سمینار درس مکاترونیک موضوع ارائه : سنسور فشار بسمه تعالی سمینار درس مکاترونیک موضوع ارائه : سنسور فشار نام و نام خانوادگی آرین احمدی (91411005) دانشکده مهندسی برق دانشگاه علم و صنعت ایران نیم سال دوم 94-95

سرفصل مطالب تاریخچه و مقدمه سنسور فشار کاربرد های سنسور فشار انواع سنسور های فشار سنسور های فشار از نظر تکنولوژی ساخت ( اصول عملکردی) ویژگی و محدودیت های سنسور فشار سایر اطلاعات مربوطه (نحوه انتخاب، اطلاعات قیمت، نحوه تهیه و خرید) منابع و مراجع

Pressure Sensor تاریخچه و مقدمه

تاریخچه بلز پاسکال، فیلسوف فرانسوی در سال 1648 برای اولین بار در آزمایشات خود متوجه نیرویی شد و آن را فشار نامید. رابرت بویل، شیمیدان انگلیسی – ایرلندی در سال 1661 رابطه ای بین فشار و حجم گاز محبوس شده در یک لوله j شکل بدست آورد.( مستل از درجه حرارت)

تاریخچه ژوزف لویی گیلوساک ، فیزیکدان فرانسوی در سال 1820 تشخیص داد که فشار گاز محبوس شده در یک لوله علاوه بر حجم به درجه حرارت نیز بستگی دارد. لوسین Vidie، دانشمند فرانسوی در سال 1843 فشارسنج aneroid را اختراع کرد. http://www.shutterstock.com/pic-76417276

تاریخچه در سال1930 اولین مبدل فشار طراحی و ساخته شد. اولین سنسور فشار در سال 1967 توسط شرکت honeywell ایالت متحده آمریکا ساخته شد.

مقدمه سنسور فشار یکی از پر مصرف ترین سنسورهای مورد استفاده در ابزار دقیق و اتوماسیون صنعتی است و بعد از دما یکی از پارامترهای مهم در پروسه های صنعتی فشار است . سنسور فشار برای اندازه گیری فشار، در گازها و مایعات مورد استفاده قرار می گیرد .

مقدمه فشار عبارت است از نیروی وارد بر سطح که در دستگاه SI به پاسکال می باشد . سنسور فشار معمولا به عنوان یک مبدل عمل می کند که صورتی تابعی از فشار سیگنال الکتریکی تولید می کند. سنسورهای فشار را به نام های دیگری نظیر مبدل فشار، ترانسمیتر فشار، انتقال دهنده فشار، فرستنده فشار، نشاندهنده فشار ، فشار سنج، پیزومتر ، مانومتر نامیده می شود.

نمونه هایی از سنسور فشار http://www.iranled.com/forum/ http://parscenter.com/Product/107244 http://samfar.ir/fa http://iran-micro.com http://1st.ir/Products

Pressure Sensor کاربردها

کاربرد های سنسور فشار اندازه گیری فشار : این کاربرد، کاربرد مستقیم سنسورهای فشار است که در مواردی از جمله تجهیزات هواشناسی، هواپیما، اتومبیل و سایر وسایلی که در آن‌ها فشار کارایی دارد به کار می رود. آزمایش نشتی : می توان با اندازه گیری افت فشار، نشتی سیستم را به دست آورد. روش‌های متداول برای این منظور، دو روش هستند: ۱. مقایسه فشار سیستم با فشار سیستمی با نشتی معلوم و استفاده از این اختلاف فشار ۲. اندازه گیری فشار و بررسی تغییرات آن در طول یک بازه زمان.

کاربرد های سنسور فشار اندازه گیری عمق و ارتفاع : یکی از کاربردهای سنسور فشار اندازه گیری ارتفاع سطح مایع می باشد ، از این تکنیک برای اندازه گیری جسم غوطه ور در آب مانند غواص ها ، زیر دریایی ها و یا ارتفاع سطح مایع درون یک مخزن استفاده می شود . اندازه گیری ارتفاع از سطح دریا : این کاربرد از رابطه بین تغییرات فشار با ارتفاع نسبت به سطح دریا استفاده می شود که کاربرد آن در هواپیما، موشک، ماهواره، بالن‌های هواشناسی و غیره می باشد.

