كيف يعمل جهاز إرسال الضغط؟ الارسال مقابل محول

إذا قضيت أي وقت في دراسة الأجهزة الصناعية، فمن المؤكد أنك سمعت أشخاصًا يتبادلون "محول الطاقة" و"جهاز الإرسال" ذهابًا وإيابًا. ويخلط الفنيون الجدد بينهما، وتطلب فرق المشتريات أحدهما عندما يقصدون الآخر، وحتى بعض كتالوجات المنتجات تستخدم المصطلحين بالتبادل. يسبب هذا الارتباك مشاكل حقيقية في الموقع - لقد رأيت تأخيرات في المشروع وإرجاع الشحنات يحدث ببساطة لأنه لم يتوقف أحد لتوضيح ما يفعله كل جهاز بالضبط، وكيف يعملان معًا.

والحقيقة هي أنهم ليسوا نفس الشيء. يعمل محول الطاقة وجهاز الإرسال كزوج، وكل جهاز إرسال الضغطيعتمد على كلا الجزأين لأخذ قراءة الضغط المادي وإرسالها عبر المصنع إلى نظام التحكم.

يكسر هذا الدليل الفرق الأساسي بين الاثنين، ويشرح خطوة بخطوة كيفية عمل جهاز إرسال الضغط النموذجي، ويشرح الأنواع الثلاثة الأكثر شيوعًا لقياس الضغط، ويغطي إشارات الإخراج القياسية التي ستراها في كل محطة معالجة. وفي النهاية، ستكون قادرًا على التمييز بين الاثنين، وفهم ما يحدث داخل مبيت جهاز الإرسال، واتخاذ قرارات أفضل لتحديد الحجم لتطبيقاتك الخاصة.

جهاز الإرسال مقابل محول الطاقة: ما هو الفرق الفعلي؟

أسهل طريقة لإبقائها مستقيمة هي: يستشعر محول الطاقة الضغط، ويرسل المرسل الإشارة. إنهما وظيفتان منفصلتان غالبًا ما يتم تجميعهما معًا داخل جهاز واحد - ولهذا السبب يخلط الكثير من الأشخاص بين المصطلحات.

ماذا يفعل محول الطاقة

محول الطاقة هو جهاز يحول شكلاً من أشكال الطاقة إلى شكل آخر. في قياس الضغط، يتم أخذ القوة الميكانيكية الفيزيائية من ضغط السائل أو الغاز وتحويلها إلى إشارة كهربائية صغيرة وضعيفة.

يكون هذا الخرج الكهربائي الخام صغيرًا جدًا - عادة بالميلي فولت - وهو غير موحد. وهو يختلف من تصميم مستشعر إلى آخر، كما أنه أضعف من أن يسافر أكثر من مسافة قصيرة دون التقاط الضوضاء وفقدان الدقة. إن إشارة محول الطاقة الخام في حد ذاتها ليست مفيدة لإرسالها إلى PLC أو DCS على الجانب الآخر من المنشأة.

تأتي محولات الطاقة في العديد من تقنيات الاستشعار: مقياس الضغط، والسعة، والكهرضغطية، وقياس الجهد، والمزيد. أي واحد يتم استخدامه يعتمد على نطاق الضغط ونوع الوسط ودرجة الحرارة ومتطلبات الدقة للتطبيق.

ماذا يفعل جهاز الإرسال

يأخذ جهاز الإرسال الإشارة الكهربائية الضعيفة-من محول الطاقة ويضبطها، ويضخمها ويحولها إلى إشارة خرج صناعية قياسية يمكنها السفر لمسافات طويلة بشكل موثوق.

تتمثل مهمة المرسل في تحويل إشارة متغيرة صغيرة إلى نطاق ثابت ومعترف به عالميًا - الأكثر شيوعًا 4-20 مللي أمبير للحلقات الحالية، أو 1-5 فولت لمخرجات الجهد - حيث يساوي الجزء السفلي من النطاق 0% من الضغط المقاس، والجزء العلوي يساوي 100%. يمكن لهذه الإشارة القياسية أن تعمل لمئات الأمتار عبر أسلاك المحطة دون فقدان الدقة، وكل نظام تحكم في العالم يعرف كيفية تفسيرها.

