سنسور فشار آتونیکس کد PSAN-L01CA-R1/8

سنسور فشار که به آن ترانسمیتر فشار هم می گویند برای اندازه گیری فشار گاز یا مایع مورد استفاده قرار می گیرد. واحد اندازه گیری فشار در سیستم استاندارد SI، پاسکال (Pascal) است. یک پاسکال معادل یک نیوتن نیرو در یک متر مربع است. فشار را به نوعی می توان نیروی وارد بر سطح تعریف کرد. سنسورهای فشار برای کنترل و مانیتورینگ انواع مایعات و گازها مورد استفاده واقع می شوند. سنسورهای فشار قابلیت اندازه گیری انواع متغیرها به صورت غیر مستقیم را نیز دارند. تمام انواع سنسورهای فشار حاوی یک مکانیزم یا ساختار هستند که متناسب با نیروی اعمالی واکنش نشان می دهند.

انواع مختلف فشار که می توان آن ها را اندازه گیری کرد

1. گِیج (Gauge): فشاری است که نسبت به فشار اتمسفری محیط اندازه گیری می شود. این مقدار می تواند برای فشارهای بالاتر از فشار اتمسفری مثبت و برای فشارهای پایین تر از فشار اتمسفری منفی باشد. یک کاربرد معمول سنسورهای فشارسنج‌ گیج، اندازه گیری سطح مایعات در مخزن های دریچه دار با استفاده از اختلاف فشار هیدرواستاتیک و فشار اتمسفری محیط است.
2. مطلق: سنسورهای فشار مطلق، اندازه گیری را نسبت به صفر (خلأ) انجام می دهند. از آن جایی که فشار اتمسفری با ارتفاع تغییر می‌کند، فشار‌سنج گیج یک مقدار دقیق ارائه نمی دهد. سنسور فشار مطلق در سیستم های پایش فشار تایر ماشین و به منظور بهینه سازی عملکرد آن نیز مورد استفاده قرار می گیرد.
3. اختلافی: سنسورهای فشار اختلافی طرز کاری مشابه با سنسورهای گیج دارند و مقدار اختلاف فشار بین دو نقطه را اندازه می گیرند. اما در این مورد، نقطه مرجع یکی از نقاط در خود سیستم است. این نقطه مرجع توسط طراح سیستم مشخص می شود.

گیج	مطلق	اختلافی

ساختار سنسورهای فشار

ساختار سنسورهای فشار بسته به اصول عملکرد آن یعنی این که مطلق، گیج و یا اختلافی باشند، تا حدودی متفاوت است. طراحی یک سنسور فشار مطلق ممکن است به گونه ای باشد که به فشار اعمال شده از طرف بالا یا طرف پایین پاسخ دهد. در این مورد عکس العمل به موقعیت نصب سنسور -نصب روی بُرد یک مدار یا تابلو- بستگی دارد.

فشارسنج مطلق در دو نوع ورودی فشار از بالا (سمت چپ) و ورودی فشار از پایین (سمت راست)

یک سنسور گیج معمولا به صورتی طراحی می شود که همزمان فشار اتمسفری به یک سمت و فشار مورد اندازه گیری به سمت دیگر آن قابل اعمال باشد. به طور مشابه، یک سنسور اختلافی دارای دو پورت خواهد بود که از طریق آن ها هر کدام از فشارهای مورد اندازه گیری با المان اندازه گیری در تماس هستند. تصویر زیر ساختار سنسورهای گیج و اختلافی را با یکدیگر مقایسه می کند.

شماتیکی از سنسور فشار گیج (سمت چپ) و سنسور فشار اختلافی دارای دو پورت ورودی (سمت راست)

سنسور فشار، ترانسدیوسر یا ترانسمیتر؟

ذکر این نکته بسیار مهم است که سنسور فشار یک واژه عمومی برای توصیف تجهیزات اندازه گیری فشار است. اما بسته به طراحی مدار الکتریکی متناظر، ممکن است این عنصر سنسور یا ترانسدیوسر یا ترانسمیتر باشد. المان اندازه گیری که وظیفه شناسایی و اندازه گیری تاثیرات فشار وارده را بر عهده دارد، خروجی را تولید می کند که نمی تواند مستقیما در یک مدار الکتریکی (مانند یک سیستم مبتنی بر میکروکنترلر) مورد استفاده قرار گیرد. پاسخ فیزیکی باید به یک سیگنال الکتریکی تبدیل شود و سپس یک مدار کاندیشنر یا حالت دهنده سیگنال (Signal Conditioner) مورد نیاز است تا سیگنالی مناسب و قابل استفاده به دست آید.

اصول کاری یک سنسور فشار

یک سنسور فشار براساس عکس العمل فیزیکی در مقابل فشار اعمالی کار می کند. این سنسور تغییرات نسبی حاصل را به صورت الکتریکی اندازه می گیرد و برای این هدف از پدیده هایی مانند تغییر در ظرفیت خازنی، تغییر در مقاومت اهمی یک استرین گیج یا کرنش سنج (Strain Gauge) و عنصر پیزوالکتریک استفاده می کند. تمام این تغییرات متناسب با دامنه انحراف پس از اعمال فشار هستند. مولفه های مهمی مانند گستره اندازه گیری، تناسب با محیط، اندازه فیزیکی، توان مورد نیاز و نوع ملزومات اندازه گیری فشار می توانند راهنمای موثری برای مهندسان طراح باشند.

ملاحظات طراحی

آشنایی با انواع سنسورها در کاربردهای رایج، اصول کاری آن ها و مدهای استفاده (گیج، مطلق، اختلافی) به مهندسان در انتخاب اولیه کمک می کنند تا مناسب ترین سنسور را برای کاربرد مورد نظر بیابند.

جنس مواد مورد استفاده و نوع ساختار تاثیر بسزایی در جنبه هایی مانند بازه اندازه گیری، عوامل محدود کننده (مانند حداکثر فشاری که به یک سنسور قابل اعمال است) و پایداری طولانی مدت دارد.

درک مشخصه های خروجی الکتریکی و مدارهای مورد نیاز برای تعامل با سیستم الکترونیکی میزبان که معمولا یک سیستم کنترل مبتنی بر میکروکنترلر است، به درک تاثیر انتخاب سنسور فشار بر تجمیع الکترونیکی کمک می کند.

مشخصه های سنسور فشار و تاثیر آن بر اندازه گیری دقیق

یک سنسور فشار مشخصه های زیادی دارد که صحیح بودن انتخاب آن را تعیین می کنند. گیج، مطلق، اختلافی، ترانسدیوسر، ترانسمیتر، بازه اندازه گیری و اندازه اتصالات از مهم ترین این مشخصه ها است. ممکن است چند سنسور نیازهای یک کاربرد خاص را برآورده کنند. در این شرایط در نظر گرفتن عواملی که بر دقت اندازه گیری موثر هستند، راهنمای انتخاب صحیح خواهد بود. اساسا این کار تعیین می کند که آیا فشار اندازه گیری شده به اندازه کافی قابلیت اطمینان دارد که بتوان از آن برای تصمیم گیری در کنترل فرایند استفاده کرد یا خیر.

برخی از عوامل تاثیرگذار بر دقت اندازه گیری سنسور فشار

• ضریب دمایی آفست صفر
• ضریب دمایی حساسیت
• پسماند فشار و پسماند دما
• ضریب دمایی بازه اندازه گیری
• غیر خطی بودن