کاربرد های سنسور فشار اندازه گیری جریان : در این روش با کمک اثر ونتوری و رابطه اش با فشار، جریا ن را اندازه گرفت ، اختلاف فشار بین دو بخش یک تیوب نتوری (با قطرهای دهانه مختلف) اندازه گیری می شود. این اختلاف فشار، با سرعت جریان گذرنده از تیوب رابطه مستقیم دارد.از انجا که این اختلاف فشار نسبتاً کوچک است از سنسور فشار با بازه کم استفاده می شود.

Pressure Sensor انواع سنسور فشار

انواع سنسور های فشار سنسورفشارگیج: این سنسور در کاربردهای متفاوتی استفاده می‌شود زیرا می تواند برای اندازه گیری فشار یک نقطه نسبت به فشار اتمسفریک در نقطه دیگر کالیبره شود. گیج فشار تایر مثالی از نشانگر فشار گیج است. هنگامی که گیج فشار تایر مقدار 0 psi را می خواند فشار داخل تایر 14.7 psi است. (یعنی برابر با فشار اتمسفر) سنسور فشار خلا: این سنسور برای اندازه گیری فشار کمتر از فشار اتمسفر در نقطه ای مشخص استفاده می شود. مرجع سنسور خلا در صنعت متفاوت است که ممکن است موجب اشتباه شود؛ فشار نسبت به فشار اتمسفر ( مانند اندازه گیری فشار گیج منفی) و نیز فشار نسبت به فشار خلا .

انواع سنسور های فشار سنسور فشار تفاضلی: این سنسور تفاضل بین فشار ۲ یا چند نقطه را که به عنوان ورودی معرفی می شوند اندازه می گیرد. برای مثال اندازه گیری افت فشار در فیلتر روغن. فشار تفاضلی هم چنین برای اندازه گیری دبی یا سطح در مخازن به کار می رود.

انواع سنسور های فشار سنسور فشار مهرشده: این سنسور همانند سنسور فشار گیج است با این تفاوت که از قبل توسط سازنده برای اندازه گیری فشار نسبت به فشار سطح دریا کالیبره شده است. سنسور فشار مطلق: این سنسور فشار یک نقطه نسبت به خلا کامل (0 psi) را اندازه می گیرد. فشار اتمسفریک 14.7 psi در سطح دریا نسبت به خلا است.

Pressure Sensor سنسور های فشار از نظر تکنولوژی ساخت

سنسور های فشار از نظر تکنولوژی ساخت ترانسدیوسر خازنی فشار : در این ترانسدیوسر از فاصله صفحات خازن برای سنجش فشار استفاده می شود در این روش توسط نوسان ساز تغییرات ظرفیت خازن تبدیل به تغییرات فشار می شود این نوع ترانسدیوسرها برای اندازه گیری فشار کم و معمولا برای آزمایشگاه استفاده می شود. http://icesi.ir/05/pressure-measurement-\capacitance/

سنسور های فشار از نظر تکنولوژی ساخت ترانسدیوسر پتانسیومتری فشار : در این روش از یک بیلوز جهت تبدیل فشار پروسه به جاجایی استفاده می شود . بیلوز شبیه به بوق دو چرخه است که با افزایش فشار طول آن تغییر کرده و با جابجا شدن اهرم تنظیم مقاومت متغییر می شود و در نتیجه می توان مقاومت فشار را اندازه گیری نمود . http://radanqc.com

سنسور های فشار از نظر تکنولوژی ساخت پیزوالکتریک : در پیزوالکتریک تغییرات فشار باعث تولید ولتاژ می شود. در حقیقت ضربات وارد شده باعث تولید ولتاژ می شود .کوارتس رایج ترین پیزوالکتریک می باشد . سنسورهای پیزوالکتریک بخاطر دقت بالا کاربردهای فراوانی دارند . ویژگی های عمده این سنسورها سختی، سایز کوچک ،سرعت بالا و عدم نیاز به منبع تغذیه هستند با استفاده از سنسورهای پیزوالکتریک می توان سرعت و تغییرات شتاب را نیز اندازه گیری نمود

سنسور های فشار از نظر تکنولوژی ساخت پیزوالکتریک : http://www.noandishaan.com/forums/thread125566.html http://golmir.persianblog.ir/post/26/

سنسور های فشار از نظر تکنولوژی ساخت روش دیافراگم و کپسول : دیافراگم معمولا از جنس فلزی استیل ساخته می شود و روی دیافراگم را به صورت موج دار می سازند تا در برابر نیرویی که به آن وارد می شود جابجایی داشته باشند . برای اندازه گیری فشار زیاد از دیافراگم کوچک و برای اندازه گیری فشارکم از دیافراگم بزرگ استفاده می شود. کپسول از دو دیافراگم تشکیل شده است که محیط آن به هم وصل می شود که بین آنها از مایع تراکم ناپذیر پر می شود.

