با استفاده از دو دانش اندازه گیری فشار و علم ریاضیات، فشار تفاضلی می تواند سطح، جریان، تداخل و حتی تراکم را محاسبه کند. مهندسان فرآیند فشار تفاضلی DP را می شناسند و به آن اعتماد دارند زیرا این، یک روش آزمایش شده و واقعی برای کنترل فرآیندهای صنعتی است. تطابق و تنوع خروجی محصولات باعث شده که در صنایع از اهمیت بیشتری برخوردار باشند.این مقاله صرفاً به نحوه استفاده از فشار تفاضلی برای محاسبه اندازه گیری سطح مایع در مخازن تحت فشار خواهد پرداخت. در مورد مزایا، محدودیت ها و کاربردهای متداول صنعتی برای فشار تفاضلی نیز بحث خواهد شد.
ترانسمیتر فشار تفاضلی چیست؟
لزوم انجام بهتر و کارآمدتر کارها، منجر به طراحی فشار تفاضلی الکترونیکی، با استفاده از ترکیبی ابتکاری از نرم افزار و سخت افزار شده است. ترانسمیتر فشار تفاضلی تجهیزی است که می‌تواند فشار را در دو نقطه مختلف اندازه‌گیری کرده و اختلاف فشار بین آن دو را تبدیل به سیگنال الکتریکی کند تا برای سیستم کنترل کننده مقدار فشار قابل تشخیص باشد. به دلیل دقت و قابلیت تنظیم بالا، ترانسمیتر فشار تفاضلی برای اندازه‌گیری فشار در صنایعی مانند صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، صنایع شیمیایی، و صنایع فرآوری غذایی استفاده می‌شود.
در محیط‌های پرخطر نیز مثل اندازه‌گیری فشار درون کوره ها بسیار کاربرد دارد. از طرفی برای کنترل فرآیندها و اندازه‌گیری فشار در خطوط لوله‌کشی، برج‌های تقطیر، سیستم‌های تهویه مطبوع و هواساز ها، و سیستم‌های تزریق آب در چاه‌های نفتی استفاده می‌شود.
ترانسمیتر فشار تفاضلی معمولاً دارای دو ورودی فشار است که به دو قسمت مختلف یک سیستم متصل می‌شود. هر ورودی فشار مرتبط با یک پورت دستگاه است و معمولاً با استفاده از لوله‌های کاری مخصوصی به پورت‌ها متصل می‌شوند.
در این نوع ترانسمیتر، سنسورهای فشار به صورت مستقیم به ترانسمیتر متصل شده و سیگنال الکتریکی ایجاد شده توسط سنسورها، توسط یک مدار تقویت و تبدیل به یک سیگنال استاندارد مانند 4 الی 20 میلی‌آمپر تبدیل می‌شود. سیگنال الکتریکی خروجی این ترانسمیتر می‌تواند به سیستم کنترلی یا نمایشگری که برای نمایش فشار طراحی شده است، متصل شود.
اصل و قاعده فشار تفاضلی الکترونیکی همانند یک مبدل یکتا، عمل کرده و از دو خروجی متفاوت فشار برای تعیین فشار تفاضلی استفاده می کند.
فشار تفاضلی الکترونیکی نیاز به خطوط ضربه ای (غیر پالسی) دارد یا خطوط مویرگی را از بین می برد؛ چیزی که باعث از بین رفتن هر گونه حساسیت به تأثیرات خارجی شده و می تواند خطای اندازه گیری را نیز موجب شود. این روش همچنین امکاناتی برای آپشن های بهتر در دیافراگم، شبیه به سرامیک را فراهم می سازد؛ موادی که در برابر سایش مقاوم هستند و مقاومت و پایداری خوبی در برابر محیط های سخت دارند.
اجتناب از خطوط ضربه ای یا مویرگی و استفاده از سلول اندازه گیری، ده برابر سخت تر از فولاد ضد زنگ، می تواند اندازه گیری های سطح را دقیق تر و بدون تعمیرات طولانی مدت، تأمین کند.
دو سنسور فشار جداگانه که به طور همزمان کار می کنند نیز امکان ارائه روش های جدید برای انجام کارها از جمله سطح متراکم را فراهم می کنند. این خروجی ویژه، از دو اندازه گیری فشار برای محاسبه مداوم چگالی استفاده می کند؛ سپس از مقدار آخرین چگالی برای محاسبه سطح متوالی استفاده می کند. سطح با چگالی جبران شده برای اندازه گیری سطح مایع ایده آل است؛ درست در شرایطی که خصوصیات سیال در یک فرآیند به طور مداوم تغییر می کنند.