لماذا تختلط المصطلحات في كثير من الأحيان

تقريبًا جميع أجهزة إرسال الضغط الحديثة المباعة اليوم تحتوي على كل من عنصر استشعار محول الطاقة ودائرة الإرسال داخل مبيت واحد. بالنسبة لمعظم الأدوات الميدانية، لا تشتريها بشكل منفصل - بل تشتري مجموعة كاملة.

بمرور الوقت، بدأت الصناعة في تسمية الوحدة بأكملها بأي من الاسمين. يسميه بعض البائعين محول طاقة الضغط، ويطلق عليه آخرون اسم مرسل الضغط، وبالنسبة لمعظم الوحدات الميدانية -الجاهزة-، يشير كلا الاسمين إلى نفس المنتج الكامل. لا يهم التمييز إلا عندما تقوم بإصلاح المكونات الداخلية، أو تحديد حجم المستشعرات الأولية للإصدارات المخصصة، أو مقارنة أجزاء مستوى -المكونات.

كيف يعمل جهاز إرسال الضغط فعليًا (خطوة بخطوة)

يوجد داخل كل جهاز إرسال ضغط صناعي ثلاث مراحل أساسية: الحجاب الحاجز العازل، ومحول الاستشعار، ودائرة إشارة المرسل. إليك ما يحدث في كل مرحلة عند تطبيق ضغط العملية.

المرحلة 1: يقوم غشاء القياس بإجراء أول اتصال

لا يلمس سائل أو غاز المعالجة أبدًا عنصر الاستشعار الدقيق بشكل مباشر. يتم الضغط أولاً على غشاء قياس رفيع وقوي ملحوم أو مثبت على وجه توصيل العملية الخاص بالمرسل.

يتكون هذا الغشاء من الفولاذ المقاوم للصدأ، أو مادة Hastelloy، أو أي مادة أخرى مقاومة للتآكل-ومطابقة لوسط المعالجة. إنه ينثني قليلاً تحت الضغط، وينقل تلك القوة من خلال سائل التعبئة (عادةً زيت السيليكون أو سائل خامل آخر) إلى عنصر المستشعر الفعلي على الجانب الآخر.

يخدم هذا الفصل غرضين حاسمين:

• إنه يحمي مواد الاستشعار الهشة من وسائط المعالجة المسببة للتآكل أو الكشط أو القذرة
• فهو يسمح بمعايرة المستشعر وإغلاقه في المصنع، بحيث يظل دقيقًا لسنوات في الظروف الميدانية القاسية

المرحلة 2: يقوم محول الطاقة بتحويل القوة إلى إشارة كهربائية

خلف سائل التعبئة يوجد محول الطاقة - وهو مستشعر الضغط الفعلي. ثلاث تقنيات هي الأكثر شيوعًا في تطبيقات العمليات الصناعية:

أجهزة استشعار قياس الضغطهي الأكثر استخداما على نطاق واسع. يتم ربط نمط من المقاومات الحساسة للإجهاد-بغشاء صلب. عندما يؤدي الضغط إلى انحراف الحجاب الحاجز، فإن المقاومات تتمدد أو تنضغط، مما يؤدي إلى تغيير مقاومتها الكهربائية. هذا التغيير صغير جدًا ويتم قياسه من خلال دائرة جسر ويتستون، مما ينتج عنه خرج بمستوى ميلي فولت- يتناسب مع الضغط.

أجهزة الاستشعار بالسعةاستخدم لوحتين معدنيتين متوازيتين، واحدة ثابتة والأخرى متصلة بغشاء مرن. ومع تحريك الضغط للحجاب الحاجز، تتغير الفجوة بين اللوحات، مما يؤدي إلى تغير السعة الكهربائية. هذا التصميم مستقر جدًا عند نطاقات الضغط المنخفضة جدًا ويعمل بشكل جيد في ظل تقلبات درجات الحرارة الواسعة.

أجهزة استشعار كهرضغطيةتوليد جهد صغير مباشرة عندما يتم وضع المادة البلورية تحت الضغط الميكانيكي. وهي تتفوق في قياس الارتفاعات السريعة في الضغط وتغيرات الضغط الديناميكي، ولكنها أقل شيوعًا لقياس ضغط العملية-في الحالة الثابتة.