حساسیت کپسول بیشتر از دیافراگم است و به ازای فشار مشخص تغییرات طول کپسول معادل دو برابر یک دیافراگم با مشخصه مشابه می باشد. http://icesi.ir/29/diaphragm-pressure-measurement/ http://radanqc.com/instumentation_pressure.aspx

Pressure Sensor ویژگی و محدودیت های سنسور فشار

ویژگی و محدودیت های سنسور فشار 1- اندازه گیری رنج: بیان کننده مینیمم و ماکسیمم فشاری است که بدون آسیب به سنسور برای سنسور طراحی گردیده است . این معیار برای سنسورهای تفاضلی و گیج بسیار ضروری است به این دلیل که اندازه گیری آن ها نسبی بوده و اگر میزان بزرگنمایی فشار مرجع بیشتر از این مقدار باشد ، سنسور کار نخواهد کرد. 2- ابعاد سنسور : وابسته به نوع کارایی ، سایز سنسور مطابق نوع فضایی که نیاز است فشار حس شود ، متغیر است . از این رو ابعاد سنسور بحث بسیار مهمی در طراحی سنسور به شمار می رود . معمولاً سنسورها در سایزهای کوچکی طراحی شده و در بسیاری از کاربردها ترجیح داده می شود .

ویژگی و محدودیت های سنسور فشار 3- دمای کاری: در این جا محدوده دما تحت شرایط کاری سنسور مطرح می گردد و همیشه نیاز است که سنسور در رنج دمای تعریف شده کار کند . در نتیجه می توان گفت خروجی همواره ثابت باقی می ماند . در شرایط محیطی خیلی سرد یا خیلی گرم ؛ ممکن است سنسورها به درستی کار نکنند . این دمای کاری مخصوصا در سنسورهای فشار الکترونیکی به کار گرفته شده و می توان مورد استفاده از آن ها را در کامپیوتر های صفحه لمسی و یا دیگر دستگاه ها مشاهده نمود.

ویژگی و محدودیت های سنسور فشار ۴- نوع اندازه گیری: این هم ، یک فاکتور مهم برای کاربر به شمار می رود . کاربر باید نوع فشار اندازه گیری شده توسط سنسور را بداند . مثلاً ، این فشار فشار مطلق است ؛ گیج است یا تفاضلی . به این دلیل که تکنیک های متفاوت اندازه گیری با متدهای پردازش متفاوت دنبال شده و از این رو خروجی مطابق با آن تغییر می کند . ۵- دقت: اندازه گیری فشارهای متفاوت بهترین راه ساختن یک سنسور با حداکثر دقت ممکن است. به این دلیل که فشار مرجع ، نسبت به فشار اتمسفر بیشتر تحت کنترل کاربر است . چون تمرکز فشار اتمسفر بیشتر در اندازه گیری فشار گیج مطرح می گردد .

ویژگی و محدودیت های سنسور فشار 6- نوع خروجی تولید شده: خروجی الکتریکی تولید شده توسط سنسور می تواند وابسته به طراحی و خروجی مورد نیاز دستگاه متفاوت باشد . برخی از فرمت های خروجی تولید شده را می توانیم به این صورت مطرح کنیم : ولتاژ آنالوگ ، سیگنال دیجیتال (TTL، تداخلRS232 و کلید شیفت فرکانسی وابسته به پروتکل HART) 7- زمان پاسخ : این ویژگی بیانگر زمان گذرانده شده بین ورودی اعمال شده و خروجی حاصله است . انتظار می رود که سنسورهای فشار ، زمان پاسخ کمی داشته باشند تا بتوانند خروجی آنی را تلوید کرده و فشار را سریع تر حس کنند بنابراین به همین ترتیب سیستم می تواند پاسخ سریع تر یا به اصطلاح سوئیفت تری داشته باشد.

