فرستنده فشار یک ابزار اتوماسیون صنعتی است که سیگنال های فشار را به سیگنال های الکتریکی استاندارد (مانند 4-20mA DC، 0-10V DC یا سیگنال های دیجیتال) تبدیل می کند. اصول فنی آن را می توان به چهار لینک اصلی خلاصه کرد: حس فشار، تبدیل سیگنال، تقویت و پردازش سیگنال، خروجی و انتقال، به شرح زیر:
1- حس فشار
هسته یک فرستنده فشار سنسور است که به طور مستقیم مسئول حس تغییرات فشار خارجی است. انواع رایج سنسورها عبارتند از:
سنسور پیزورزیستیو: استفاده از اثر پیزورزیستیو نیمه هادی یا مواد فلزی. هنگامی که فشار به دیافراگم سنسور اعمال می شود، دیافراگم تحت تغییر شکل قرار می گیرد و باعث تغییر مقدار مقاومت داخلی می شود. تغییرات مقاومت را به سیگنال های ولتاژ از طریق پل ویتستون تبدیل کنید.
سنسور ظرفیتی: از دو صفحه الکترود موازی تشکیل شده است. فشار باعث تغییر در مقدار ظرفیت بین الکترود دیافراگم و الکترود ثابت می شود که سپس به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می شود.
سنسور پیزوالکتریکی: با استفاده از ویژگی های مواد پیزوالکتریکی (مانند کریستال های کوارتز) که بارگذاری های تحت فشار تولید می کنند، یک سیگنال الکتریکی متناسب با فشار را خروجی می کند. این نوع سنسور برای اندازه گیری فشار پویا مناسب است.
سنسور فشار سنج: فشار سنج های مقاومت دستگاه های حساس هستند که تغییرات فشار را در اجزای اندازه گیری شده به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می کنند. این یکی از اجزای اصلی یک فرستنده فشار پیزورزیستیو است. شایع ترین انواع استینش سنج های مقاومت استینش سنج های مقاومت فلزی و استینش سنج های نیمه هادی هستند. دو نوع سنج فشار مقاومت فلزی وجود دارد: سنج فشار سیم و سنج فشار فویل فلزی. معمولاً، فشار سنج ها با استفاده از یک چسب ویژه به یک سوبسترات مکانیکی فشار یافته چسبیده می شوند. هنگامی که سوبسترات تغییرات فشار را تجربه می کند، فشار سنج های مقاومت نیز تغییر شکل می یابند، که باعث تغییر در مقدار مقاومت فشار سنج ها و تغییر در ولتاژ اعمال شده در مقاومت می شود.
2- تبدیل سیگنال
خروجی سیگنال خام توسط سنسورها اغلب ضعیف است و رابطه خطی ندارد. بنابراین، لازم است این سیگنال ها را به سیگنال های الکتریکی اولیه متناسب با تغییرات فشار از طریق مدارهای پردازش سیگنال تبدیل کنیم. این فرآیند ممکن است شامل تبدیل ولتاژ مقاومت، تبدیل ولتاژ ظرفیت و غیره باشد.
3、تقویت و پردازش سیگنال
سیگنال تولید شده در ابتدا باید توسط یک مدار پردازش سیگنال تقویت و خطی شود تا اطمینان حاصل شود که سیگنال می تواند به درستی توسط سیستم کنترل خارجی شناخته شود. مراحل پردازش معمولا شامل:
تقویت سیگنال: از تقویت کننده های عملیاتی برای تقویت سیگنال های سطح میلی ولت ضعیف به سطح ولت برای پردازش بعدی استفاده کنید.
جبران دما: سنسورها به راحتی تحت تاثیر دما قرار می گیرند و نیاز به جبران انحراف دما از طریق سنسورهای دما یا الگوریتم های داخلی برای اطمینان از ثبات خروجی دارند.
اصلاح خطی سازی: خروجی سنسور ممکن است ویژگی های غیر خطی داشته باشد و باید از طریق مدارهای دیجیتال یا آنالوگ به طور خطی اصلاح شود تا اطمینان حاصل شود که سیگنال خروجی یک رابطه خطی دقیق با تغییرات فشار دارد.
4، خروجی و انتقال
سیگنال پردازش شده به سیستم نظارت یا کنترل به شکل یک سیگنال استاندارد منتقل می شود. سیگنال های خروجی رایج عبارتند از:
سیگنال جریان DC 4-20mA: رایج ترین سیگنال استاندارد در اتوماسیون صنعتی با مزایایی مانند توانایی ضد تداخل قوی و فاصله انتقال طولانی استفاده می شود.
سیگنال ولتاژ DC 0-10V: مناسب برای انتقال فاصله کوتاه و موارد نیاز به سیگنال های ولتاژ.
سیگنال های دیجیتال: مانند HART، Modbus و سایر پروتکل ها، از پیکربندی از راه دور، تشخیص و کالیبراسیون پشتیبانی می کنند و مدیریت هوشمند را به دست می آورند.