מתמר לחץ הוא מכשיר המודד את הלחץ של נוזל, המציין את הכוח שהנוזל מפעיל על משטחים הבאים איתו במגע. מתמרי לחץ משמשים ביישומי בקרה וניטור רבים כגון זרימה, מהירות אוויר, רמה, מערכות משאבה או גובה. כדי לחשב לחץ, מתמר הלחץ מכיל קולט כוח כגון דיאפרגמה גמישה המתעוותת בעת לחץ ואלמנט התמרה שהופך עיוות זה לאות חשמלי. הצורה והשיטות של הטרנסדוקציות מותאמות לדרישות התהליך הנמדד.
כיצד פועל חיישן לחץ?
מבני מתמרי הלחץ הנפוצים ביותר כוללים קולט כוח כגון דיאפרגמה גמישה ואלמנט התמרה המשתמש בשיטה התנגדותית, קיבולית או השראתית תלויה כדי ליצור אות חשמלי. סוג המכשיר החשמלי שבו נעשה שימוש יקבע את הרכיבים המשמשים לבניית חיישן הלחץ.
מה מודד מתמר לחץ?
מתמר לחץ מודד לחץ. הוא משתמש בחיישן המסוגל להמיר את הלחץ הפועל עליו לאותות חשמליים. אותות חשמליים אלה מועברים לאחר מכן לבקרים או לבקר לוגי מיתכנת (PLC) , שם הם מעובדים ומוקלטים.
מתמרי לחץ משתמשים במדי מאמץ כדי למדוד את הכוח הפועל עליהם. מדי המאמץ עוברים עיוות וזה יוצר שינוי במתח המיוצר על ידו. מדידת הלחץ מבוססת על מידת השינוי הנראית במתח.
ישנן גם גרסאות מתקדמות של מתמרי לחץ המשתמשות בקיבול או בחיישנים פיאזואלקטריים במקום במדי המאמץ. הם נבחרים על בסיס טווח, סביבת עבודה ודיוק הנדרש מחיישן הלחץ.
כיצד פועל משדר לחץ סטטי?
מתמרי לחץ סטטיים מודדים את הלחץ של נוזל כאשר הוא נמצא במנוחה. מתמרי לחץ סטטיים הם מכשירי ניטור הלחץ הנפוצים ביותר.
כאשר נוזל מפעיל לחץ על מתמרי הלחץ, מתמר המאמץ (או החיישן) שבתוכו מתעוות. עיוות זה גורם לשינויים במתח. גודל השונות תואם את עוצמת הלחץ. ברגע שהלחץ משתחרר, מד המאמץ חוזר לצורתו המקורית.
מתמרי לחץ פיאזואלקטריים הם דוגמה למתמרי לחץ לא סטטיים או דינמיים. הם אינם יכולים למדוד לחץ סטטי, במקום זאת, הם מודדים סטיות לחץ בזמן אמת.
מתמר לחץ פיזוריסטי
מתמר לחץ פיזוריסטי טיפוסי משתמש במדי מאמץ המחוברים לסרעפת גמישה כך שכל שינוי בלחץ גורם לעיוות קטן, או מתח, בחומר הסרעפת. העיוות משנה את ההתנגדות של מדי המאמץ, המסודרים בדרך כלל כגשר ויטסטון, ומספק המרה נוחה של מדידת הלחץ לאות חשמלי שמיש.
קיבול מתמר לחץ
למתמר לחץ קיבול משתנה יש לוח קיבולי (דיאפרגמה) ולוח קיבולי נוסף (אלקטרודה) המקובעים למשטח ללא לחץ עם רווח של מרחק מסוים בין הסרעפת לאלקטרודה. שינוי בלחץ ירחיב או יצמצם את הפער בין שני הלוחות, מה שמשנה את הקיבול. שינוי זה בקיבול מומר לאחר מכן לאות שמיש.
מדידת לחץ: סוגי מתמרי לחץ
ישנן שלוש הפניות לחץ מוגדרות למדידת לחץ. גם אם ישנם סוגים אחרים, כמו ואקום לדוגמא, כולם יכולים להיות מסווגים לשלוש קטגוריות אלה. עם חיישני לחץ מסוג דיאפרגמה, הכי קל להבין את לחץ הייחוס כלחץ המופעל בצד השני של הסרעפת מהתהליך הנמדד.
מתמר לחץ מוחלט
מודד את הלחץ ביחס לריק מושלם, תוך שימוש באפס מוחלט כנקודת ייחוס. דוגמה לכך היא מתמר לחץ ברומטרי. אלה כוללים גם מד אטום, שבו האות הוסט כדי להתאים ללחץ המד בזמן הבנייה.
