یک تحلیل فنی از حس تفاوت فشار برای کنترل و نظارت بر فرآیند

مقدمه ای بر اندازه گیری فشار تفاضلی

اندازه گیری فشار تفاضلی یک فرآیند اساسی در ابزار دقیق صنعتی است که شامل کمیت سنجی تفاوت های فشار بین دو نقطه مجزا در یک سیستم می شود. این تکنیک به عنوان مبنایی برای اندازه گیری های حیاتی از جمله نرخ جریان، سطح مایع، چگالی و وضعیت فیلتر در بخش هایی مانند نفت و گاز، فرآوری شیمیایی، تصفیه آب و تولید دارویی عمل می کند. با استفاده از سنسورها و فرستنده های تخصصی، اندازه گیری فشار تفاضلی، تغییرات فشار فیزیکی را به سیگنال های الکتریکی استاندارد (معمولاً 4 تا 20 میلی آمپر یا پروتکل های دیجیتال مانند HART) برای ادغام با سیستم های کنترل تبدیل می کند. دقت و قابلیت اطمینان این اندازه گیری ها مستقیماً بر راندمان فرآیند، ایمنی و حفاظت از تجهیزات در عملیات صنعتی مدرن تأثیر می گذارد.

اصول عملکرد و فناوری های اندازه گیری

اندازه گیری فشار تفاضلی بر اساس اصل فیزیکی عمل می کند که تفاوت فشار (ΔP) مستقیماً با نرخ جریان در هنگام اندازه گیری در سراسر یک محدودیت یا با سطح مایع در هنگام اندازه گیری تفاوت های فشار هیدرواستاتیک همبستگی دارد. فناوری های اندازه گیری اولیه شامل اصول پیزورزیستیو، خازنی و سیم تشدید کننده است. سنسورهای پیزورزیستیو تغییرات مقاومت ناشی از کرنش را در مواد نیمه هادی هنگام اعمال فشار تشخیص می دهند، در حالی که سنسورهای خازنی تغییرات فاصله بین الکترودها را تحت اختلاف فشار اندازه گیری می کنند. فرستنده های فشار تفاضلی پیشرفته، دیافراگم های ایزوله دوگانه و سیستم های پرکننده سیال را برای محافظت از عناصر حسگر در برابر محیط های فرآیندی خشن، با دقت معمولاً از ±0.04٪ تا ±0.5٪ از محدوده کالیبره شده، در خود جای داده اند. این ابزارها از فناوری های آب بندی تخصصی و الگوریتم های جبران دما برای حفظ دقت در شرایط عملیاتی از -40 درجه سانتیگراد تا 315 درجه سانتیگراد استفاده می کنند، با رتبه بندی فشار تا 40 مگاپاسکال برای کاربردهای فشار بالا.

سناریوهای کاربردی کلیدی در فرآیندهای صنعتی

1. اندازه گیری جریان: هنگامی که با عناصر اولیه مانند صفحات روزنه، لوله های ونتوری یا لوله های پیتو ترکیب می شود، فرستنده های فشار تفاضلی نرخ جریان را بر اساس اصل برنولی محاسبه می کنند، جایی که جذر اختلاف فشار با سرعت جریان همبستگی دارد. این روش به دلیل قابلیت اطمینان و استانداردسازی آن، تقریباً 40٪ از کل اندازه گیری های جریان صنعتی را شامل می شود.

2. نظارت بر سطح مایع: در مخازن و ظروف، اندازه گیری فشار تفاضلی سطح را با مقایسه فشار در پایین (فشار هیدرواستاتیک) با فشار مرجع تعیین می کند و امکان ردیابی مداوم سطح را بدون قطعات متحرک فراهم می کند. این کاربرد به ویژه در عملیات انتقال امانت که در آن دقت ±0.1٪ برای مدیریت موجودی مورد نیاز است، ارزشمند است.

3. نظارت بر فیلتر و حفاظت از تجهیزات: سنسورهای فشار تفاضلی وضعیت فیلتر را با اندازه گیری افت فشار در سراسر سیستم های فیلتراسیون نظارت می کنند و هنگام تجاوز از آستانه های از پیش تعیین شده، هشدارهای تعمیر و نگهداری را فعال می کنند. در سیستم های کمپرسور و پمپ، آنها حفاظت حیاتی در برابر شرایط افزایش ناگهانی با تشخیص اختلاف فشار غیرعادی ارائه می دهند.

4. اندازه گیری چگالی و رابط: با ترکیب اندازه گیری های فشار تفاضلی با مقادیر سطح شناخته شده، این ابزارها می توانند چگالی سیال را محاسبه کنند یا رابط بین مایعات غیرقابل امتزاج را در فرآیندهای جداسازی تشخیص دهند.

ملاحظات پیاده سازی و بهترین شیوه ها

پیاده سازی موفقیت آمیز مستلزم توجه دقیق به جزئیات نصب، از جمله جهت گیری لوله کشی ضربه، تهویه و اثرات دما است. برای سرویس بخار، استفاده صحیح از گلدان های میعانات و لوله های سیفون از آسیب سنسور در اثر دمای بالا جلوگیری می کند، در حالی که اقدامات زمستانی از یخ زدگی در آب و هوای سرد محافظت می کند. روش های کالیبراسیون باید تغییر صفر و تنظیم محدوده را در نظر بگیرند، با فرستنده های هوشمند که قابلیت های پیکربندی از راه دور را از طریق پروتکل هایی مانند HART، BRAIN یا FOUNDATION Fieldbus ارائه می دهند. تعمیر و نگهداری منظم باید شامل بررسی انسداد خطوط ضربه، یکپارچگی دیافراگم و یکپارچگی سیگنال الکترونیکی برای اطمینان از قابلیت اطمینان اندازه گیری باشد. فناوری های نوظهور عملکردهای تشخیصی را در خود جای داده اند که خطوط مسدود شده یا تخریب سنسور را تشخیص می دهند و استراتژی های تعمیر و نگهداری پیش بینی کننده را فعال می کنند که زمان خرابی برنامه ریزی نشده را کاهش می دهد.

نتیجه گیری: فعال کردن دقت در صنایع فرآیندی

اندازه گیری فشار تفاضلی به دلیل تطبیق پذیری، قابلیت اطمینان و اصول شناخته شده، همچنان سنگ بنای ابزار دقیق صنعتی است. با پیشرفت صنایع به سمت الگوهای تولید هوشمندتر، ادغام با پروتکل های ارتباطی دیجیتال و پلتفرم های تجزیه و تحلیل مبتنی بر ابر، ارزش داده های فشار تفاضلی را برای بهینه سازی و پشتیبانی از تصمیم گیری بیشتر افزایش می دهد. این فناوری همچنان با پیشرفت در علم مواد، پردازش سیگنال و قابلیت های تشخیصی در حال تکامل است و از ارتباط مستمر آن در یک چشم انداز صنعتی به طور فزاینده ای خودکار اطمینان حاصل می کند.

-ابزار Endress+Hauser    

-PLC ALLEN BRADLEY

-ابزار YOKOGAWA

-MTL

-P+F

-محصولات بیشتر