حساسات الضغط Pressure Sensors 

تُصنع حساسات الضغط Pressure Sensors عادة باستخدام أغشية رقيقة و التي تكون قابلة للإنثناء أو الإنحناء نتيجة تطبيق ضغط ما عليها .
إن بعض حساسات الضغط تعمل باستخدام النظام الثنائي Binary Manner ، بمعنى آخر عند تطبيق ضغط ما على حساس الضغط ، فان رد فعل الحساس يكون إما لقطع أو لإكمال عمل الدائرة الكهربائية .
.

قياس الضغط Pressure Measurement 

الضغط المطلق Absolute Pressure 

يعبر عنه نسبة للفراغ . و كمثال, الضغط الجوي عند مستوي سطح البحر هو 100 Kpa  و بالتالي فإن الضغط الجوي Atmospheric Pressure هو ضغط مطلق Absolute Pressure .
حساس الضغط المطلق Absolute Pressure Sensor 
*

معيار الضغط Gauge Pressure 

إن حساس الضغط المعياري Gauge Pressure Sensor يحتوي على منفذ ( فتحة ) واحد و هو مكشوف و بالتالي فإنه يتحسس للضغط الجوي المحلي . بينما حساس الضغط المعياري المغلق يحتوي على منفذ واحد مغلق و هو يعطي متوسط الضغط الجوي .
كمثال على الضغط المعياري ، ضغط العجلات Tire Pressure .

حساس الضغط المعياري Gauge Pressure Sensor 

*

الضغط التفاضلي Differential Pressure 

إن حساس الضغط التفاضلي Differential Pressure Sensor يعبر عن الفرق في الضغط بين منفذين على جهاز واحد . و في المثال السابق ، الضغط التفاضلي Differential Pressure بين الضغط المطلق Absolute Pressure للغلاف الجوي و الضغط المعياري Gauge Pressure لإطار العجلة .
*

مبادئ التحسس

يعرف الضغط Pressure على أنه القوة على وحدة السطح , إن أكثر الطرق المباشرة المستخدمة لقياس الضغط هي عن طريق استخدام عنصر ميكانيكي مرن موضوع في منطقة معزولة يمكن للقوة (الضغط ) أن تؤثر عليها. إن عملية التشوه التي قد تحدث في عنصر التحسس ( مثلا زيادة في حجم مقطعه أو ازدياد طوله أو غير ذلك ) تولد وبدقة ازاحات معينة تتناسب طردا مع الضغط . هذا هو المبدأ الأساسي الذي تعتمد عليه جميع حساسات الضغط التجارية هذه الأيام .
و بشكل خاص إن المتطلبات الأساسية لعنصر حساس الضغط هي إيجاد وسائل للعزل بين ضغطي سائلين (الأول يستخدم من أجل القياس و الثاني يستخدم كمرجع) ، و جزء مرن من أجل تحويل فرق الضغط إلى تشوه في عنصر التحسس . هنالك أنواع عديدة من عناصر التحسس ( للضغط ) المستخدمة كما هو موضح بالشكل .
*

أنواع عناصر حساس الضغط التي في الشكل

.
1. غشاء مستوي Flat Diaphragm .
2. غشاء متموج .
3. كبسولة Pressure Capsule .
4. منفاخ Bellows .
5. أنبوب مستوي .
6. أنبوب بوردون Bourdon Tube على شكل حرف C .
7. أنبوب بوردون ملفوف Spiral Bourdon Tube .
8. أنبوب بوردون حلزوني .
9. أنبوب بوردون لولبي .
.
إن عناصر الحساسات الغشائية Diaphragm Elements هي الأكثر استخداما ، إن شكل الأنبوب الخاص المسمى بأنبوب بوردون Bourdon Tube يكون منحني أو ملفوف على طول طوله و له مقطع عرضي بيضوي . إن الأنبوب مغلق من طرف واحد ويسعى إلى الإسترخاء أو الإستقامة ( أي أن الأنبوب يرتخي أو يصبح مستقيما ) و ذلك عندما يطبق ضغط داخل هذا الأنبوب . بشكل عام ، إن أنابيب بوردون Bourdon Tubes مصممة من أجل قياس الضغط العالي بينما عناصر التحسس التي على شكل كبسولة Capsule أو المنفاخ Bellows فإنها عادة تستخدم من أجل قياس الضغط المنخفض .
*