فشار تفاضلی الکترونیکی نیاز به سیستم های فشار تفاضلی سنتی را بر طرف نمی کند یا مفید بودن آن را نقض نمی سازد. این روش فقط بر روی اندازه گیری فشار تفاضلی گسترش می یابد. هر روش، مزایا و معایب خود را دارد و کاربران باید تصمیم بگیرند که چه اندازه گیری را برای درک بهتر فرآیندها ارزیابی می کنند.
ترانسمیتر فشار تفاضلی چگونه کار می کند؟
اندازه گیری فشار تفاضلی به روش قدیمی، شامل یک دیافراگم دو طرفه است که فشار را از پایین مخزن از یک سمت و از بالای آن از طرف دیگر، دریافت می کند. این اندازه گیری های فشار در جهات مخالف به دو طرف دیافراگم، فشار می آورند و اندازه گیری حاصل اختلاف فشار بین این دو، همان فشار تفاضلی است. فشار تفاضلی در روش قدیمی تر، طیف گسترده ای از کاربردها را با قدرت تشخیص فشارهای تفاضلی در حد چند میلی بار، پوشش می دهد.
اتصالات به مخزن به طور سنتی به دو روش مختلف – خطوط ضربه‌ای (غیر پالسی) یا خطوط مویرگی ساخته می شود. مسیر غیر پالسی، مسیرهای هستند که اجازه می دهند مایع یا گاز موجود در فرآیند مستقیماً با دیافراگم دستگاه اندازه گیری، تماس داشته باشد و مسیر به بخشی از فرایند تبدیل می شوند. خطوط یا مسیرهای مویرگی با استفاده از فلنج با دیافراگم فلزی که بر روی مخزن نصب شده‌اند، حسگر را از فرآیند، جدا می کنند. پوشش های متصل به دیافراگم، متغیر و انعطاف پذیر هستند که با روغن پر شده اند. مهر و موم ها یا آب بندی، ترانسمیتر فشار را از عوامل آسیب زننده به فرآیند نظیر دمای بالا یا مواد خورنده محافظت می کند.
هر دو آرایش فوق، فشار را اندازه گیری می کنند. اندازه گیری فشار در پایین مخزن، فشار کلی ایجاد شده توسط سیال و فضای بخار بالای آن را نشان می دهد، در حالی که اندازه گیری فشار در قسمت بالا فقط مربوط به بخش فوقانی آن یا فشار استاتیک است. این نحوه آرایشی اجازه می دهد تا فشار استاتیک از اندازه گیری های کلی “حذف” شود، و فشار تولید شده توسط مایع را کم کند و به ما اجازه می دهد فشار سطح را تشخیص داده و بتوانیم آنرا بررسی کنیم.
کاربردهای متداول برای ترانسمیتر اختلاف فشار
ترانسمیتر اختلاف فشار در موقعیت های مختلف کاربردهای متفاوتی دارد. در ادامه کاربردهای این تجهیز را شرح می‌دهیم.
فشار تفاضلی برای اندازه گیری سطح مایعات و گازهای تبدیل شده به مایع در مخازن تحت فشار استفاده می شود. مخازن تحت فشار به دلایلی از جمله تأمین خروجی ثابت، از بین بردن کف، ایجاد مانع برای مواد سوزاننده (کاستیک) و گاز خاص از مایع، برای ذخیره سازی ساده تر این سیالات به کار می روند. در تمام این برنامه ها، یک فرستنده فشار تفاضلی فقط تفاوت فشار استاتیک و فشار کلی را اندازه گیری می کند. برای محاسبه سطح، اندکی دانش ریاضیات لازم است.
فرمول فشار استاندارد هیدرواستاتیک از سه متغیر تشکیل شده است: فشار، چگالی و ارتفاع. سنسور، فشار را اندازه گیری می کند، چگالی به عنوان یک ثابت توسط مشتری ثبت می شود و ارتفاع، همان سطح محصول است. برای محاسبه این فرمول، تراکم یا چگالی، یک فاکتور کلیدی و مهم است و باید نسبتاً ثابت بماند. با یک دانسیته و مقدار فشار معین، قطعات الکترونیک سنسور فشار می تواند سطح مایع را از روش فشار تفاضلی با دقت و با اطمینان محاسبه کند.