وفي كل الأحوال، النتيجة النهائية هي نفسها: إشارة كهربائية صغيرة جدًا تتغير مع تغير الضغط. وهذه الإشارة في حد ذاتها ضعيفة جدًا ويمكن تشويهها بسهولة بحيث لا يمكن إرسالها عبر النبات.

المرحلة 3: تنتج دائرة الإرسال مخرجًا قياسيًا

يتم تغذية إشارة محول الطاقة الخام إلى لوحة الدائرة الإلكترونية لجهاز الإرسال. يقوم هذا المجلس بثلاثة أشياء رئيسية:

1. تكييف الإشارة: يقوم بتصفية الضوضاء الكهربائية، وتعويض انحراف درجة الحرارة، وجعل الإخراج خطيًا بحيث تتطابق الإشارة مع الضغط بالتساوي عبر النطاق الكامل.

2. التضخيم: إنه يعزز إشارة الميليفولت الصغيرة إلى مستوى قوي وقابل للاستخدام.

3.التوحيد القياسي: يقوم بتحويل الإشارة إلى نطاق إخراج معترف به عالميًا - دائمًا تقريبًا 4–20 مللي أمبير لتركيبتين صناعيتين من الأسلاك، أو 1–5 فولت لاستخدام الخزانة ذات مسافة أقصر.

يتم تشغيل الإشارة الموحدة النهائية عبر أطراف الإرسال إلى نظام التحكم، حيث يقرأ PLC أو DCS قيمة التيار أو الجهد ويعيدها إلى قراءة الضغط الفعلية.

3 أنواع قياس الضغط الشائعة

لا تقوم أجهزة إرسال الضغط جميعها بقياس الضغط بنفس الطريقة. ما يشيرون إليه على أنه "نقطة الصفر" يغير كيفية تفسير القراءة. هناك ثلاثة أنواع رئيسية، واختيار النوع الخطأ هو خطأ شائع جدًا في تحديد الحجم.

قياس الضغط

يعد قياس الضغط هو النوع الأكثر شيوعًا المستخدم في محطات المعالجة. يقيس الضغط نسبة إلى الضغط الجوي الحالي.

عندما يقرأ جهاز قياس الضغط 0، فهذا يعني أن الضغط الداخلي يساوي ضغط الهواء المحيط بالخارج. يتم عادةً تسمية القراءات بلاحقة (g)، مثل psi(g) أو bar(g).

يُستخدم مقياس الضغط لمعظم قياسات ضغط الخزان وضغط الخط وتفريغ المضخة بشكل عام. إذا لم يكن لديك سبب محدد لقياس الضغط المطلق أو التفاضلي، فمن المؤكد أنك تحتاج إلى قياس الضغط.

الضغط المطلق

يتم قياس الضغط المطلق بالنسبة للفراغ المثالي - 0 psi(a)=الفراغ الكلي. ويشمل الضغط الجوي كجزء من القراءة.

عند مستوى سطح البحر، يبلغ الضغط الجوي الطبيعي حوالي 14.7 رطل لكل بوصة مربعة (أ). وهذا يعني أن الخزان المفتوح للغلاف الجوي سوف يقرأ 14.7 رطل لكل بوصة مربعة (أ) على جهاز إرسال الضغط المطلق، و0 رطل لكل بوصة مربعة (جم) على جهاز إرسال قياس الضغط.

يُستخدم الضغط المطلق في عمليات التفريغ وأنظمة الغاز المغلقة وقياسات ضغط البخار وأي تطبيق تحتاج فيه إلى قراءة مستقلة عن التغيرات في الضغط الجوي المحلي.

الضغط التفاضلي

تقوم أجهزة إرسال الضغط التفاضلي (DP) بقياس الفرق في الضغط بين منفذي إدخال منفصلين. إنهم لا يخبرونك بالضغط عند أي من النقطتين - فقط كم هو أعلى من الجانب الآخر.

