اندازه‌گیری اختلاف فشار توسط ترانسمیتر اختلاف فشار در بسیاری از شاخه‌های صنعت در اندازه‌گیری‌های مختلف استفاده می‌شود. علاوه بر اندازه‌گیری‌های مکانیکی از طریق خطوط فشار فعال یا آب‌بندهای شیمیایی، اندازه‌گیری اختلاف فشار الکترونیکی نیز اکنون در دسترس است. اما راه حل بهینه برای کاربر چیست؟ این مقاله نحوه عملکرد و تفاوت‌های بین سیستم‌ها را توضیح می‌دهد. همچنین تمرکز ویژه‌ای بر روی دقت اندازه‌گیری، ارائه پشتیبانی در تصمیم‌گیری و ارائه مثال‌های عملی دارد.
نحوه عملکرد
اندازه‌گیری اختلاف فشار مکانیکی، صرف نظر از سازنده آن، همیشه بر اساس یک اصل یکسان عمل می‌کند: دو مقدار فشار، بر یک ترانسمیتر اختلاف فشار اعمال می‌شود. لوله‌های فشار فعال یا کپیلاری‌ها در ترانسمیتر اختلاف فشار به نوعی فرآیند را از نقطه اندازه‌گیری به ابزار میدانی منتقل می‌کنند. سلول اندازه‌گیری تفاوت را به صورت مکانیکی محاسبه می‌کند که پس از تبدیل، به صورت یک سیگنال الکتریکی توسط ترانسمیتر اختلاف فشار منتشر می‌شود و به عنوان یک مقدار اندازه‌گیری شده تبدیل به خروجی می‌شود.
اندازه‌گیری اختلاف فشار الکترونیکی متفاوت است: مقادیر فشار به صورت جداگانه در نقاط اندازه‌گیری توسط یک جفت سنسور اولیه/ثانویه اندازه‌گیری می‌شوند. این دو سنسور به صورت الکتریکی به هم متصل هستند. اختلاف فشار به صورت الکترونیکی در سنسور اولیه منتشر می‌شود. شکل زیر با ارائه مثالی از اندازه‌گیری سطح در یک مخزن تحت فشار، تفاوت‌ها را نشان می‌دهد.
اندازه‌گیری اختلاف فشار مکانیکی (سمت چپ) و الکترونیکی (سمت راست)کاربردها و شرایط عملیاتی
یک کاربرد معمولی برای ترانسمیتر اختلاف فشار، اندازه‌گیری سطح در مخازن تحت فشار یا خلاء است. این مخازن ممکن است مخازن در کارخانه‌های آبجوسازی، دستگاه‌های حذف هوا از خمیر کاغذ در صنعت کاغذ، راکتورها در صنایع شیمیایی یا مخازن جمع‌آوری میعانات در نیروگاه‌ها باشند. یکی دیگر از زمینه‌های کاربردی اندازه‌گیری جریان در خطوط لوله با اوریفیس پلیت‌ها یا لوله‌های پیتوت است.
این صفحات و لوله‌ها اغلب در تولید و توزیع بخار یا در تولید بیوگاز استفاده می‌شود. اندازه‌گیری فشار تفاضلی به وسیله‌ی ترانسمیتر اختلاف فشار، بین ورودی و خروجی برای نظارت بر هرگونه آلودگی فیلترها یا عملکرد و سایش پمپ‌ها نیز به‌طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
الزامات و شرایط عملیاتی برای اندازه‌گیری فشار با ترانسمیتر اختلاف فشار می‌تواند بسیار متفاوت باشد: فشارهای استاتیک بالا تا ۶۳۰ بار (۹٫۱۴۰ psi)، حداقل اختلاف فشار چند میلی‌بار، دمای بالای فرآیند تا ۴۰۰ درجه سانتی‌گراد (۷۵۰ درجه فارنهایت)، نوسانات شدید دما، خلاء شدید مداوم، مکش و افزایش فشار، ساییدگی توسط محیط اندازه‌گیری.
فشار استاتیک توسط یک سنسور اضافی اندازه‌گیری می‌شود.
انتخاب سیستم اندازه‌گیری
جدول زیر به یافتن سیستم اندازه‌گیری مناسب کمک می‌کند:
| معیار | اختلاف فشار مکانیکی | اختلاف فشار الکترونیکی |
| فشار استاتیک بالا | ++ | – |
| نوسانات دمایی در طول فرآیند | – | ++ |
| خلاء | – | ++ |
| ساییدگی | ++ | ++
(سرامیک) |
| دمای بالای فرآیند | ++ | + |
| نصب و نگهداری ساده | – | ++ |
مثال کاربردی در صنعت داروسازی
حلال‌ها برای استخراج ماده فعال در یک مخزن تقطیر با ارتفاع تقریبی ۲.۵ متر (۸۰ فوت) از طریق تبخیر در دمای حدود ۵۰ تا ۶۰ درجه سانتی‌گراد (۱۲۰ تا ۱۴۰ درجه فارنهایت) و در خلاء بالا با فشار حدود ۰.۷۵ psi (۵۰ میلی‌بار مطلق) بازیابی می‌شوند. در گذشته، سیستم‌های اختلاف فشار مکانیکی با سیستم‌های آب‌بندی شیمیایی و کپیلاری‌ها برای این نوع کاربرد استفاده می‌شدند. گرچه خلاء و دمای شدید، منجر به گاززدایی از روغن پرکننده و در نتیجه انحراف از مقدار اندازه‌گیری شده است؛ این اندازه‌گیری عمر کوتاهی داشته و به سرعت غیرقابل استفاده می‌شود.
