مقدمه ای بر ترانسدیوسرهای فشار با خروجی ولتاژ

ترانسدیوسرهای فشار با خروجی ولتاژ به طور گسترده در تنظیمات صنعتی و آزمایشگاهی برای تبدیل پارامترهای فشار فیزیکی به سیگنال های الکتریکی متناسب استفاده می شوند. این دستگاه ها معمولاً سیگنال های ولتاژی مانند 0–5 VDC، 0–10 VDC یا خروجی های نسبت سنجی تولید می کنند که به طور خطی با محدوده های فشار اعمال شده مطابقت دارند. پیکربندی خروجی ولتاژ مزایای متمایزی را در کاربردهایی که به ایمنی در برابر نویز بالا، رابط ساده و سازگاری با سیستم های جمع آوری داده نیاز دارند، ارائه می دهد. بر خلاف ترانسدیوسرهای مبتنی بر جریان (4–20 میلی آمپر)، ترانسدیوسرهای خروجی ولتاژ در محیط هایی که مقاومت کابل ناچیز است و جایی که مصرف انرژی باید به حداقل برسد، برتری دارند. پیاده سازی آنها بخش های متعددی از جمله تست خودرو، کنترل فرآیند، سیستم های هیدرولیک و ابزار دقیق آزمایشگاهی را در بر می گیرد و راه حل های اندازه گیری قابل اعتمادی را با دقت معمولاً از ±0.1٪ تا ±0.5٪ از مقیاس کامل ارائه می دهد.

اصول عملکرد و ویژگی های خروجی

ترانسدیوسرهای فشار با خروجی ولتاژ بر اساس اصل تبدیل کرنش مکانیکی ناشی از فشار به سیگنال های الکتریکی از طریق عناصر حسگر مانند گیج های کرنش یا مواد پیزوالکتریک عمل می کنند. در ترانسدیوسرهای مبتنی بر گیج کرنش، فشار اعمال شده به دیافراگم باعث تغییر شکل گیج های کرنش پیوندی می شود و مقاومت الکتریکی آنها را متناسب با فشار تغییر می دهد. این تغییر مقاومت، یک مدار پل وتستون را نامتعادل می کند و یک خروجی در سطح میلی ولت تولید می کند که به محدوده های ولتاژ استاندارد تقویت می شود. پیکربندی های خروجی رایج شامل 0–5 VDC، 0–10 VDC و 1–5 VDC است که دومی یک صفر زنده (1 ولت) ارائه می دهد که خرابی سیستم را از قرائت های فشار صفر قانونی متمایز می کند. ترانسدیوسرهای پیشرفته ممکن است ولتاژهای تحریک 10 VDC حداکثر با حساسیت خروجی حدود 3 میلی ولت بر ولت را شامل شوند، به این معنی که یک تحریک 10 VDC یک خروجی مقیاس کامل 30 میلی ولت تولید می کند. این دستگاه ها دقت را از طریق مدارهای جبران دما حفظ می کنند که اثرات حرارتی بر تعادل صفر و حساسیت را به حداقل می رساند، که معمولاً به عنوان ±0.005٪ مقیاس کامل/°F مشخص می شود.

سناریوهای کلیدی کاربرد

ترانسدیوسرهای فشار با خروجی ولتاژ عملکردهای مهمی را در صنایع مختلف انجام می دهند. در تست خودرو، آنها فشار منیفولد، فشار ریل سوخت و فشار هیدرولیک انتقال را نظارت می کنند و سیگنال های ولتاژی سازگار با سیستم های جمع آوری داده را برای تجزیه و تحلیل عملکرد ارائه می دهند. کاربردهای کنترل فرآیند صنعتی شامل نظارت بر پمپ و کمپرسور است، جایی که سیگنال های 0–10 VDC مستقیماً با کنترل کننده های منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) برای تنظیم فشار در زمان واقعی ارتباط برقرار می کنند. نظارت بر سیستم هیدرولیک از این ترانسدیوسرها برای اندازه گیری فشار سیال در سیلندرها و محرک ها استفاده می کند، با خروجی های ولتاژ که امکان پاسخ سریع به تغییرات فشار را برای ایمنی و کارایی فراهم می کند. کاربردهای ابزار دقیق آزمایشگاهی شامل نظارت بر فشار تجهیزات پزشکی و محفظه های تست محیطی است، جایی که سیگنال های ولتاژ، ثبت و تجزیه و تحلیل دقیق داده ها را تسهیل می کنند. سازگاری خروجی های ولتاژ با سخت افزار استاندارد جمع آوری داده، این ترانسدیوسرها را برای کاربردهای تحقیق و توسعه که نیاز به نظارت بر فشار چند نقطه ای دارند، ایده آل می کند.