هذا نوع قياس متعدد الاستخدامات للغاية. تستخدم أجهزة إرسال الضغط التفاضلي من أجل:

• قياس التدفق عبر لوحات الفتحة وأنابيب الفنتوري وفوهات التدفق
• قياس المستوى في الخزانات المضغوطة من خلال مقارنة ضغط الرأس بضغط غطاء الغاز
• كشف انسداد الفلتر والمصفاة عن طريق قياس هبوط الضغط
• مراقبة الضغط التفاضلي للمضخة

يعمل المستشعر الداخلي بنفس الطريقة الأساسية، ولكنه يتعرض للضغط على جانبي حاجز الاستشعار بدلاً من جانب واحد فقط.

إشارات الخرج القياسية: 4–20 مللي أمبير مقابل . 1–5 فولت

ستشاهد معيارين للإخراج مستخدمين في جميع أجهزة إرسال الضغط الصناعية تقريبًا. ولكل منها حالة الاستخدام الأفضل الخاصة به.

حلقة تيار 4–20 مللي أمبير (الأكثر شيوعًا)

تعتبر الإشارة 4–20 مللي أمبير هي العمود الفقري للتحكم في العمليات الصناعية . 4 مللي أمبير تتوافق مع 0% من نطاق الضغط، و20 مللي أمبير تتوافق مع 100%.

أكبر ميزة للإشارة الحالية هي أنها لا تتحلل مع مرور الأسلاك الطويلة، كما أنها شديدة المقاومة للضوضاء الكهربائية الصادرة عن المحركات، وVFDs ومعدات المصنع الأخرى. كما أنه يدعم تشغيل سلكين-، حيث يقوم نفس زوج الأسلاك بتزويد جهاز الإرسال بالطاقة ويحمل إشارة القياس.

إن "الصفر الحي" بقدرة 4 مللي أمبير مقصود: إذا انخفضت الإشارة إلى 0 مللي أمبير، فإن نظام التحكم يتعرف عليها على الفور على أنها سلك مكسور أو جهاز إرسال فاشل، وليس كقراءة ضغط صفر. هذه ميزة هامة للسلامة والتشخيص.

خرج الجهد 1-5 فولت

تعد مخرجات الجهد أقل شيوعًا في التركيبات الميدانية ولكنها تستخدم على نطاق واسع في خزانات التحكم ومناضد الاختبار وتطبيقات المسافة الأقصر . 1 نطاق=0%، نطاق 5 فولت=100%.

تعتبر إشارات الجهد أبسط وأرخص بالنسبة للمسافات القصيرة، ولكنها تفقد دقتها على المسافات الطويلة بسبب مقاومة الأسلاك، كما أنها تلتقط التداخل الكهربائي بسهولة أكبر. كما أنها تتطلب أسلاك طاقة منفصلة. بالنسبة لأي شيء خارج بيئة الخزانة الخاضعة للرقابة، يكون 4-20 مللي أمبير دائمًا هو الخيار الأفضل.

نصائح الاختيار السريع والمفاهيم الخاطئة الشائعة

بعد العمل باستخدام هذه الأدوات عبر مصانع المعالجة، هناك بعض الأخطاء التي أراها تتكرر أكثر من غيرها.

1. لا تشتري الضغط المطلق عن طريق الصدفة. إذا طلبت جهاز إرسال مطلقًا لتطبيق ضغط قياسي، فستكون جميع قراءاتك أقل بنحو 14.7 رطل لكل بوصة مربعة. تأكد دائمًا-من نوع المرجع قبل تقديم الطلب.

2.4-20 مللي أمبير لم يعد قديمًا. حتى مع جميع بروتوكولات ناقل المجال الرقمي المتاحة اليوم، لا يزال معيار الإشارة العادي 4-20 مللي أمبير هو الأكثر دعمًا عالميًا، والأسهل في استكشاف الأخطاء وإصلاحها، ومعيار الإشارة الأكثر موثوقية لقياس الضغط الأساسي.

3. الدقة تعتمد على أكثر من المستشعر. سيظل محول الطاقة عالي الدقة-يعطي قراءات سيئة إذا تم تركيبه بشكل خاطئ، أو تعرضه لدرجات حرارة قصوى خارج تصنيفه، أو مطابقته لمادة الحجاب الحاجز الخاطئة لوسط المعالجة.