برعکس، اختلاف فشار الکترونیکی نیازی به خطوط کپیلاری ندارد. سلول اندازه‌گیری سرامیکی بدون روغن در ترانسمیتر اختلاف فشار نیز به طور قابل اعتماد و در دراز مدت با خلاء حتی در دماهای بالا و بدون هیچ‌گونه انحرافی کار می‌کند.
در مخزن تقطیر.
مثال کاربردی در تولید برق
هوای احتراق نیروگاه‌های با سوخت زغال‌سنگ توسط فن‌های به اصطلاح هوای فشرده – فن‌های محوری قدرتمند – تامین می‌شود. برای احتراق بهینه در دیگ بخار، باید خروجی هوا اندازه‌گیری و کنترل شود. برای انجام این کار، چندین اندازه‌گیری فشار توسط ترانسمیتر اختلاف فشار در محدوده تقریبی ۰.۴ تا ۰.۶ psi (۳۰ تا ۴۰ میلی‌بار) لازم است.
این اندازه‌گیری‌ها معمولا از طریق ترانسمیتر اختلاف فشار با محدوده اندازه‌گیری کوچک و خطوط پالس طولانی انجام می‌شوند. این کار منجر به نصب پیچیده، تغییر در مقدار اندازه‌گیری شده به دلیل تاثیرات دما و انسداد به دلیل گرد و غبار و تشکیل تراکم می‌شود. یکی دیگر از معایب، دسترسی ضعیف به ترانسمیتر اختلاف فشار در طول عملیات تعمیر و نگهداری منظم می‌باشد.
از طرف دیگر، با اختلاف فشار الکترونیکی، سنسورها به صورت مستقیم در نقاط اندازه‌گیری قرار می‌گیرند. نیازی به نصب سخت و زمان‌بر خطوط پالس نیست. علاوه بر این، در هزینه‌های مربوط به گرمایش اضافی مورد نیاز نیز صرفه‌جویی می‌شود. سلول اندازه‌گیری سرامیکی بدون روغن در ترانسمیتر اختلاف فشار، به طور مطمئن و بدون تغییر و مستقل از دماهای محیطی در بلندمدت، کار می‌کند. به لطف سلول اندازه‌گیری سرامیکی ترانسمیتر اختلاف فشار، نیازی به تمیز کردن یا تعمیر و نگهداری سنسور نیست.
نمونه کاربرد در شبکه گرمایش شهری
در شبکه‌های گرمایش منطقه‌ای چندین مخزن جبرانی با ارتفاع تقریبی ۷۰ فوت (۲۱ متر) به حفظ فشار کمک می‌کنند. آن‌ها هرگونه نشتی و همچنین نوسانات حجمی مربوط به دما را در شبکه جبران می‌کنند.
تا کنون، اندازه‌گیری سطح مورد نیاز از طریق ترانسمیتر اختلاف فشار با فلنج و خطوط کپیلاری بلند انجام می‌شد. این تعداد ترانسمیتر اختلاف فشار، در فضای باز نصب و با یک سیستم گرمایشی اضافی تجهیز می‌شدند. همچنین برای اندازه‌گیری فشار کل، سنسور دیگری باید نصب شود.
برعکس، اندازه‌گیری اختلاف فشار الکترونیکی به‌طور قابل توجهی کم‌هزینه‌تر و راحت‌تر است. تمام مقادیر اندازه‌گیری‌شده مورد نظر به وسیله‌ی ترانسمیتر اختلاف فشار را می‌توان به سیستم کنترل منتقل کرد و سنسور اضافی برای فشار کل لازم نیست.
نتیجه‌گیری
اندازه‌گیری اختلاف فشار الکترونیکی جایگزین جالبی برای اندازه‌گیری اختلاف فشار مکانیکی است. این روش، به ویژه در اختلاف دمای بالا، خلاء، سایش و در صورت نیاز به کاهش اقتصادی نقاط اندازه‌گیری، برتری دارد. تفاوت‌های فشار شدید و فشارهای استاتیک بالا، همچنان به عنوان حوزه اصلی اندازه‌گیری فشار تفاضلی مکانیکی باقی می‌ماند. تصمیم نهایی به کاربرد مورد نظر بستگی دارد.