لخص هذه المقالة بـ :
يستخدم كل من مستشعر الضغط التناظري المدمج من النوع العصوي ومحول الضغط الذكي (HART) لقياس الضغط في التطبيقات الصناعية.
على الرغم من أن هدفها واحد، إلا أن مواصفاتها الفنية وأدائها واستخداماتها تختلف اختلافًا كبيرًا. وتنعكس هذه الاختلافات بشكل خاص في الفروقات في الدقة والاستقرار والوظائف والمتانة والتكلفة الإجمالية للتشغيل.
بمجرد تحديد متطلبات التطبيق بوضوح، يصبح من الممكن تحديد التكنولوجيا الأنسب.
تتناول هذه المقالة كل نوع من هذه الأنواع بالتفصيل، إلى جانب مزاياها وقيودها، لمساعدتك على الاختيار الصحيح.
يستخدم مستشعر الضغط التناظري المدمج تقنيات قياس مختلفة، من بينها:
تقوم هذه المستشعرات بتحويل الضغط الفيزيائي مباشرة إلى إشارة كهربائية تناظرية، عادةً من النوع 4-20 مللي أمبير أو 0-10 فولت، دون معالجة رقمية متقدمة.
وهي تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية البسيطة أو المدمجة في الآلات.
يوفر مستشعر الضغط المدمج عدداً من المزايا:
عادةً ما يكون مستشعر الضغط المدمج أرخص في الشراء من مستشعر الضغط الذكي.
مستشعر الضغط المدمج أصغر حجماً وأخف وزناً من جهاز إرسال الضغط، مما يسهل دمجه في المساحات الضيقة مثل الآلات. ويستخدم بشكل شائع في مجال الطيران والسيارات والمعدات الصناعية والتطبيقات الطبية.
عدم وجود إعدادات أو تكوين برمجي يتيح التنفيذ السريع.
ومع ذلك، فإن استخدام مستشعر الضغط المدمج له عدد من العيوب.
يحتوي مستشعر الضغط المدمج على نطاق ثابت مقارنةً بمستشعر الضغط HART الذكي. لا يمكن ضبط نطاق الضغط من قبل المستخدم.
إشارة محول الضغط دائمًا ما تكون أكثر ضوضاءً من إشارة ناقل الضغط.
لا يوفر مستشعر الضغط المدمج أي خطية أو تعويض للحرارة.
مستشعر الضغط المدمج أقل دقة من ناقل الضغط HART الذكي.
قد تؤدي التغيرات في درجة الحرارة المحيطة أو درجة حرارة العملية إلى حدوث انحراف في نقطة الصفر وزيادة الانحراف.
تتعرض المستشعرات التناظرية، بسبب تصميمها، لانحراف أكبر من المستشعرات الذكية. وبالتالي، تتطلب المستشعرات المدمجة الاقتصادية عادةً معايرة أكثر انتظامًا، مما يزيد من تكاليف الصيانة.
تعد أجهزة إرسال ضغط العمليات تطوراً تكنولوجياً لمستشعر الضغط التناظري.
وهي تدمج وظائف معالجة الإشارات التي تسمح بتسوية القياس وتضخيمه وتعويضه قبل إرساله.
تم تصميم أجهزة إرسال الضغط الذكية لتطبيقات المراقبة والتحكم وتنظيم العمليات، وهي عنصر أساسي في أنظمة الأتمتة الصناعية.
إشارة الخرج عادة ما تكون:
هناك عدد من المزايا لاستخدام محول ضغط العمليات الذكي بدلاً من محول الضغط المدمج:
وبفضل خطية قياس الضغط، فإن جهاز إرسال الضغط الصناعي أكثر دقة وموثوقية من جهاز استشعار الضغط المدمج. تبلغ دقة أجهزة إرسال الضغط 0.065% أو أفضل من نطاق القياس المحدد.
يتم تعويض أجهزة إرسال الضغط للتغيرات في درجة الحرارة المحيطة ودرجة حرارة المعالجة، مما يجعلها مستقلة عن الظروف البيئية الخارجية. يمكن معايرة أجهزة إرسال الضغط الذكية باستخدامأدوات باستخدام بروتوكول HART لتعويض الانجراف بمرور الوقت وضمان الاستقرار على المدى الطويل.