این تجهیز در خطوط لوله پتروشیمی و پالایشگاهی برای تشخیص آلودگی ها یا گرفته‌گی در استرینر (فیلتر صنعتی) کاربرد دارد. تنها راه دانستن مقدار کثیفی فیلتر استفاده از ترانسمیتر اختلاف فشار قبل و بعد از استرینر است. اگر مقدار اختلاف فشار اندازه‌گیری شده بیش از حد مجاز باشد، باید فیلتر صنعتی تمیز شود.
برای تشخیص نشتی در خطوط لوله مثلا: صنایعی که کوره گاز سوز دارند ترانسمیتر اختلاف فشار روی خط لوله گاز نصب می‌شود، تا ورودی گاز به مجتمع با ورودی گاز به کوره مقایسه شود. اگر اختلاف فشار ورودی و خروجی وجود داشته باشد، نشان از نشتی گاز است.
چرا از گیج فشار برای این کار استفاده نمی‌شود؟
چون قصد ما اندازه گیری دقیق مقادیر و انتقال اطلاعات به اتاق کنترل است و گیج های فشار از لحاظ دقت اندازه‌گیری بمراتب ضعیف تر از ترانسمیترها هستند. همچنین در 90 درصد گیج‌ها امکان خروجی جریانی (4 الی 20 میلی آمپر) برای انتقال دیتا، وجود ندارد.
محدودیت های فشار تفاضلی
فشار تفاضلی یک روش اندازه گیری سطح کاملاً ثابت شده است، اما دارای اشکالاتی نیز می باشد. برای کسانی که اولین بار است از این سیستم استفاده می کنند، نصب آن نیاز به توقف فرآیند و تخلیه مخزن در محل اندازه گیری دارد. این کار می تواند یک فرآیند پرهزینه یا زمان بر باشد، به خصوص اگر چندین مخزن هم وجود داشته باشد که به این نوع اندازه گیری ها نیاز دارند.
علاوه بر این، مسیرهای غیر پالسی و مسیرهای مویرگی مورد استفاده در اندازه گیری فشار تفاضلی به تأثیرات خارجی، حساس هستند. اگر این مسیرها در مناطق پر تردد باشند، در معرض خرد شدن قرار دارند و اگر خارج از منطقه با آب و هوای کنترل شده قرار داشته باشند، می توانند گرم تر یا سردتر شوند و باعث تغییر در تراکم مواد و خطای اندازه گیری سطح گردند. خوشبختانه، یک راه حل برای این مسائل رایج وجود دارد.
محاسبه محدوده فشار دیفرانسیل DP
برای بدست آوردن فشار DP از فرمول زیر استفاده میکنیم:
در اینجا مقدار mA را با استفاده از فرمول بدست می آوریم. ما باید mA را به مقدار متناسب mmH2O واحد فشار میلیمتر آب یا m 3 /hr متر مکعب بر ساعت تبدیل کنیم.
نتیجه گیری
تکنیک اندازه گیری فشار بصورت تفاضلی از قدیم مورد توجه قرار گرفته است. استفاده از این فناوری جنبه های زیادی دارد یکی از آنها، اندازه گیری فشار مخازن در جهت تشخیص مقدار سطح سیالات می‌باشد. به همین دلیل است که استفاده از روش تفاضلی، یک روش مطمئن برای اندازه گیری سطح در مخازن تحت فشار محسوب می‌شود.
دقت و سازگاری این تجهیزات، تنها با سنسورها و تجهیزات الکترونیکی کارآمد مانند ترانسمیتر فشار تفاضلی 85 VEGADIF ساخت شرکت وگا، بهبود یافته است. قابلیت انعطاف پذیری در اندازه گیری‌ها، با این سنسورها بسیارحائز اهمیت است.
شرکت آداک فرایند سپهر با بیشینه عملی و تجربی خود در اغلب پروژه های مربوط به اندازه‌گیری فشار و بالخصوص فشار تفاضلی، در سطح ایران فعالیت داشته و حتی در زمینه مشاوره، اجرا و طراحی سایت های بسیاری حضور فعال داشته است. شما نیز می‌توانید تنها با یک تماس از این تجربیات بهرمند و پروژه های خود را بروز رسانی کنید.
