور نیز باید در نظر گرفته شود.
سنسورها و ترانسمیترهای فشار در مقایسه با فشارهای مرجع (Reference Pressure) متفاوت، فشار خاصی را اندازه‌گیری می کنند. بنابراین به طور کلی انواع ترانسمیترهای فشار عبارت‌اند از:
- ترانسمیتر فشار مطلق (Absolute)
- ترانسمیتر فشار گیج یا نسبی (Gauge/Relative)
- ترانسمیتر فشار تفاضلی یا اختلاف فشار (Differential)
ترانسمیتر فشار مطلق (Absolute)
در ترانسمیترهای فشار مطلق یا ابسلوت، اندازه‌گیری فشار نسبت به خلأ بالا (High Vacuum) مهر و موم شده در پشت دیافراگم که به عنوان فشار مرجع (Reference Pressure) در نظر گرفته شده است، انجام می‌شود.
از ترانسمیترهای فشار مطلق یا ابسلوت به منظور اندازه‌گیری فشار اتمسفر (Atmospheric Pressure)، بارومتر (Barometer) و ارتفاع‌سنج یا آلتیمتر (Altimeter) استفاده می‌شود.
برای این کاربردها بازه‌های بارومتریک خاصی ارائه می‌شوند مانند:
Pressure Range: 600 … 1100 mbar or 800 … 1100 mbar
از دیگر کاربردهای سنسورهای فشار ابسلوت می‌توان به به‌کارگیری آن‌ها در دستگاه‌های بسته‌بندی اشاره کرد. این سنسورها اطمینان حاصل می‌کنند که یک فشار خلأ ثابت در دستگاه‌های بسته‌بندی خلأ ایجاد شود تا مواد غذایی را مستقل از فشار هوای پیرامون آن، مهر و موم و محفوظ نگه دارد.
ترانسمیتر فشار نسبی یا گیج (Gauge / Relative)
در سنسورها و ترانسمیترهای فشار نسبی یا گیج، اندازه‌گیری فشار نسبت به فشار اتمسفر انجام می‌شود. به عبارت دیگر، فشار اتمسفر به عنوان فشار مرجع (Reference Pressure) در نظر گرفته می‌شود.
دسته‌بندی از دیدگاه نحوه‌ی طراحی و فشار مرجع
به طور کلی، ترانسمیترها یا سنسورهای فشار نسبی (گیج) از دیدگاه نحوه طراحی و فشار مرجع خود به دو دسته زیر تقسیم می‌شوند:
- سنسور فشار ونتد گیج (Vented Gauge)
- سنسور فشار مهر و موم شده (Sealed Gauge)
سنسور فشار ونتد گیج (Vented Gauge)
در ترانسمیترها یا سنسورهای فشار Vented Gauge (VG)، فشار نسبت به فشار مرجع بارومتریک اندازه‌گیری می‌شود.
در ساختار این دسته از سنسورها، یک منفذ تهویه کوچک در پشت دیافراگم به منظور تبادل فشار اتمسفر در نظر گرفته شده است. بنابراین همیشه فشار هوای پشت دیافراگم دقیقا با فشار اتمسفر محیط برابر است. مهم‌ترین مزیت این دسته از سنسورهای فشار این است که تغییرات فشار اتمسفر هیچ تأثیر بر روی خوانش سنسور در نقطه صفر ندارد. به عبارت دیگر، خوانش در نقطه صفر به صورت خودکار جبران می‌شود و در مواقعی که هیچ فشاری به سنسور اعمال نمی شود سنسور دقیقا فشار «صفر» را می‌خواند.
به طور مثال، در یک ترانسمیتر فشار Vented Gauge (VG) که دارای بازه‌ی فشار 10 … 0 بار و خروجی 20 … 4 میلی‌آمپر است، در تمامی شرایط جوی و جغرافیایی مختلف، هنگامی که هیچ فشار ورودی به سنسور اعمال نمی شود (0 بار)، خروجی سنسور برابر با 4 میلی‌آمپر می‌باشد.