طرق الكشف و القياس

إن المقصود بعملية الكشف و القياس هو تحويل التشوه الذي قد يحدث لعنصر الحساس إلى قيمة الضغط المقاس . و بتقريب بسيط , إن الإزاحة الحاصلة لعنصر التحسس يمكن أن تضخم بشكل ميكانيكي بحيث يربط به مؤشر يتحرك على مقياس مدرج يشير إلى قيمة الضغط المقاس . ففي حساسات الضغط التي تعمل وفق نظام (LVDT)( المحول التفاضلي الخطي المتغير )(LinearVariable DifferentialTransformer ) ، فان الإزاحة الناتجة عن أنبوب بوردون Bourdon Tube أو الكبسولة تستخدم من أجل تحريك نواة مغناطيسية داخل مجموعة من الملفات و بالتالي يحدث تغير للتحريض الكهربائي .
في حساسات الضغط البيزوالكتريك Piezoelectric ، إن الميل (الإجهاد) المرتبط بالتشوه الذي يحدث لعنصر الحساس يتحول في خرج عنصر الحساس إلى شحنة كهربائية و ذلك بواسطة كرستالة البيزو إلكتريك Piezoelectric . إن حساسات الضغط البيزوالكتريك تكون فعالة من أجل قياس الحالة العابرة أو المؤقتة للضغط العالي على سبيل المثال ضغط الإنفجار .
حساسات الضغط البيزوالكتريك Piezoelectric 
.
بالنسبة لحساسات الضغط التي تستخدم السلك المهتز Vibrating-Wire ، هنالك سلك معدني (يكون عادة من التنجستين ) ممتد بين قاعدة مثبتة و بين منتصف الغشاء . يكون موضع هذا السلك بالقرب من مغناطيس دائم حيث يوضع في حالة الإهتزاز نتيجة تردد الإهتزاز الناتج عن إثارة التيار الكهربائي المتناوب (المتردد) . الضغط يسبب إزاحة في الغشاء الأمر الذي يؤدي إلى تغير التوتر و بالتالي تردد اهتزاز السلك , و الذي يقاس بواسطة إلكترونيات معينة .
حساس الضغط الذي يستخدم السلك المهتز Vibrating-Wire 
*

حساسات الضغط السعوية Capacitive Pressure Sensors 

إن العديد من حساسات الضغط ذات الدقة العالية ( أكثر من 0.1 % ) و التي تستخدم في الوقت الحالي قد طورت باستخدام طرق الكشف السعوية . صممت حساسات الضغط السعوية لتغطية مجال ضغط واسع جدا . إن كلا حساسات الضغط العالي High-Pressure Sensors ذات مقياس الضغط الكامل الذي يفوق 7^10 باسكال و حساسات الفراغ Vacuum Sensors المناسبة لقياس الضغط تحت -3^10 باسكال متوفرة تجاريا .
يعد الغشاء المعدني أو السيليكوني كعنصر التحسس للضغط حيث يشكل أحد أقطاب المكثف Capacitor . بينما القطب الأخر و الذي يكون ثابت , يشكل عادة من طبقة معدنية موضوعة على ركيزة من الزجاج أو السيراميك . في حال تطبيق الضغط فإن هذا يؤدي إلى انحرف الغشاء والذي بدوره يؤدي إلى تغيير مساحة الفجوة بالتالي تغير في سعة المكثفة . بينما في تصميم المكثف التفاضلي فإن الغشاء المتحسس يوضع بين قطبين ثابتين و بالتالي فإن الضغط المطبق يؤدي إلى زيادة سعة المكثف الأول و بالتالي نقصان سعة المكثف الثاني . كما هو مبين بالشكل .
في هذه الحالة , إن الإشارة الناتجة تكون خالية من التأثيرات الخارجية الغير مرغوب فيها (التخلص من التشويش أو الضجيج) .
إن التصميم العملي لخلية التحسس السعوية التفاضلية و التي تستخدم غشاءين معزولين بالإضافة إلى مصب من الزيت من أجل إرسال الضغط التفاضلي إلى الغشاء المتحسس . الأغشية المعزولة تصنع من سبائك معدنية خاصة و ذلك من أجل تجنب عامل التآكل . يتم اختيار الزيت من أجل التنبؤ بثابت عزل فجوة المكثف بينما يؤمن تخامد كافي من أجل تخفيض تأثير الصدمات و الإهتزازات . إن خرج أقطاب المكثف Capacitor تكون موصولة بالكترونيات معينة من أجل أخذ القراءة . بشكل عام إن الإلكترونيات المتطورة المستخدمة هذه الأيام بالإضافة إلى اعتبارات خاصة تستخدم من أجل تقليل السعات الضائعة ( التي تؤدي إلى انخفاض دقة القياس) .
*
*

مصطلحات

حساسات الضغط Pressure Sensors – حساس الضغط السعوي Capacitive Pressure Sensor – أنبوب بوردون Bourdon Tube 

الضغط المقاس (معيار الضغط) Gauge Pressure

*

اضغط هنا لتتابع صفحتنا علي الفيس بوك

***************************************************************

handwave-yellow

مواضيع ذات صلة

.

***************************************************************

ملاحظة

إذا كان لديك مقالة تريد نشرها أو لديك تعديل أو اقتراح جيد ، فمن فضلك سجل اقتراحك في تعليق علي الموضوع .

أو راسلنا  علي البريد التالي لنشر مقال خاص بك : info@inst-sim.com

مكتبة محاكاة الأجهزة

أترك تعليق