شرطی سازی سیگنال و یکپارچه سازی سیستم

ادغام موثر ترانسدیوسرهای فشار با خروجی ولتاژ، به شرطی سازی سیگنال مناسب برای حفظ دقت اندازه گیری نیاز دارد. پایداری ولتاژ تحریک بسیار مهم است، زیرا تغییرات مستقیماً بر دقت خروجی تأثیر می گذارد. منبع تغذیه های تنظیم شده با ریپل کم (معمولاً 1 MΩ) برای ثبت سیگنال دقیق توصیه می شود.

مشخصات عملکرد و معیارهای انتخاب

پارامترهای عملکرد کلیدی برای ترانسدیوسرهای فشار با خروجی ولتاژ شامل دقت، پایداری حرارتی و قابلیت اطمینان طولانی مدت است. مشخصات دقت معمولاً از ±0.15٪ تا ±0.5٪ از مقیاس کامل متغیر است، با مدل های با دقت بالاتر که ±0.15٪ را از طریق جبران دمای پیشرفته به دست می آورند. اثرات حرارتی بر صفر و دامنه، ملاحظات مهمی هستند، با مشخصاتی مانند ±0.005٪ مقیاس کامل/°F که عملکرد را در محدوده های دمای عملیاتی از -100°F تا 325°F (-73°C تا 163°C) تضمین می کند. محدوده های فشار از خلاء تا 7500 psi گسترش می یابد، با موادی مانند فولاد ضد زنگ 17-4 PH که سازگاری با رسانه های مختلف را فراهم می کند. معیارهای انتخاب باید شامل محدوده فشار مورد نیاز، سازگاری با رسانه، نیازهای دقت، محدوده دمای عملیاتی و الزامات الکتریکی باشد. برای محیط های خطرناک، ممکن است طراحی های ایمن ذاتی با گواهینامه های مناسب (ATEX، IECEx) ضروری باشد.

مزایا و محدودیت ها در مقایسه با خروجی جریان

ترانسدیوسرهای خروجی ولتاژ چندین مزیت نسبت به پیکربندی های حلقه جریان ارائه می دهند، از جمله الکترونیک رابط ساده تر، مصرف انرژی کمتر و سرعت پاسخ بالاتر به دلیل مدارهای امپدانس کمتر. آنها برای کاربردهای کوتاه برد (معمولاً <50 فوت) که افت ولتاژ ناچیز است، ایده آل هستند. با این حال، سیگنال های ولتاژ در برابر تداخل الکترومغناطیسی و افت ولتاژ در کابل های طولانی تر آسیب پذیرتر هستند، که ترانسدیوسرهای حلقه جریان (4–20 میلی آمپر) را برای فواصل طولانی تر یا محیط های پر سر و صدا ترجیح می دهد. خروجی های ولتاژ همچنین به منبع تغذیه های اختصاصی در هر نقطه اندازه گیری نیاز دارند، در حالی که دستگاه های حلقه جریان دو سیمه را می توان از طریق خطوط سیگنال تغذیه کرد. انتخاب بین خروجی ولتاژ و جریان باید فاصله، محیط نویز، در دسترس بودن برق و سازگاری سیستم را در نظر بگیرد.

نتیجه گیری: بهینه سازی پیاده سازی خروجی ولتاژ

ترانسدیوسرهای فشار با خروجی ولتاژ همچنان با پیشرفت در مواد، الگوریتم های جبران و قابلیت های یکپارچه سازی در حال تکامل هستند. روند به سمت دقت بالاتر، جبران دمای گسترده تر و همپوشانی ارتباطات دیجیتال (به عنوان مثال، IO-Link) کاربرد آنها را در محیط های کارخانه هوشمند افزایش می دهد. انتخاب، نصب و شرطی سازی سیگنال مناسب، عملکرد بهینه را تضمین می کند و ترانسدیوسرهای خروجی ولتاژ را به اجزای ارزشمندی در سیستم های اندازه گیری و کنترل در سراسر صنایع تبدیل می کند.

-Endress+Hauser

-ALLEN BRADLEY 

-YOKOGAWA 

-MTL

-P+F

-محصولات بیشتر