تتمتع أجهزة إرسال ضغط العمليات HART بعمر تشغيلي أطول وهي أكثر متانة من محولات الضغط. وتتوفر مجموعة واسعة من المواد ووصلات المعالجة. وهي مصنوعة بقوة بتصميم يتضمن مواد فولاذية عالية الجودة، ولحامات TIG، ومسامير وصواميل عالية الجودة، وموانع تسرب وحشيات عالية الجودة. وهي مقاومة للاهتزازات وتتمتع بحماية عالية ضد الغبار والرطوبة.
يمكن استخدامها للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية مع فواصل غشائية.
هناك عدد من العيوب في استخدام جهاز إرسال الضغط بدلاً من مستشعر ضغط اقتصادي من نوع القضيب.
تعد أجهزة إرسال الضغط أغلى من أجهزة استشعار الضغط من نوع القضبان، لذلك هناك مفاضلة بين التكلفة والأداء.
حجمها ووزنها أكبر من مجسات الضغط المدمجة. لذلك لا يمكن تركيبها في التطبيقات التي تكون فيها هذه المعلمات ضرورية.
يمكن استخدام مستشعر الضغط في العديد من التطبيقات المختلفة في التصنيع والصناعة. أي منها يجب أن تختار لتطبيقك؟
يجب أخذ عدد من العوامل في الاعتبار عند اتخاذ قرار بشأن نوع المستشعر الأنسب لمشروعك: نطاق الضغط والدقة والأداء وإشارة الخرج ودرجة حرارة العملية وطبيعة السائل والنطاق السعري.
يوفر جهاز استشعار الضغط المدمج في شكل عصا نطاق ضغط ثابت. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تكييف نطاق جهاز إرسال الضغط الذكي مع التطبيق للحصول على تطابق مثالي.
تبلغ دقة جهاز إرسال الضغط HART 0.065% أو أفضل من نطاق القياس المحدد، بينما تبلغ دقة جهاز استشعار الضغط منخفض التكلفة 0.25% من النطاق الكامل. الأداء الحراري والاستقرار طويل الأجل لجهاز استشعار ضغط العملية أفضل 50 مرة من أداء جهاز استشعار الضغط المدمج.
إشارة الخرج التماثلية لجهاز إرسال الضغط هي 4-20mA مع بروتوكول HART، في حين أن إشارة الخرج التماثلية لجهاز استشعار الضغط المدمج هي 4-20mA أو 0-10V بدون بروتوكول HART.
تقتصر درجة حرارة مجس الضغط منخفض التكلفة على 100 درجة مئوية، في حين أن أجهزة إرسال ضغط العمليات يمكنها تحمل درجات حرارة تصل إلى 450 درجة مئوية، وذلك بفضل مانع تسرب الحجاب الحاجز.
يُستخدم بروتوكول هارت لضبط معلمات أجهزة إرسال الضغط ويمكن استخدامه أيضًا للتشخيص الذاتي لمراقبة صحة أجهزة الإرسال طوال فترة عملها. لا يتوفر بروتوكول الاتصال هذا في أجهزة استشعار الضغط المدمجة.
تتوافر أجهزة إرسال الضغط HART في مجموعة واسعة من المواد والتركيبات، مما يجعلها أكثر تنوعًا وقوة من مستشعرات الضغط.
يتراوح سعر أجهزة إرسال ضغط العمليات بين 400 و600 يورو، بينما يتراوح سعر جهاز استشعار الضغط المدمج منخفض التكلفة بين 100 و150 يورو.
تشرح هذه المقالة الفرق الرئيسي بين جهاز استشعار الضغط المدمج من النوع اللاصق وجهاز إرسال ضغط العمليات الذكي HART. وقد تمت كتابتها لتبديد أي مفاهيم خاطئة حول الاختلافات بين أنواع أجهزة الاستشعار المختلفة ولمساعدتك في اختيار الأنسب لتطبيقك.
أجهزة استشعار الضغط المدمجة أقل تكلفة من أجهزة إرسال ضغط المعالجة، ولكنها توفر أيضًا وظائف أقل ودقة أقل.