ویژگی و محدودیت های سنسور فشار 8- ولتاژ آفست: ولتاژ آفست می تواند به عنوان ولتاژ خروجی تولید شده در نظر گرفته شود . البته در زمانی که هیچ ورودی اعمال نشده باشد . در خصوص سنسورهای تفاضلی ، می توان گفت ولتاژ های آفست وقتی تولید می شود که هیچ فشار مرجعی آن جا وجود نداشته باشد . در خصوص سنسورهای گیج هم می توان گفت ؛ ولتاژ آفست وقتی تولید می شود که فشار محیط به سنسور وارد شده باشد . ولتاژ آفست برای کاهش خطا در خروجی مورد نیاز بوده و خروجی نهایی پس از کاهش ولتاژ آفست از آن ها محاسبه می شود .

Pressure Sensor سایر اطلاعات مربوطه (نحوه انتخاب، اطلاعات قیمت، نحوه تهیه و خرید)

سایر اطلاعات مربوطه (نحوه انتخاب، اطلاعات قیمت، نحوه تهیه و خرید) برای انتخاب سنسور فشار مناسب بایستی به موارد زیر توجه داشت‌: نحوه نصب سنسور فشار محدوده دمای کاری سنسور نوع و خواص شیمیایی سیال که فشار آن اندازه گیری می شود. نوع خروجی و تغذیه سنسور فشار قابلیت تنظیم و یا داشتن پروتکل ارتباطی سنسور

سایر اطلاعات مربوطه (نحوه انتخاب، اطلاعات قیمت، نحوه تهیه و خرید) اطلاعات قیمت: هاگلر - سنسور فشار هاگلر -1 تا 1 ، بار خروجی 4 تا 20 میلی آمپر قیمت:218000 تومان هاگلر - سنسور فشار هاگلر 0تا 10 ، بار خروجی 0 تا 10 ولت قیمت:199000 تومان هاگلر - سنسور فشار هاگلر 0تا 10 ، بار خروجی 4 تا 20 میلی آمپر قیمت:180000 تومان سنسور فشار مطلق MPX6115Aقیمت:60000 تومان سنسور فشار KP100A قیمت:215000 تومان سنسور فشار HP03SA  قیمت:20000 تومان سنسور فشار HRP01  قیمت:8000 تومان سنسور فشار HSGF010  قیمت:5000 تومان

سایر اطلاعات مربوطه (نحوه انتخاب، اطلاعات قیمت، نحوه تهیه و خرید) نحوه تهیه و خرید: لیست نمایندگان فروش هاگلر در تهران بشرح ذیل می باشد: تهران: لاله زار نو ،نرسیده به انقلاب،کوچه گل پرور،پلاک 12 واحد 4 آقای قیطرانی 02133982185 تهران:لاله زار جنوبی - بازار صنعت - طبقه زیر همکف - پلاک 0/3 اصفهان: میدان احمدآباد ، ابتدای خیابان جی ، رو به روی پمپ بنزین آقای کوهی 03132258338 اهواز: صنایع فولاد ، کوی بعثت ، آیت 2 ، پلاک 6 آقای رفیعی زاده 06114427438 قزوین: خیابان بوعلی غربی ، بعد از چهارراه نادری ، نبش کوچه یاسین آقای نورمحمدی 02833334856 یزد : بلوار جمهوری اسلامی ، روبه روی کوچه ارکیده آقای نصراللهی 03535227724 شیراز : خیابان قاآنی شمالی ، پاساژ جاوید ، ورودی بانک تجارت ، پلاک 62 آقای اخوت 07132326644 تبریز : خیابان فردوسی ، پاساژ آذربایجان ، طبقه همکف ، پلاک 26 آقای مرفع آبادی 04135565761 گرگان : خیابان جرجان 22 ، جنب گلسم آقای ورهرام 01732126155

Pressure Sensor مراجع و منابع

مراجع و منابع [1] http://www.sensorland.com/HowPage059.html [2] https://www.allsensors.com/engineering/sensor-history [3] https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_sensor [4]http://www.wika.com/solutions_characteristics_electronic pressure_en_us.WIKA [5] http://www.ni.com/white-paper/3639/en/ [6] Pressure Sensor - AhmedM. Almassri,1 W. Z. Wan Hasan,1 S. A. Ahmad,1 A. J. Ishak,1 A. M. Ghazali,1,D. N. Talib,1 and Chikamune Wada2

Pressure Sensor لیست مراجع (برای مطالعه بیشتر)

لیست مراجع (برای مطالعه بیشتر) [1] www.amsys.info/sheets/amsys.en.wp03 [2] http://e-sensor.biz [3]https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_sensor#Pressuresen sing_technology