مقدمه ای بر فناوری ترانسمیتر فشار

ترانسمیترهای فشار ابزارهای حیاتی در اتوماسیون صنعتی هستند که پارامترهای فیزیکی فشار را به سیگنال های الکتریکی استاندارد شده برای کنترل و نظارت بر فرآیند تبدیل می کنند. این دستگاه ها متغیرهای فشار (گازها، مایعات یا بخار) را دریافت کرده و آنها را به خروجی های متناسب مانند 4–20 میلی آمپر، 0–10 ولت یا سیگنال های دیجیتال از طریق پروتکل هایی مانند HART یا PROFIBUS تبدیل می کنند. ترانسمیترهای فشار مدرن که در ابتدا به عنوان ابزارهای مکانیکی با دقت محدود توسعه یافتند، اکنون شامل ریزپردازنده ها، حسگرهای پیشرفته و قابلیت های خود تشخیصی هستند که امکان اندازه گیری با دقت بالا را با دقت تا ±0.075٪ از محدوده فراهم می کنند. آنها نقش های اساسی را در صنایعی از جمله نفت و گاز، فرآوری شیمیایی، تصفیه آب و داروسازی ایفا می کنند و داده های قابل اعتمادی را برای سیستم های ایمنی، بهینه سازی راندمان و نگهداری پیش بینی کننده ارائه می دهند. تکامل ترانسمیترهای هوشمند با اتصال IoT و تجزیه و تحلیل مبتنی بر هوش مصنوعی، موقعیت آنها را به عنوان اجزای اساسی در اکوسیستم های صنعت 4.0 بیشتر تثبیت کرده است.

اصول عملکرد و فناوری های حسگر

ترانسمیترهای فشار از چندین اصل فیزیکی برای دستیابی به اندازه گیری دقیق فشار استفاده می کنند.سنسورهای خازنیاز دیافراگم هایی استفاده می کنند که تحت فشار تغییر شکل می دهند، ظرفیت خازنی بین الکترودها را تغییر می دهند و سیگنال های ولتاژی متناسب با نیروی اعمال شده تولید می کنند. این سنسورها پایداری بالایی را ارائه می دهند و برای اندازه گیری های فشار دینامیکی ایده آل هستند.سنسورهای پیزورزیستیو، که اغلب بر اساس گیج های کرنش سیلیکونی یا فلزی هستند، تغییرات مقاومت ناشی از کرنش ناشی از فشار را تشخیص می دهند و حساسیت عالی را برای محدوده های فشار کم ارائه می دهند.فناوری سیم رزونانسیاز تغییرات فرکانس در سیم های ارتعاشی تحت فشار استفاده می کند و دقت بالا و پایداری طولانی مدت را ارائه می دهد.سنسورهای سرامیکیاز عناصر فیلم ضخیم یا فیلم نازک استفاده می کنند که در برابر خوردگی مقاوم هستند و آنها را برای محیط های تهاجمی مناسب می کند. ترانسمیترهای پیشرفته الگوریتم های جبران دما و پردازش سیگنال دیجیتال را برای به حداقل رساندن خطاها از تغییرات محیطی ادغام می کنند، با واحدهای مدرن که از کالیبراسیون از طریق ابزارهای نرم افزاری مانند SIMATIC PDM پشتیبانی می کنند. معیارهای کلیدی عملکرد شامل محدوده (تا 100:1)، زمان پاسخ (کمتر از 10 میلی ثانیه) و محدوده دمای عملیاتی از -40 درجه سانتیگراد تا 125 درجه سانتیگراد است که قابلیت اطمینان را در شرایط سخت تضمین می کند.

سناریوهای کلیدی کاربرد

ترانسمیترهای فشار نیازهای صنعتی متنوع را از طریق طرح های سفارشی برطرف می کنند. درخطوط لوله نفت و گاز، ترانسمیترهای فشار دیفرانسیل نرخ جریان را کنترل می کنند و نشتی ها را تشخیص می دهند، با گواهینامه های ضد انفجار (ATEX/IECEx) که ایمنی را در مناطق خطرناک تضمین می کنند. این سیستم ها اغلب با SCADA برای نظارت در زمان واقعی ادغام می شوند.کارخانه های فرآوری شیمیاییاز ترانسمیترهای مقاوم در برابر خوردگی (به عنوان مثال، حسگرهای Hastelloy یا سرامیکی) برای اندازه گیری فشار رآکتورها و اطمینان از کنترل دقیق واکنش استفاده می کنند، در حالی که طرح های بهداشتی با سازگاری CIP/SIP برایصنایع دارویی و غذاییبرای فرآوری دسته ای استریل استفاده می شود.تاسیسات تصفیه آببه ترانسمیترهای زیر آب (دارای رتبه IP68) برای نظارت بر سطح در مخازن و پمپ ها متکی هستند، از خشک شدن جلوگیری می کنند و استفاده از منابع را بهینه می کنند. درتولید انرژی، ترانسمیترهای با دمای بالا در برابر فشارهای بخار تا 40 مگاپاسکال در توربین ها و دیگ ها مقاومت می کنند و به پایداری شبکه کمک می کنند. کاربردهای نوظهور شاملذخیره سازی انرژی هیدروژنی، جایی که ترانسمیترها فشار مخازن را برای جلوگیری از فشار بیش از حد کنترل می کنند، وتولید هوشمند، جایی که دستگاه های فعال شده توسط IIoT داده ها را برای دوقلوهای دیجیتال و نگهداری پیش بینی کننده ارائه می دهند.