إذا كنت تقوم بتحديد حجم أجهزة إرسال الضغط للعملية الخاصة بك ولم تكن متأكدًا من نوع الضغط أو إشارة الخرج أو مادة الغشاء التي تناسب تطبيقك، فمن المفيد دائمًا التأكد من ذلك مع متخصص في الأجهزة أولاً. يؤدي الحصول على المواصفات الصحيحة على الواجهة الأمامية إلى تجنب أسابيع من التأخير في المهلة الزمنية والعودة لاحقًا.

الأسئلة المتداولة

هل محول الضغط هو نفس جهاز الإرسال؟

ليس بالضبط. يقوم محول الطاقة بتحويل الضغط إلى إشارة كهربائية خام. يأخذ جهاز الإرسال تلك الإشارة الأولية ويحولها إلى خرج قياسي طويل المدى-. تتضمن معظم أجهزة إرسال الضغط الميداني المباعة اليوم كلا الجزأين في مبيت واحد، لذلك غالبًا ما يتم استخدام المصطلحين بالتبادل.

لماذا يتم استخدام 4-20 مللي أمبير بدلاً من 0-20 مللي أمبير؟

يخدم الصفر المباشر بقدرة 4 مللي أمبير غرضين: فهو يعمل على تشغيل جهاز الإرسال عبر حلقة سلكية -، ويتيح لنظام التحكم معرفة الفرق بين قراءة الضغط الصفري الحقيقي والسلك المكسور أو جهاز الإرسال الفاشل. إذا انخفضت الإشارة إلى 0 مللي أمبير، فسيتم التعرف على ذلك على الفور على أنه خطأ.

ما هي الأنواع الثلاثة لقياس الضغط؟

الأنواع الثلاثة الأساسية هي قياس الضغط (يشير إلى الغلاف الجوي)، والضغط المطلق (يشير إلى الفراغ)، والضغط التفاضلي (يقيس الفرق بين نقطتين).

هل يمكن أن يعمل محول الطاقة بدون جهاز إرسال؟

سينتج محول الطاقة الخام إشارة كهربائية، ولكنها ستكون ضعيفة جدًا وغير-قياسية وغير مناسبة للإرسال لمسافات طويلة. للاستخدام العام للتحكم في العمليات، يلزم وجود جهاز إرسال لتكييف الإشارة وتوحيدها.

الأفكار النهائية

تعد أجهزة إرسال الضغط إحدى الأدوات الأكثر شيوعًا في أي مصنع معالجة، ولكن من السهل التعامل معها مثل الصندوق الأسود. إن فهم الفرق بين محول الطاقة وجهاز الإرسال، وكيفية عمل عنصر الاستشعار، وما تعنيه أنواع الضغط والإشارة المختلفة، سيساعدك على تحديدها بشكل صحيح، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها بشكل أسرع، وتجنب أخطاء التحجيم الأكثر شيوعًا.

في نهاية المطاف، أفضل جهاز إرسال للضغط ليس هو الذي يتمتع بأفضل المواصفات - ولكنه هو الذي يتوافق بشكل صحيح مع وسط العملية ونطاق الضغط ودرجة الحرارة وبيئة التثبيت.

إذا كنت بحاجة إلى مساعدة في اختيار جهاز إرسال الضغط المناسب لتطبيقك، أو كانت لديك أسئلة حول إشارات الإخراج أو مواد الغشاء أو أنواع الضغط، فيمكن لفريقنا الفني مراجعة معلمات العملية الخاصة بك والتوصية بتكوين الحجم المناسب.

مراجع

• الجمعية الدولية للأتمتة (ISA). (2022).قياس الضغط: المبادئ والتركيب والمعايرة. ريسيرتش تراينجل بارك، كارولاينا الشمالية: ISA.
• شركة روزماونت (2024).أساسيات جهاز إرسال الضغط: دليل التكنولوجيا والتطبيق. إيمرسون لحلول الأتمتة.
• WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG. (2023).محولات الضغط مقابل أجهزة الإرسال: الشرح الفني. WIKA الأجهزة الصناعية.
• المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIST). (2021).معايرة أدوات قياس الضغط. دليل المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا 150.
• قياس وتحليلات ABB. (2024).أجهزة إرسال الضغط الصناعي: دليل اختيار التكنولوجيا.