این ویژگی به ویژه در گستره‌های فشار پایین که در آن خروجی به میزان قابل توجهی تحت تأثیر تغییرات دمای جوی قرار می‌گیرد بسیار مفید است.
سنسور فشار مهر و موم شده (Sealed Gauge)
در ترانسمیترها یا سنسورهای فشار مهر و موم شده (Sealed Gauge)، فشار نسبت به فشار مرجع اتمسفر محصور شده در در پشت دیافراگم اندازه‌گیری می‌شود. به عبارت دیگر، در ساختار این سنسورها از هیچ منفذی به منظور تبادل هوا استفاده نشده و پشت دیافراگم سنسور، فشار اتمسفر در سطح دریا (حدود 1 بار یا حدود 14.7 پی‌اس‌آی) محصور شده است. بنابراین با توجه به اینکه فشار اتمسفر مدام با تغییرات آب و هوا و دما تغییر می‌کند سنسور هیچ‌گاه نمی‌تواند در حالت عادی (بدون اعمال فشار ورودی) دقیقا فشار «صفر» را بخواند.
برای نمونه، در یک سنسور فشار مهر و موم شده (Sealed Gauge)، که دارای بازه‌ی فشار 10 … 0 بار و خروجی 20 … 4 میلی‌آمپر است، در مکان‌های مختلف (به دلیل تغییرات آب و هوا و دما و فشار ناشی از ارتفاع آن مکان از سطح دریا) خروجی سنسور در نقطه‌ی صفر متفاوت است. به عبارت ساده‌تر، در مواقعی که هیچ فشاری بر روی سنسور اعمال نمی‌شود خروجی سنسور به جای 4 میلی‌آمپر عدد دیگری مانند 3.6 میلی‌آمپر نمایش داده می‌شود.
این دسته از سنسورها برای استفاده در کاربردهایی که امکان طراحی منفذ تهویه وجود ندارد مناسب هستند مانند سنسورهای فشار غوطه‌ور (Submersible) که نیاز به اندازه‌گیری فشار در عمق مورد نظر نسبت به فشار اتمسفر دارند.
همچنین برای استفاده از در کاربردهای فشار بالا که در آن میزان دما ثابت است مناسب هستند. برای نمونه، در کاربرد های هیدرولیک که تغییرات دما تاثیر بسیار کمی بر روی درستی (Accuracy) دارد. از آنجایی که تاثیرات انبساط و انقباض هوا در برابر محدوده فشار بالا ناچیز است، بنابرین استفاده از منفذ تهویه ضروری نیست.
همچنین در مواردی که تولیدکنندگان قصد دارند یک مهار کننده ثانویه در کاربردهای فشار بالا طراحی کنند تا میزان مقاومت سنسور را برای مواقعی که دیافراگم در معرض فشار مازاد قرار می‌گیرد افزایش دهند.
دسته‌بندی از دیدگاه بازه‌ی اندازه‌گیری
ترانسمیترها یا سنسورهای فشار نسبی یا گیج (Gauge / Relative) از دیدگاه بازه اندازه‌گیری فشار به سه دسته زیر تقیسم می‌شوند:
سنسور فشار گیج مثبت (Gauge Pressure Positive)
این نوع از سنسورهای فشار فقط قابلیت اندازه‌گیری فشارهای بیشتر فشار اتمسفر را دارند. مانند:
Pressure Range: 0 … 10 bar
سنسور فشار وکیوم یا خلاء (Gauge pressure Vacuum / Negative)
این نوع از سنسورهای فشار فقط قابلیت اندازه‌گیری فشارهای کمتر از فشار اتمسفر (وکیوم یا خلأ) را دارند. مانند:
Pressure Range: -1 … 0 bar
سنسور فشار ترکیبی (Compound)
این نوع از سنسورهای فشار قابلیت اندازه‌گیری فشار های کمتر (خلأ) و بیشتر از فشار هوای اتمسفر را به صورت ترکیبی دارند. مانند:
Pressure Range: -1 … 10 bar
ترانسمیتر فشار تفاضلی (Differential)
ترانسمیترها یا سنسورهای فشار تفاضلی یا دیفرانسیل (Differential) دارای دو پورت یا درگاه فشار ورودی هستند و می‌توانند اختلاف میان دو فشار فرآیند P1 و P2 را اندازه‌گیری کنند. این سنسورها به 2 دسته تقسیم می‌شوند:
- سنسور فشار تفاضلی یک جهته (Unidirectional)
- سنسور فشار تفاضلی دو جهته (Bidirectional)
سنسور فشار تفاضلی یک جهته (Unidirectional)
سنسورهای فشار یک جهته فقط قادر به عمکلرد (اندازه‌گیری فشار) در محدوده بازه‌ی بیشتر از صفر (مثبت) می‌باشند (P1 > P2).