مشخصات فنی و معیارهای انتخاب

انتخاب یک ترانسمیتر فشار مناسب مستلزم ارزیابی پارامترهایی مانند محدوده فشار، دقت، سازگاری با محیط و شرایط محیطی است. محدوده های اندازه گیری استاندارد از خلاء (<0.1 کیلو پاسکال) تا فشار بالا (تا 413 مگاپاسکال) گسترش می یابد، با کلاس های دقت از ±0.075٪ برای انتقال امانت داری تا ±0.5٪ برای کنترل فرآیند اساسی. گزینه های خروجی شامل حلقه های 2 سیم 4–20 میلی آمپر برای سیستم های آنالوگ ساده، سیگنال های ولتاژ 4 سیم (0–10 ولت) و پروتکل های دیجیتال (HART، PROFIBUS-PA یا IO-Link) برای ارتباط دو طرفه است. عوامل کلیدی انتخاب عبارتند از:

• خواص محیط: سیالات خورنده به موادی مانند فولاد ضد زنگ 316L یا سرامیک نیاز دارند، در حالی که دوغاب های ویسکوز به طرح های نصب شده با فلاش برای جلوگیری از گرفتگی نیاز دارند.

• شرایط محیطی: دمای شدید یا لرزش ها به محفظه های محکم و مکانیسم های ضد ضربه نیاز دارند.

• گواهینامه های ایمنی: رتبه بندی ATEX، IECEx یا SIL برای مناطق خطرناک.

• نیازهای ادغام: سازگاری با PLC های موجود یا پلتفرم های ابری از طریق Ethernet-APL یا پروتکل های بی سیم.

  بهترین روش های نصب بر جهت گیری نصب مناسب، لوله کشی ضربه ای برای جلوگیری از جیب های هوا و اتصال به زمین برای به حداقل رساندن تداخل الکترومغناطیسی تأکید دارد.

مزایا و محدودیت ها

ترانسمیترهای فشار مزایای قابل توجهی نسبت به گیج های مکانیکی ارائه می دهند، از جمله دقت بالاتر (تا ±0.075٪)، قابلیت های نظارت از راه دور و حداقل تعمیر و نگهداری به دلیل عدم وجود قطعات متحرک. ادغام آنها با سیستم های کنترل، تنظیمات در زمان واقعی را امکان پذیر می کند، خطای انسانی و هزینه های عملیاتی را کاهش می دهد. با این حال، محدودیت ها شامل حساسیت به نوسانات دما (نیاز به جبران)، انحراف سیگنال بالقوه در محیط های خورنده و هزینه های اولیه بالاتر در مقایسه با سنسورهای اساسی است. ترانسمیترهای هوشمند این مسائل را با خود کالیبراسیون و تشخیص برطرف می کنند، اگرچه ممکن است به نرم افزار تخصصی برای پیکربندی نیاز داشته باشند. در مقایسه با سنسورهای مستقل، ترانسمیترها خروجی های استاندارد شده ای را ارائه می دهند که ادغام را ساده می کند اما پیچیدگی را در کالیبراسیون و عیب یابی اضافه می کند.

روندهای آینده و تحولات

تکامل ترانسمیترهای فشار بر راه حل های هوشمندتر و متصل تر متمرکز است. هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی تشخیص های پیش بینی کننده را فعال می کنند و مشکلاتی مانند انحراف سنسور یا گرفتگی را قبل از وقوع خرابی ها تشخیص می دهند. اتصال IIoT امکان انتقال داده ها به پلتفرم های ابری را برای تجزیه و تحلیل فراهم می کند، در حالی که طرح های برداشت انرژی وابستگی به برق سیمی را کاهش می دهند. فناوری دوقلوی دیجیتال مدل های مجازی را برای شبیه سازی ایجاد می کند و زمان راه اندازی را کاهش می دهد. روند مینیاتوری سازی سنسورهای فشرده را برای کاربردهای محدود به فضا به ارمغان می آورد و ابتکارات پایداری استفاده از مواد قابل بازیافت را هدایت می کند. این پیشرفت ها ترانسمیترهای فشار را بیشتر در کارخانه های هوشمند و سیستم های خودمختار تعبیه می کند و نقش آنها را در عملیات صنعتی کارآمد و ایمن افزایش می دهد.

-Endress+Hauser

-ALLEN BRADLEY 

-YOKOGAWA 

-MTL

-P+F

-محصولات بیشتر