يمكن اختيارها عندما لا تحتاج إلى دقة عالية وعندما لا تكون صارمًا بشأن الأداء وانحراف القياس.
وهي اقتصادية ومرضية للتطبيقات ذات نطاقات الضغط القياسية ووصلات المعالجة.
تُستخدم مستشعرات الضغط منخفضة التكلفة بشكل عام في التطبيقات منخفضة التكلفة حيث تكون التكلفة من الاعتبارات الرئيسية.
وبسبب ثباته ومتانته على المدى الطويل، فإن جهاز إرسال الضغط يوفر تكاليف صيانة أقل وتوافر معدات أعلى من جهاز إرسال الضغط، مما يجعله أرخص وأكثر أمانًا على المدى الطويل.
توفر أجهزة إرسال الضغط وظائف ودقة أكبر.
عند مقارنة سعر محول الضغط بسعر جهاز إرسال ضغط العمليات الذكي، من الضروري مراعاة التكلفة الإجمالية للملكية. (TCO)
وهي خيار أفضل للتطبيقات الأكثر تطلبًا، كما هو الحال في صناعات النفط والغاز واللب والورق والكيماويات والهيدروجين والطاقة والمعادن والأسمنت.
| المعايير | مستشعر الضغط التناظري | جهاز إرسال ضغط العمليات الذكي |
| الميزات | إشارة تناظرية واحدة (4-20 مللي أمبير)، قياس الضغط المباشر دون معالجة الإشارة | إشارات تناظرية بسيطة (4-20 مللي أمبير) واتصالات رقمية (HART، Profibus)، وظائف تشخيصية متقدمة، التهيئة والضبط عن بُعد، سهولة التكامل مع أنظمة الإدارة الصناعية والأتمتة |
| التكاليف | أقل من الشراء | أكثر من سعر الشراء |
| حالات الاستخدام الأمثل | مثالية للتطبيقات غير الحرجة، ومناسبة عند عدم الحاجة إلى ميزات متقدمة | مثالية للبيئات الصناعية المعقدة والمطلوبة حيث تكون الدقة والتحكم والتشخيص في الوقت الحقيقي أمرًا بالغ الأهمية |
| درجة حرارة التشغيل | نطاق درجة الحرارة القياسي | قادرة على العمل في درجات حرارة أعلى تصل إلى 450 درجة مئوية |
| الثبات والدقة | لا توجد وظائف للتعويض عن الاختلافات. حساس لتغيرات الضغط ودرجة الحرارة | دقة وثبات فائقان بفضل خوارزميات التعويض والتصحيح المتقدمة |
| التركيب والتشغيل | تركيب بسيط. لا توجد خيارات تهيئة. | تركيب مرن بفضل خيارات التهيئة والضبط عبر جيب HART أو البرنامج. |
يوفر المستشعر التناظري إشارة بسيطة (على سبيل المثال 4-20 مللي أمبير أو 0-10 فولت) دون وظائف متقدمة. يضيف جهاز الإرسال الذكي وظائف معالجة الإشارة (الخطية، التعويض)، التشخيص، وغالبًا الاتصال الرقمي (على سبيل المثال HART).
عندما يكون التطبيق قياسيًا وغير حرج، وعندما يكون الحجم عاملًا مهمًا، وعندما لا تكون الدقة/التشخيص المتقدمان ضروريين. كما أنه مناسب عندما تكون تكلفة الشراء هي المعيار الأساسي.
عندما تكون الدقة والاستقرار الحراري والتكرار والتشخيص أمورًا مهمة، أو عندما تتطلب التركيبات ضبطًا دقيقًا لنطاق القياس، أو معايرة سهلة، أو تكاملًا متقدمًا في نظام أتمتة.
يعتمد الاختيار على متطلبات السلامة والقيود البيئية وإجراءات التأهيل. يمكن للهياكل التناظرية البسيطة أن تقلل من التعقيد، في حين أن أجهزة الإرسال الذكية تكون مناسبة إذا كانت مؤهلة ومختبرة للبيئة المستهدفة.
سيلفان غرافرو
خبير في مجسات الضغط وأجهزة الإرسال