מתמר לחץ מד
מודד את הלחץ ביחס ללחץ האטמוספרי. דוגמה לכך היא חיישן לחץ אוויר בצמיגים. כולל גם חיישני ואקום, שהאותות שלהם הפוכים כך שהם מאותתים חיוביים כאשר הלחץ הנמדד נמוך מהלחץ האטמוספרי.
מתמר לחץ דיפרנציאלי
מודד את ההבדל בין שני לחצים בכל צד של החיישן. דוגמה לכך היא מתמר לחץ נוזלי שבו נמדדות רמות הנוזל מעל ומתחת לנוזל.
סוגי יציאות של אות לחץ
כאשר הוא מחובר למקור חשמלי ולמקור לחץ, מתמר לחץ יפיק אות פלט חשמלי פרופורציונלי ללחץ. זה עשוי להיות מתח, זרם או תדר. ישנם ארבעה פרמטרי פלט שונים זמינים. להלן סיכום של התפוקות ומתי הכי טוב להשתמש בהן.
מתמר לחץ דיגיטלי:
אות דיגיטלי, כמו אלה במתמרי לחץ פלט דיגיטליים, מספק רב-תכליתיות רבה יותר מאלה עם אותות אנלוגיים, לעתים קרובות הם נקראים מכשירים חכמים, מכיוון שהם מספקים פונקציונליות רבה יותר מאשר סוגי חיישנים אחרים.
חיישנים חכמים יכולים לעתים קרובות לתאר את המיקום שלהם, מידע כיול, לרשום נתונים, לזהות אירועים חריגים או להפעיל אזעקות. בעת בחירת פלט דיגיטלי, מכיוון שקיימים פרוטוקולי תקשורת רבים זמינים, חשוב לבחור פרוטוקול התואם למערכת שבה אתה משתמש. בהתאם לפרוטוקול, מרחקי השידור יכולים להיות יותר מקילומטר.
שימוש מיטבי: מרחקי שידור ארוכים, חישה חכמה.
חיישן לחץ יציאה מיליוולט:
הפלט בפועל עומד ביחס ישר לעוצמת הקלט או העירור של מתמר הלחץ. אם העירור משתנה, גם התפוקה תשתנה. בגלל תלותו ברמת העירור, ספקי כוח מוסדרים מוצעים לשימוש עם מתמרים מיליוולט.
החיישן לא אמור להיות בסביבה רועשת חשמלית מכיוון שאות הפלט כל כך נמוך. עם זאת, התקנים אלה יכולים להתמודד בקלות עם סביבות קשות יותר מאשר סוגי פלט אחרים בשל היעדר שלב מיזוג האות של הפלט והעיצוב הקומפקטי שלו.
שימוש מיטבי: כאשר מדובר במרחק קצר בין המתמר למכשיר הקריאה, יש רעש חשמלי מינימלי, או שנדרש חיישן לחץ עמיד יותר כדי לעמוד בסביבה קשה.
חשמליות לחץ מתח:
בסוג זה של חיישן לחץ, הפלט הוא בדרך כלל 0-5dc או 0-10Vdc ומספק פלט גבוה יותר מאשר מתמר מיליוולט בשל מצב האות האינטגרלי שלו.
למרות שהוא ספציפי למודל, פלט המתמר אינו בדרך כלל פונקציה ישירה של עירור. משמעות הדבר היא שספקי כוח לא מוסדרים מספיקים לעתים קרובות כל עוד הם נמצאים בטווח הספק מוגדר. יש להם תפוקה ברמה גבוהה יותר ולכן אינם רגישים לרעש חשמלי כמו מתמרים מיליוולטים.
שימוש מיטבי: סביבות תעשייתיות שבהן עלול להיות רעש חשמלי.
משדר לחץ יציאה mA:
mA הוא הפלט הנפוץ ביותר בשימוש. האות יכול לנוע בין 0 ל -4 mA עד 20 mA והוא מתוכנן כמתקן דו-חוטי שבו קווי אספקת החשמל מספקים מתח למתמר והמתמר שולט בזרם במעגל כדי ליצור את האות.
תצורה זו הופכת את האות לחסין יותר מפני הפרעות חשמליות ומאפשרת ריצות כבלים ארוכות.
אולי יעניין אתכם גם: כיפת לחיצה | משדרי לחץ | חיישן לחץ לנוזלים וגזים