مبانی اندازه گیری ترانسمیتر اختلاف فشار

یکی از رایج ترین و مفیدترین ابزارهای اندازه گیری فشار در صنعت ، فرستنده فشار دیفرانسیل است. این دستگاه تفاوت فشار بین دو پورت را حس می کند و سیگنالی را نشان می دهد که نشان دهنده این فشار در رابطه با یک کالیبره شده است. فرستنده فشار دیفرانسیل ممکن است بر اساس هر یک از فن آوری های سنجش فشار که قبلاً مورد بحث قرار گرفته باشد ، باشد ، بنابراین این بخش بیشتر بر روی تئوری تمرکز دارد. ساخت و ساز فرستنده DP فرستنده فشار دیفرانسیل ساخته شده برای برنامه های اندازه گیری صنعتی به طور معمول شامل یک بدنه قوی (فلز جعلی) است که عنصر (های) حیاط را در خود جای می دهد ، در قسمت محفظه ای که اجزای مکانیکی و / یا الکترونیکی لازم برای ترجمه فشار سنجیده شده را در یک سیگنال ابزار دقیق استاندارد داشته باشد تشکیل شده است. به عنوان مثال 3-15 PSI ، 4-20 میلی آمپر ، کدهای میدانی دیجیتال):

دو مدل فرستنده فشار دیفرانسیل الکترونیکی در عکس های زیر ظاهر می شود ، مدل Rosemount مدل 1151 (سمت چپ) و مدل 3051 (سمت راست):

دو مدل دیگر از فرستنده فشار دیفرانسیل الکترونیکی در عکس بعدی نشان داده شده است ، Yokogawa EJA110 (سمت چپ) و Foxboro IDP10 (سمت راست):

در هر یک از این مثالهای فرستنده فشار دیفرانسیل ، عنصر سنجش فشار در نیمه پایینی دستگاه (ساختار فولادی جعلی) قرار دارد در حالی که الکترونیک در نیمه بالایی قرار دارد (ساختار رنگی ، گرد ، آلیاژ آلومینیومی) . صرف نظر از ساخت یا مدل ، هر فرستنده فشار دیفرانسیل (“DP” ، “d / p” یا ΔP) دارای دو پورت فشار برای حس فشارهای مختلف مایعات است. این پورت ها به طور معمول دارای موضوعات NPT 1/4 اینچی زن برای اتصال راحت به روند هستند. یکی از این پورت ها دارای “بالا” و دیگری با “پایین” است. این برچسب زدن لزوماً به این معنی نیست که پورت “بالا” همیشه باید فشار بیشتری نسبت به درگاه “کم” داشته باشد. آنچه این برچسب ها نشان می دهد ، تأثیر هر فشار فزاینده ای است که بر روی آن پورت اعمال می شود تا در جهت تغییر سیگنال خروجی باشد.

رایج ترین عنصر سنجشی که توسط فرستنده های مدرن DP استفاده می شود ، دیافراگم است. یک طرف این دیافراگم فشار مایع فرآیند را از درگاه “بالا” دریافت می کند ، و دیگری فشار مایع فرآیند را از درگاه “کم” دریافت می کند. هرگونه اختلاف فشار بین دو پورت باعث می شود که دیافراگم از موقعیت طبیعی (استراحت) طبیعی خود منعطف شود. این انعطاف پذیری سپس بسته به تولید کننده و مدل فرستنده ، توسط هر تعداد فن آوری مختلف به یک سیگنال خروجی ترجمه می شود:

نمادهای “+” و “-” به معنای قطبی بودن ولتاژ (های) ورودی نیستند. به این معنا نیست که ورودی “+” باید مثبت تر از ورودی “-” باشد. این نمادها صرفاً جهت متفاوتی را نشان می دهند که هر ورودی تمایل دارد سیگنال خروجی را هدایت کند. پتانسیل فزاینده ای که برای ورودی “+” اعمال می شود ، خروجی opamp را مثبت می کند ، در حالی که پتانسیل فزاینده ای که روی ورودی “-” اعمال می شود ، خروجی opamp را منفی می کند. این اصطلاح را با اصطلاح رایج برای سیستمهای کنترل حلقه بسته می توان گفت که ورودی “+” با عملکرد مستقیم است در حالی که ورودی “-” با عملکرد معکوس است. به طور مشابه ، برچسب های “H” و “L” در درگاه های فرستنده DP به معنای بزرگی فشار ورودی نیستند. به این معنا نیست که فشار پورت “H” باید بیشتر از فشار پورت “L” باشد. این نمادها صرفاً نمایانگر تأثیرات مختلف بر روی سیگنال خروجی ناشی از فشار اعمال شده به هر پورت هستند. فشار فزاینده ای که روی پورت “بالا” یک فرستنده DP اعمال می شود ، سیگنال خروجی را به سطح بیشتری (بالا) سوق می دهد ، در حالی که فشار فزاینده ای که به پورت “کم” یک فرستنده DP اعمال می شود ، سیگنال خروجی را به سمت کمتری سوق می دهد. سطح (پایین):

توانایی اتصال خودسرانه فرستنده DP به یک فرآیند به گونه ای که مستقیم یا با عملکرد معکوس باشد ، یک مزیت بزرگ است. در دنیای الکترونیک ، ما به توانایی یک سنسور ولتاژ دیفرانسیل (مانند یک تقویت کننده عملیاتی) اشاره می کنیم تا تفاوت های کوچک در ولتاژ را احساس کنیم در حالی که نادیده گرفتن پتانسیل های بزرگ با استفاده از عبارت رد حالت عادی اندازه گیری می شود. یک تقویت کننده عملیاتی ایده آل میزان ولتاژ مشترک در هر دو پایانه ورودی را کاملاً نادیده می گیرد و فقط به اختلاف ولتاژ بین این پایانه ها پاسخ می دهد. این دقیقاً همان کاری است که یک سازنده DP به خوبی طراحی شده انجام می دهد ، مگر با فشار مایع به جای ولتاژ الکتریکی. یک ابزار DP فشار سنج را که برای هر دو درگاه متداول است ، نادیده می گیرد ، در حالی که فقط به تفاوت های فشار بین آن دو پورت پاسخ می دهد. به عبارت دیگر ، یک ابزار فشار دیفرانسیل (در حالت ایده آل) در حالی که نادیده گرفتن فشار حالت متداول ، فقط به فشار دیفرانسیل پاسخ می دهد.

برای نشان دادن ، ممکن است پورت های “بالا” و “کم” یک فرستنده فشار دیفرانسیل را با استفاده از لوله یا لوله به یکدیگر وصل کنیم ، سپس هر دو پورت را به طور همزمان در معرض فشار مایع مانند هوای تحت فشار از یک کمپرسور هوا قرار دهیم. اگر فرستنده در وضعیت کار خوبی قرار داشته باشد ، باید فشار صفر دیفرانسیل را ثبت کند حتی اگر میزان فشار استاتیک اعمال شده در هر دو پورت را تغییر دهیم. تا زمانی که فشارهای اعمال شده به هر درگاه مساوی باشد ، دیافراگم سنجش گیرنده باید نیروی خالص صفر با فشار به چپ یا راست را تجربه کند. تمام نیروهایی که از فشار سیال درگاه “بالا” به دیافراگم وارد می شوند باید دقیقاً با زور اعمال شده به دیافراگم از فشار سیال پورت “کم” مقابله شوند (لغو شود). یک قیاس الکتریکی با این امر می تواند اتصال هر دو تست قرمز و بلوک یک ولت متر به یک نقطه مشترک در یک مدار الکتریکی را متصل کند ، سپس مقدار ولتاژ بین آن نقطه و زمین را تغییر دهد. از آنجایی که ولت متر فقط اختلاف پتانسیل را بین سربهای آزمایش خود ثبت می کند و آن دسته از آزمایش ها اکنون از نظر الکتریکی برای یکدیگر مشترک هستند ، بزرگی ولتاژ حالت مشترک بین آن یک نقطه از مدار و زمین خاکی از منظر ولت متر بی ربط است.

در هر حالت ، دستگاه اندازه گیری دیفرانسیل مقدار حالت معمول را رد می کند ، فقط مقدار اختلاف (صفر) بین نقاط سنجش خود را ثبت می کند. همان اصل رد حالت مشترک ، خود را در مدارهای پیچیده تر و سیال نشان می دهد. مورد فرستنده DP و ولت متر را در نظر بگیرید که هر دو برای اندازه گیری مقادیر دیفرانسیل در مدار “تقسیم کننده” استفاده می شوند:

در هر حالت ، دستگاه اندازه گیری دیفرانسیل فقط به اختلاف بین دو نقطه اندازه گیری پاسخ می دهد و مقدار حالت معمول را رد می کند (97.5 PSI برای فرستنده فشار ، 5/97 ولت برای ولت متر). فقط برای جالب کردن موارد در این مثال ، “بالا” هر ابزار اندازه گیری به نقطه ای از ارزش کمتر متصل می شود ، به طوری که تفاوت اندازه گیری شده یک مقدار منفی است. مانند ولت متر دیجیتال ، فرستنده های DP مدرن به همان اندازه قادر به اندازه گیری دقیق اختلاف فشار منفی و همچنین اختلاف فشار مثبت هستند. تضاد واضح بین فشار دیفرانسیل و فشار حالت معمول برای یک ابزار DP در رتبه بندی فشار نشان داده شده بر روی صفحه نام یک فرستنده فشار دیفرانسیل مدل Foxboro 13A دیده می شود:

این پلاک نام به ما می گوید که فرستنده دارای محدوده فشار دیفرانسیل کالیبره شده از 50 H H2O (ستون آب 50 اینچ ، که فقط در حدود 1.8 PSI است) است. با این حال ، پلاک نام همچنین به ما می گوید که فرستنده دارای حداکثر فشار کار (MWP) 1500 PSI است. “فشار کار” به مقدار فشار سنجی است که برای هر درگاه مشترک است و نه فشار دیفرانسیل بین درگاه ها. در نظر گرفتن این ارقام به صورت چهره بدین معنی است که این فرستنده صفر (بدون فشار دیفرانسیل) را ثبت می کند حتی اگر فشار سنج به همان اندازه در هر دو پورت اعمال شود یک PSI کامل 1500 است! به عبارت دیگر ، این فرستنده فشار دیفرانسیل تا 1500 PSI فشار سنج معمولی را رد می کند و فقط به اختلافات کوچک فشار بین پورت ها پاسخ می دهد (1.8 دیفرانسیل PSI کافی برای تحریک فرستنده به خروجی در مقیاس کامل).