أنواع أجهزة ناقل الضغط ومزایاه ومعایبه

مرسل الضغط

أجهزة ناقل الضغط أو مرسل الضغط عبارة عن معدات لقياس الضغط المطلق والضغط النسبي واختلاف الضغط. يختلف هيكل وتشغيل أجهزة الإرسال المستخدمة لكل من هذه الضغوط. في هذا القسم، بعد أن تكلمت في مقال سابق عن “ماهو ناقل الضغط وکیف یعمل”، سوف نقدم بإيجاز أنواع أجهزة الإرسال بناءً على نوع الضغط القابل للقياس؛ مع مزایا و عیوب هذه الأجهزه.

ما هو ناقل الضغط وكيف يعمل؟

ما هو مرسل الضغط المطلق؟

“مرسل الضغط المطلق”(Absolute Pressure Transmitter)، هو ​​جهاز يستخدم لقياس ضغط السوائل الغازية، والسوائل، والهواء بالنسبة إلى النقطة المرجعية الصفرية (الفراغ). يتكون جهاز الإرسال هذا من مستشعر داخلي (بيئة معزولة بضغط صفري مطلق). يخلق ملامسة السائل مع حجرة المستشعر فرق ضغط يشير إلى الضغط المطلق للسائل. يتم إرسال هذا الضغط كإشارة من المستشعر إلى جهاز الإرسال. بعد استقبال هذه الإشارة وتحويلها إلى بيانات قياسية، يرسل جهاز الإرسال إشارة أخرى إلى وحدة التحكم. تكون إشارة الخرج لجهاز إرسال الضغط المطلق في شكل تيار تناظري أو رقمي ويمكن قياس نطاق الضغط بواسطته بين 0 و 69 كيلو باسكال.

مرسل الضغط المطلق
مثال على مرسل الضغط المطلق المتصل بمشعب ثنائي الاتجاه


تستخدم أجهزة إرسال الضغط المطلق في العديد من الصناعات والعمليات مثل الأدوية ومعالجة الأغذية والنفط والغاز والبتروكيماويات والمعالجة الكيميائية والدراسات العلمية. تُستخدم أجهزة الإرسال هذه بشكل شائع لمراقبة تشغيل مضخات التفريغ، وقياس ضغط السوائل، والتعبئة الصناعية، والتحكم في العمليات الصناعية، وفحص جودة المعدات الفضائية. في كل هذه الحالات، يتطلب قياس الضغط أساسًا متينًا. تستخدم أيضًا أجهزة إرسال الضغط المطلق لقياس السطح ودرجة الحرارة ومعدل التدفق للأنظمة المغلقة.

ما هو مرسل الضغط النسبي؟

“مقياس الضغط النسبي”(Gauge Pressure Transmitter)، هو جهاز يستخدم لقياس ضغط السوائل بالنسبة للضغط المحيط. لا يوجد مستشعر هذا النوع من أجهزة الإرسال، على عكس مرسل الضغط المطلق، في مكان مغلق تمامًا. إن وجود قناة متصلة بالجزء الخارجي من جهاز الإرسال (كما هو موضح أدناه) يعرض المستشعر للضغط المحيط. في الواقع، يتغير أساس قياس الضغط من الصفر المطلق إلى الصفر النسبي (الضغط الجوي). في هذه الحالة، يؤدي تطبيق ضغط السائل على المستشعر إلى إرسال إشارة من مقياس الضغط إلى المرسل وتحويلها إلى إشارة قياسية. معظم أجهزة الاستشعار المستخدمة في أجهزة إرسال الضغط النسبي قادرة على قياس أقصى ضغط قدره 50 ميجا باسكال.