به طور مثال: 1+ … 0 بار یا 2.5+… 0 میلی‌بار
دیافراگم سنسور فقط می‌تواند در یک جهت حرکت کند و در نتیجه تنها یک سیگنال خروجی مثبت ولتاژی یا جریانی (میلی‌آمپر) تولید کند. فشار بالاتر باید روی درگاه فشاری اعمال شود که تحت عنوان “High Pressure” تعریف شده است.
این سنسورها در بسیاری از کاربردهای HVAC مانند نظارت بر فشار مجرای استاتیک مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مثال دیگر می‌تواند اندازه‌گیری فشار دیفرانسیل در دو سر یک فیلتر باشد تا مشخص شود آیا فیلتر باید جایگزین شود یا خیر. در این حالت درگاه “High Pressure” به قسمت ورودی فیلتر وصل شده و درگاه پایین به قسمت تخلیه متصل می‌شود.
سنسور فشار تفاضلی دو جهته (Bidirectional)
سنسورهای فشار دو جهته قادر به اندازه‌گیری اختلاف فشارهای مثبت و منفی می‌باشند. به عبارت دیگر دیافراگم یک سنسور فشار دو طرفه می‌تواند در دو جهت مختلف حرکت کند، که این امر سنسور را قادر می‌سازد تا اختلاف فشارهای مثبت (P1 > P2) و منفی (P1 < P2) را اندازه‌گیری کند.
به طور مثال: 1+ … 1- بار یا 2.5+ … 2.5- میلی بار
سنسورهای فشار دو طرفه اغلب در کاربردهای اتاق‌های تحت فشار استفاده می‌شوند. مانند اتاق عمل و اتاق‌های حفاظت‌شده در بیمارستان‌ها، اتاق‌های ایزوله شده، اتاق‌های داروسازی، Vivariumها و سایر محیط‌های مهم که نیاز به حفظ اختلاف فشار در یک جهت به منظور حفظ سلامت بیماران و نگه داشتن محیط، عاری از هر گونه آلودگی باشد استفاده می‌شوند. در واقع با این کار نواحی با فشار مثبت عاری از آلودگی نگه داشته می‌شوند و باعث می شود تا آلودگی‌ها از نواحی با فشار کمتر به درون نواحی با فشار بیشتر نفوذ نکنند. بنابراین در هنگام نصب، همیشه درگاه یا پورت فشار بالا به اتاق تحت کنترل و پورت فشار پایین به یک مرجع خارجی مانند کریدور مجاور اتاق متصل می‌شود.
نکته بسیار مهم: گستره یا بازه (Range) سنسور انتخاب شده باید به اندازه کافی گسترده باشد تا بتواند برای كل فشاری كه سنسور در معرض آن قرار می‌گیرد مناسب باشد. در واقع به هیچ عنوان نباید سنسور در معرض فشارهای بالاتر از محدوده ذکر شده خود قرار گیرد.
منبع: هاگلر با اندکی ویرایش
در این رابطه بخوانید:
