اهمیت کنترل فشار سیستم هوای فشرده
هوای فشرده برای اهداف متعددی در مهندسی استفاده می شود.
حال انواع سنسور فشار هوا اندازه گیری و کنترل این سطوح فشار مهم را انجام می دهند.
اندازه گیری فشار هوای اتمسفر یا فشار هوا، موضوع متفاوتی است که در مقالات جداگانه ای به آن پرداخته شده است.
این مقاله صرفاً بر کاربردهایی تمرکز دارد که در آنها فشار هوا به طور عمدی بالاتر از سطح معمولی جو افزایش می یابد.
در این مقاله می خواهیم درباره اهمیت کنترل فشار سیستم هوای فشرده به شما بگوییم.
ابتدا بدانیم که کاربرد هوای فشرده در صنایع چیست؟
یک مثال بسیار ساده از هوای فشرده، هوای فشرده در یک توپ فوتبال است که بدون آن هوا توپ تکان نخواهد خورد.
در یک لاستیک، هوای فشرده ترکیبی از استحکام و حجم را ایجاد می کند.
هوای فشرده در قایق های بادی ساختاری سفت اما سبک و شناور ایجاد می کند.
عملکرد ایده آل هر یک از موارد فوق به رسیدن و حفظ سطح مناسب فشار هوا بستگی دارد؛ بنابراین نیاز به سنسور فشار هوا داریم.
اگر یک پمپ دستی با تلاش زیادی چیز های کوچکی را باد می‌کند،
نیروی سیستم هوای فشرده برای باد کردن وسایل بادی بزرگتر استفاده می شود.
هوای فشرده که از هوای اتمسفر با استفاده از کمپرسورهای الکتریکی یا موتوری پردازش می‌شود،
از اواسط دهه ۱۸۰۰ در صنعت استفاده شده است و کاربرد آن بسیار بیشتر از باد کردن توپ‌های فوتبال است.
مخازن هوای فشرده می توانند توسط غواصان برای تنفس در زیر آب، توسط آتش نشان ها برای زنده ماندن در ساختمان های پر از دود و توسط پزشکان برای اطمینان از تهویه ریه های بیماران استفاده شود.
با این حال، این توانایی هوای فشرده برای ذخیره و انتقال انرژی است که بیشتر کاربردهای صنعتی آن را تشکیل می دهد.
به ابزارهای قدرتمند هدایت شونده هوا، ترمزهایی که با هوا کار می کنند،
اسپری رنگ به کمک هوا و سیستم های گرمایش و تهویه مطبوع هوا (HVAC) فکر کنید.
اینها تنها چند نمونه از قدرت و تطبیق پذیری هوای فشرده هستند.
بررسی برنامه های کاربردی و اهمیت کنترل فشار سیستم هوای فشرده
در هر یک از مثال های بالا یک فشار هوای ایده آل برای کار وجود دارد که سنسور فشار هوا آن را بررسی می کند.
دانستن فشار هوا همچنین شما را قادر می سازد تا متغیرهای دیگر مانند سرعت جریان هوا را به طور غیر مستقیم اندازه گیری کنید.
مهمتر از همه، حداکثر فشار هوای ایمن برای هر قطعه ای از تجهیزات حاوی هوای فشرده وجود دارد که بالاتر از آن حد، محدوده خطرناکی خواهد شد.
به عنوان مثال، انرژی ذخیره شده توسط هوای فشرده در یک تایر صنعتی را در نظر بگیرید.
اگر لاستیک فراتر از حد ترکیدگی پر شود، می‌توانید نتایج انفجار را برای زمانی تصور کنید که تمام آن انرژی به طور ناگهانی آزاد شود.
به همین دلیل است که انواع سنسور فشار هوا به عنوان بخشی از یک سیستم کنترل و سوئیچینگ بسیار حیاتی هستند.
ظرفیت هوای فشرده برای انتقال سطوح بالای انرژی در ابزارهایی مانند مته های پنوماتیک بسیار آشکار است و حتی می توان از آن برای رانندگی وسایل نقلیه نیز استفاده کرد.
بدیهی است که هنگام استفاده از این نوع نیرو، ایمنی یک نگرانی مهم خواهد بود.
برای قطارها و وسایل نقلیه باری سنگین، ترمزهایی که با هوا کار می کنند،
اغلب با کارایی و قابلیت اطمینان شناخته شده خود مشخص می شود.
برای حفظ عملکرد ایمن آنها، سطوح فشار هوای فشرده باید دائما نظارت شوند.
در بررسی اهمیت کنترل فشار سیستم هوای فشرده، می توان گفت که سطوح توان متمرکز،
کنترل شده و دقیق برای دستگاه هایی مانند ابزارهایی که با هوا کار می کنند که امروزه توسط بسیاری از دندانپزشکان استفاده می شود،
مورد نیاز است. فشار هوا یکی از معیارهای قابل اندازه گیری است که بر دقت و عملکرد کلی تأثیر می گذارد.
مثال های مختلف برای تبیین اهمیت کنترل فشار سیستم هوای فشرده
سیستم‌هایی که کمک تنفسی برای بیماران فراهم می‌کنند، به جریان هوای قابل اعتماد مشابهی نیاز دارند.
در اتاق های تمیز، حفظ یک فشار مثبت کوچک اما بسیار خاص برای جلوگیری از هوای کثیف بسیار مهم است.
از سندبلاست ورق فلز زنگ زده (سمت چپ) و ساختمان های سنگی کثیف گرفته تا حذف آرام گرد و غبار از فضاهای کوچک، هوای فشرده در اطراف ما در حال حرکت است.
در هر مورد، سنسورهای فشار هوا به اطمینان از فشار هوا، نرخ جریان و اثر بهینه کمک می کنند.
برای ارائه ایده ای از عملکردهای دقیق تر سنسورهای فشار هوا، اجازه دهید نگاهی دقیق تر به استفاده از آنها در یک سیستم تهویه هوا بیندازیم.
نرخ های فلو هوای توصیه شده ای برای ساختمان های عمومی و کارخانه های صنعتی وجود دارد.
اگر فشار و در نتیجه فلو به کمتر از حد ایده آل برسد، سنسورهای فشار هوا تغییر را ثبت می کنند
و می توان تنظیمات را انجام داد یا علل را بررسی کرد.
سنسورهای فشار هوای اختلافی به طور خاص برای نظارت بر فشار قبل و بعد از فیلترها استفاده می شود.
با انجام این کار، این سنسور ها می توانند نشان دهند که فیلتر کثیف نیاز به تعویض دارد یا خیر.
سنسورها همچنین به جلوگیری از هدر رفتن انرژی از طریق فشار زیاد غیر ضروری در سیستم کمک می کنند.
ثابت نگه داشتن فشار بهینه با تنها یک کاهش انرژی کوچک، می تواند منجر به صرفه جویی قابل توجهی در برق شود.
فشار و نقش آن در سیستم تولید هوای فشرده
هر ۲ psi فشار هوای تولید شده برابر با ۱٪ از کل هزینه های انرژی یک سیستم هوای فشرده است.
داشتن یک سیستم هوای فشرده ناکارآمد می تواند ده ها یا حتی صدها هزار دلار انرژی هدر رفته برای شما شما به همراه داشته باشد.
این ناکارآمدی ها ناشی از چندین علت است که عبارت اند از:
- لوله کشی با اندازه نامناسب
- خوردگی داخلی لوله های توزیع
- کمپرسور با اندازه اشتباه
- و کمبود ذخیره هوای فشرده
هر یک از این مشکلات باعث کارکرد اضافه کمپرسور شما شده و در نهایت طول عمر آن را کاهش خواهند داد.
برای شناسایی و رسیدگی به این مسائل و کنترل فشار سیستم هوای فشرده،
فشار را در سراسر سیستم تولید هوای فشرده در مکان‌های کلیدی در کمپرسور خانه، در نقاط مصرف و در سراسر سیستم توزیع لوله‌کشی اندازه گیری کنید.
مکان های کلیدی شما از طریق نظرسنجی و بررسی مرکز مشخص می شود.
دلایل این بررسی ها چه می تواند باشد؟
این کار ها یک نمای کلی از فشار سیستم ارائه می دهند.
بدون این رویکرد های کلی نگر، ممکن است بدانید که دستگاهی در حال تقاضای هوا است،
اما نمی‌دانید فشار از کجا شروع به کاهش می‌کند؛ یعنی اطلاعات حیاتی برای عیب‌یابی را نمی دانید.
ممکن است کمپرسور شما برای کاربرد شما کاملاً مناسب باشد،
اما اگر لوله‌های کوچکی دارید یا این لوله ها خورده شده‌اند، اضافه کردن ظرفیت کمپرسور بیشتر کمکی نمی‌کند.
می‌توانید این اندازه‌گیری‌ها را به صورت دستی با سنسور فشار هوای فشرده انجام دهید،
اما این اندازه‌گیری ها فقط یک برداشت جزئی از داده ها در یک زمان خاص را به شما نشان می دهد.
برای دریافت مداوم اطلاعات درباره سیستم خود، می توانید سنسور ها را در سراسر سیستم تولید هوای فشرده نصب کنید.
سنسور های بی سیم که اطلاعات را به یک سرور مجازی گزارش می دهند، این کار را ساده تر و مقرون به صرفه تر می کنند.
گزینه های اندازه گیری و کنترل فشار سیستم هوای فشرده
بسته به نیاز سیستم تولید هوای فشرده خود، معمولاً بین انواع سنسورهای زیر که فشار را به روش های مختلف اندازه گیری می کنند،
می توانید انتخاب کنید:
- سنسور فشار هوای مطلق: اندازه گیری فشار در رابطه با خلاء کامل
(این کمترین احتمال را انتخاب می کنید؛ بجز برای کارهای تجربی!). - سنسور گیج فشار هوا: فشار را در رابطه با فشار اتمسفر اندازه گیری می کند
(برای مثال در اندازه گیری فشار باد لاستیک، قرائت صفر به این معنی است که فشار هوای داخلی با فشار اتمسفر برابر است). - سنسور فشار هوای اختلافی: اندازه گیری اختلاف فشار بین دو نقطه
(مانند قبل و بعد از فیلتر در یک سیستم تهویه مطبوع).
فناوری های موجود برای کنترل فشار سیستم هوای فشرده
در ساده ترین گیج های فشار هوا، یک اتصال مکانیکی مستقیم بین هوای فشرده و یک پوینتر روی گیج وجود دارد.
مکانیسم های رایج برای این اتصال شامل تیوب ها و پیستون های بوردون است.
هرچه فشار بیشتر باشد، پوینتر بیشتر حرکت می کند.
با این حال، برای دقت و کنترل بیشتر، باید به سنسور فشار هوا نگاه کنید که اثر فشار را به یک سیگنال الکتریکی متناسب تبدیل می‌کند.
این نوع سنسور فشار معمولاً به عنوان مبدل فشار شناخته می شود.
بسیاری از فناوری‌ها و اصول عملیاتی مختلف برای دستیابی به اندازه‌گیری دقیق و کنترل فشار سیستم هوای فشرده مورد استفاده قرار گرفته اند که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند.
خلاصه ای از سه روش رایج مورد استفاده در زمینه سنسور فشار هوا در زیر آورده شده است.
سنسور فشار مقاومتی یا Strain gauge
یک دیافراگم که در تماس با هوایی که فشار آن اندازه گیری می شود قرار دارد، با افزایش فشار تغییر شکل می دهد (نمودار بالا را ببینید).
سنسور های فشار متصل به سطح غیر تماسی دیافراگم به طور مشابه تغییر شکل می دهند.
اثر piezoresistive که در آن مقاومت ماده فشار سنج هنگام تغییر شکل تغییر می‌کند، به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود.
مبدل فشار خازنی برای هوای فشرده
در این روش دو صفحه خازنی با یک شکاف کوچک از یکدیگر جدا می شوند.
یکی از این دو صفحه ثابت است، در حالی که دیگری که در تماس با هوا است، به عنوان یک دیافراگم انعطاف پذیر عمل می کند.
افزایش فشار هوا باعث تغییر شکل دیافراگم می شود که شکاف را باریک می کند و ظرفیت خازنی را کاهش می دهد.
در نهایت این تغییر ظرفیت به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود.
مبدل فشار القایی برای هوای فشرده
در اینجا تغییر شکل یک دیافراگم با استفاده از اصل اندوکتانس به حرکت خطی یک هسته فرومغناطیسی تبدیل می شود.
حرکت هسته باعث تغییر در جریان القایی می شود که توسط یک سیم پیچ AC بر روی یک سیم پیچ ثانویه دیگر ایجاد می شود.
این تغییر به نوبه خود به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود.
گزینه ها و مشخصات برای تعیین سنسور فشار هوا
معمولا هیچ دو برنامه ای برای تولید هوای فشرده دقیقاً شبیه هم نیستند.
شما باید ارزیابی کنید که سنسور های فشار هوا در لیست کوتاه شما تا چه اندازه نیازهای شما را برآورده می کنند
و بهترین، یا حداقل گزینه بهتر، را انتخاب کنید.
در اینجا چند معیار برای انتخاب سنسور هوای فشرده وجود دارد:
- دامنه فشار: حداقل، این باید حداکثر فشار مجاز در تجهیزات شما را پوشش دهد.
فشار بیش از حد یکی از دلایل شایع خرابی سنسور فشار هوا است. - صحت عملکرد: اکثر سنسورهای فشار هوا در دمای اتاق از دقت معقولی برخوردارند اما در دماهای بالاتر دقت کمتری دارند.
اگر دقت در اولویت است، سنسوری با مشخصات دقیق انتخاب کنید و از الکترونیک دیجیتال استفاده کنید.
سنسورهایی که سیگنال‌های کالیبره‌شده و جبران‌شده با دما را ارائه می‌دهند در دسترس هستند. - انعطاف پذیری مکان لرزش: شوک و دمای بالا ممکن است بر حسگرهایی که نزدیک به تجهیزاتی که نظارت می‌کنند تأثیر بگذارد.
اگر نصب از راه دور امکان پذیر نیست، به دنبال طراحی قوی باشید.
اگر حسگرها ممکن است در معرض هوای گرم یا مرطوب قرار بگیرند،
مطمئن شوید که محفظه آنها محافظت مناسبی را ارائه می دهد. - سازگاری: آیا اتصالات حسگر به آن اجازه می‌دهد تا به راحتی روی تنظیمات موجود شما بپیچد؟
آیا خروجی آنالوگ آن با ابزار دقیق تنظیم سیگنال شما سازگار است؟ - زمان پاسخ: برخی از فرستنده‌های فشار امکان تنظیم آسان زمان پاسخ را فراهم می‌کنند که می‌تواند در حذف تحریک کاذب مفید باشد.
- قیمت: بیش از آنچه نیاز دارید پرداخت نکنید، اما به خاطر داشته باشید که با سنسورهای ارزان قیمت باید مواردی مانند دوام و دقت را به خطر بیندازید.
- هزینه نگهداری و تعمیرات: عواملی مانند سهولت نصب، نیازهای نگهداری کم، استحکام و طول عمر باید در کنار قیمت خرید ارزیابی شوند.
محدودیت های مختلف برای کنترل فشار سیستم هوای فشرده
به احتمال زیاد، گزینه های انتخابی شما بین انواع مبدل فشار مقاومتی و خازنی خواهد بود.
از این میان، رده بندی مقاومتی (strain gauge) بیشترین استفاده را دارند.
این سنسور ها از نظر حفاظت در برابر فشار بیش از حد،
عملکرد موثر و انعطاف پذیری در برابر ارتعاشات، شوک ها و فشارهای متغیر دینامیکی، مزایای زیادی دارند.
با این حال، هنگام انتخاب یک سنسور فشار هوای مقاومتی، باید از انتخاب های مختلف برای مواد مختلف آگاه باشید.
پایداری این مواد با توجه به دما، رطوبت و خروجی سنسور متفاوت است.
مبدل های فشار هوای خازنی نیز به خوبی با فشار بیش از حد کنار می آیند
و برای استفاده در فشارهای پایین بهتر از مقاومتی ها هستند.
این سنسور ها امتیاز خوبی در پسماند، سیستم تولید خطی، پایداری، تکرارپذیری و اندازه گیری فشار استاتیکی می گیرند.
از طرف دیگر، پروژه ساخت آنها بزرگتر و گرانتر است.
این سنسور ها می توانند از پارتیکل ها و رطوبت موجود در شکاف بین صفحات خازنی خود تاثیر بپذیرند.