مرسل الضغط النسبي
مثال على جهاز إرسال الضغط النسبي


تستخدم أجهزة إرسال مقياس الضغط النسبي في الحالات التي يكون فيها من الضروري التحكم في تغيرات الضغط بالنسبة إلى الضغط المحيط. على سبيل المثال، التغيير في الضغط الجوي له تأثير مباشر على مستوى السائل في الخزان. تتيح أجهزة إرسال الضغط النسبي إمكانية التحكم في تغيرات السطح وضبط النظام بناءً على الضغط المحيط. تستخدم أجهزة الإرسال هذه أيضًا في الطب. تشمل التطبيقات الطبية لأجهزة إرسال مقياس الضغط التحكم في عملية إزالة السوائل من جروح المرضى، وتنظيم ضغط كبسولات الأكسجين، وقياس ضغط الدم (جهاز إرسال ضغط الدم).

ما هو ناقل الضغط التفاضلي أو مرسل اختلاف الضغط؟

جهاز إرسال الضغط التفاضلي، أو DP، هو جهاز يستخدم لقياس فرق الضغط بين نقطتين في النظام. أجهزة إرسال الضغط التفاضلي هي أكثر أنواع أجهزة الإرسال شيوعًا والمستخدمة في أنظمة التحكم في السوائل. بالطبع، من الناحية الفنية، تعمل معظم أجهزة إرسال الضغط على مبادئ مرسلات فرق الضغط. على سبيل المثال، في جهاز إرسال مقياس الضغط النسبي، يتم أخذ الضغط الجوي كأساس لقياس فرق الضغط. إذا كان المستشعر في جهاز إرسال الضغط التفاضلي يتصل بنقطة أخرى في النظام، فسيتم استخدام ضغط هذه النقطة كأساس للقياس.

ناقل الضغط التفاضلي
مثال على جهاز إرسال اختلاف الضغط

تستخدم أجهزة إرسال الضغط التفاضلي بشكل شائع للتحكم في قطرات الضغط في أنظمة معالجة المياه، ومنشآت تكييف الهواء، ومعالجة الأغذية، والمستحضرات الصيدلانية، والورق، والبتروكيماويات، والمصافي، ومحطات الطاقة، والمعدات البحرية والغواصات. يمكن لهذا الجهاز قياس الكميات الفيزيائية الأخرى مثل الكثافة والتدفق والسطح واللزوجة(viscosity).

اجزاء جهاز مرسل اختلاف الضغط

يتكون جهاز إرسال فرق الضغط من العناصر الأولية(Primary Element) والعناصر الثانوية(Secondary Element) والحجرة الرئيسية(Electronics Housing). العناصر الأساسية مسؤولة عن إحداث فرق في الضغط عند تغيير تدفق السوائل. تشمل العناصر الأساسية المستخدمة في تركيب وتشغيل أجهزة إرسال الضغط التفاضلي لوحة Orifis، وأنبوب فنتوري أو أنبوب pitot، وفوهة، وعنصر تدفق رقائقي(laminar flow element)، وعنصر إسفين(wedge element). العناصر الثانوية هي أيضًا مكونات أجهزة استشعار الضغط التي، من خلال الاتصال بنقطتين في النظام، ترسل إشارة كهربائية تشير إلى فرق الضغط إلى الغرفة الرئيسية لجهاز الإرسال. العناصر الموجودة في الغرفة الرئيسية، مع حماية مكونات جهاز الإرسال، مسؤولة عن تفسير الإشارات الكهربائية وإرسالها كتيار قياسي إلى وحدة التحكم.

أنواع أخرى من أجهزة إرسال الضغط

هناك أنواع عديدة من أجهزة إرسال الضغط، كل منها يستخدم في أنظمة مختلفة وللتطبيقات المختلفة. في القسم السابق، قدمنا ​​بعض هذه الأنواع من المعدات بناءً على نوع الضغط القابل للقياس. تشمل الأنواع الأخرى من أجهزة إرسال الضغط ما يلي:

  • أجهزة إرسال الضغط الهيدروستاتيكي(Hydrostatic pressure transmitters): أجهزة الإرسال المستخدمة للتحكم في مستويات السوائل وقياسها
  • جهاز إرسال ضغط القلمي(Pen pressure transmitter): أجهزة إرسال صغيرة بدون عرض ضغط
  • مرسلات الضغط المتفجر(Explosive pressure transmitters):  مرسلات لقياس الضغط في المناطق المعرضة للانفجار والاهتزازات الشديدة
  • أجهزة إرسال الضغط الذكية(Explosive pressure transmitters): أجهزة إرسال صغيرة وقوية بسلكين للاستخدام في البيئات عالية الخطورة مع مساحة تركيب محدودة
  • جهاز إرسال هوائي(Pneumatic transmitter): هو نوع من أجهزة إرسال الضغط التفاضلي مع مرحلات هوائية وأجهزة استشعار فوهة.

كيف يعمل الارسال الضغط؟

يعمل ناقل الضغط باستخدام مبادئ ميكانيكا الموائع. يتطلب فهم كيفية عمل هذه المعدات الإلمام بمفهوم الضغط. يتم تمثيل القوة المؤثرة على السطح بكمية فيزيائية تسمى الضغط. يتم الحصول على هذه الكمية بقسمة القوة على المنطقة. للسوائل نوعان من الضغط (الضغط الساكن والضغط الديناميكي). الضغط الساكن هو القوة التي يمارسها وزن السائل على سطح الطبقات السفلية في حالة السكون. الضغط الهيدروستاتيكي الناتج عن الماء في خزان السد هو أحد أنواع الضغوط الساكنة. إذا تحرك السائل، يتم إنشاء ضغط آخر داخل النظام، وهو ما يسمى بالضغط الديناميكي. تستند قياسات الضغط الديناميكي إلى معادلة برنولي.

يتكون جهاز إرسال الضغط من قسم لقياس ضغط النظام وقسم لتحويل الضغط إلى إشارة قياسية. مهمة تحويل الطاقة الميكانيكية من ضغط المائع إلى إشارة كهربائية في أجهزة الإرسال هي مسؤولية مستشعر الضغط. عادة ما تكون مستشعرات الضغط المستخدمة في أجهزة إرسال الضغط سعوية أو كهرضغطية أو مقياس ضغط. تقيس هذه المستشعرات ضغط الضغط المكافئ باستخدام الدوائر الكهربائية وترسله إلى جهاز الإرسال عن طريق تجميع القوة الميكانيكية الناتجة عن ضغط السائل عبر الحجاب الحاجز أو المكبس أو أنبوب بوردون.

مستشعر الضغط السعوي

توضح الصورة أعلاه مثالاً على تكوين أجهزة الاستشعار بالسعة المستخدمة في أجهزة إرسال الضغط. يصطدم السائل بالحجاب الحاجز، ويغير المسافة بين الأقطاب الكهربائية ويغير سعة المكثف. يتم قياس هذا التغيير في السعة كإشارة كهربائية بواسطة دائرة كهربائية وإرسالها إلى جهاز إرسال. تكاد تكون آلية تشغيل أجهزة الاستشعار الأخرى هي نفس آلية تشغيل المستشعرات السعوية. تعمل مستشعرات قياس الإجهاد، على سبيل المثال، عادةً عن طريق تحويل تغيرات المقاومة إلى إشارات كهربائية مكافئة.

أخيرًا، يستقبل جهاز الإرسال إشارة المستشعر ويرسلها إلى وحدة التحكم كتيار كهربائي (عادةً من 4 إلى 20 مللي أمبير). عادة ما تكون العملية العامة لأنظمة القياس والتحكم على النحو التالي:

  1. الكمية المادية: معلمة تم فحصها في النظام
  2. المستشعر / محول الطاقة: جهاز لقياس الكمية أو التغيير في الكمية المادية، وتحويلها إلى إشارات تمثيلية أو رقمية، وإرسال إشارة إلى جهاز إرسال.
  3. جهاز الإرسال: تلقي إشارة مستشعر وتحويلها إلى إشارة قياسية وإرسال إشارة قابلة للقياس إلى وحدة التحكم
  4. جهاز التحكم: استقبال إشارة جهاز إرسال وإنشاء إخراج يمكن التحكم فيه للعنصر النهائي
  5. العنصر النهائي: الجهاز المستخدم لتغيير العملية حسب المعايير المحددة من قبل المتحكم
  6. المسجل: جهاز يعرض تغيرات الإشارة (الكمية) بناءً على الوقت.

ما هي مزايا وعيوب أجهزة إرسال الضغط؟

تعد أجهزة إرسال الضغط من أكثر أنواع الأجهزة المستخدمة على نطاق واسع في أنظمة التحكم في السوائل. تستخدم هذه الأدوات في صناعات مختلفة ولأغراض مختلفة. تتمثل أهم مزايا أجهزة إرسال الضغط فيما يلي:

  • القدرة على قياس مستويات السوائل والكميات الفيزيائية الأخرى بالإضافة إلى فروق الضغط
  • المتانة العالية وسهولة الاستخدام في الظروف البيئية القاسية (حتى تحت الماء)
  • القدرة على إرسال الإشارات عبر مسافات طويلة بأقل خسارة ممكنة للإشارة
  • مجموعة متنوعة من النماذج للاستخدام في مواقف مختلفة
  • مقاومة المجالات الكهرومغناطيسية والإشعاع المشع بسبب التصنيع بمواد كهرضغطية(piezoelectric materials)
  • القدرة على الاتصال بأنظمة أخرى مثل الدوائر الكهربائية للمعايرة لقياس الضغط بدقة

بعض القيود المفروضة على أجهزة إرسال الضغط هي:

  • تكلفة أولية عالية
  • استهلاك الطاقة
  • وصول صعب

ما هو الفرق بين المرسل والمحول؟

“محول الضغط”(Pressure Transducer)، هو جهاز يستخدم لتحويل إشارة ميكانيكية إلى إشارة كهربائية. محول الطاقة الكهربائي، على سبيل المثال، يقيس بشكل مباشر كمية أو تغير الكميات الفيزيائية، مثل درجة الحرارة، ويحولها إلى إشارة تناظرية مكافئة. عادة ما يكون خرج محول الطاقة على شكل جهد. جهاز الإرسال مسؤول عن استقبال الإشارة الكهربائية لمحول الطاقة، وتحويلها إلى إشارة كهربائية أكبر بكثير، وإرسال إشارة قابلة للتفسير إلى نظام التحكم (PLC أو CS) عبر مسافات أطول. عادة ما يكون خرج جهاز الإرسال بالأمبير.

محول ضغط (يمين) وجهاز إرسال ضغط (يسار)

تُعرف أجهزة إرسال ومحولات الضغط أيضًا باسم  “مستشعرات الضغط”(Pressure Sensor). تعتمد استخدامات هذه الأجهزة لقياس الضغط على ظروف النظام والمخرجات المطلوبة. في قسم العوامل التي تؤثر على اختيار جهاز إرسال مناسب، نناقش تأثير الظروف البيئية ومواصفات النظام على استخدام كل من هذه المعدات.

منشور ذات صلة
المحول الحفاز 6 Minutes

ما هو المحول الحفاز ولماذا تحتاج واحد؟

أمير مقدم

مع قيام الحكومات بضغط شديد على صناعة السيارات، في السبعينيات، فرضت حكومة الولايات المتحدة قانونًا ينص على أن كل سيارة تم تصنيعها من ذلك العام فصاعدًا يجب أن تكون مزودة بجهاز يسمى المحول الحفاز.

السيارة الكهربائية 6 Minutes

كيف يعمل محرك السيارة الكهربائية؟

أمير مقدم

تعمل البطارية في السيارة الكهربائية باستخدام التيار المباشر. ولكن عندما يتعلق الأمر بالمحرك الرئيسي للسيارة الكهربائية (الذي يوفر قوة دفع للمركبة)، يجب تحويل طاقة التيار المستمر هذه إلى تيار متردد عبر العاكس.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

السلة