سنسور فشارچیست و چگونه عمل می‌کند؟ انواع سنسور فشار

سنسور فشار ابزاری حیاتی در سیستم‌های کنترلی و مانیتورینگ صنعتی، پزشکی و خودرویی است که با اندازه‌گیری میزان فشار سیالات، اطلاعات دقیق و لحظه‌ای را برای تحلیل، کنترل و تصمیم‌گیری فراهم می‌سازد. این سنسورها با بهره‌گیری از فناوری‌های مختلف، تغییرات فیزیکی ناشی از فشار را به سیگنال‌های الکتریکی قابل پردازش تبدیل می‌کنند و نقش مهمی در بهینه‌سازی عملکرد تجهیزات و افزایش ایمنی ایفا می‌نمایند.

سنسور فشار چیست؟

سنسور فشار (Pressure Sensor) یک تجهیز الکترومکانیکی یا الکترونیکی است که وظیفه دارد فشار اعمال‌شده توسط یک سیال (اعم از گاز یا مایع) را نسبت به یک مرجع مشخص اندازه‌گیری کرده و آن را به یک سیگنال الکتریکی استاندارد (مانند ولتاژ، جریان یا سیگنال دیجیتال) تبدیل نماید تا بتوان آن را توسط سیستم‌های کنترلی یا نمایشگرها پردازش و تفسیر کرد. این سنسور معمولاً از یک المان حساس به فشار مانند دیافراگم یا ساختارهای پیزوالکتریک، استرین گیج یا خازنی تشکیل شده است که با اعمال فشار، تغییر شکل یا خاصیت فیزیکی داده و این تغییر توسط مدارهای الکترونیکی به خروجی الکتریکی متناسب با میزان فشار تبدیل می‌شود.

سنسور فشار چگونه کار میکند؟

1. المان حساس به فشار (Sensing Element):

عنصر حساس به فشار، بخش اصلی سنسور است که به فشار سیال واکنش نشان می‌دهد. این عنصر معمولاً یک دیافراگم یا ساختار مکانیکی است که به‌صورت مستقیم تحت تأثیر فشار قرار می‌گیرد. دیافراگم معمولاً از مواد فلزی، سیلیکونی یا سرامیکی ساخته می‌شود و ویژگی‌هایی مانند انعطاف‌پذیری و حساسیت بالا دارد.

در این مرحله، فشار وارد شده بر دیافراگم باعث تغییر شکل مکانیکی در آن می‌شود. به عبارت دیگر، دیافراگم یا المان حساس به‌طور فیزیکی تحت تأثیر نیروی فشار قرار می‌گیرد و دچار تغییرات میکروسکوپی در شکل یا ابعاد خود می‌شود.

2. تبدیل تغییر فیزیکی به سیگنال الکتریکی:

بسته به نوع سنسور فشار، تغییرات فیزیکی در این عنصر حساس به فشار به یکی از روش‌های زیر به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود:

• سنسورهای استرین گیج (Strain Gauge): در این نوع سنسورها، یک یا چند مقاومت الکتریکی که به صورت خاص بر روی دیافراگم چسبانده شده‌اند، به تغییرات فشار واکنش نشان می‌دهند. وقتی دیافراگم تحت فشار تغییر شکل می‌دهد، مقاومت این المان‌ها تغییر می‌کند. تغییر مقاومت به‌طور مستقیم متناسب با تغییر فشار است. برای اندازه‌گیری این تغییر مقاومت، از تکنیک پل ویدمن (Wheatstone Bridge) استفاده می‌شود که تغییرات مقاومت را به تغییر ولتاژ تبدیل می‌کند.
• سنسورهای پیزوالکتریک (Piezoelectric): در این نوع سنسورها، ماده پیزوالکتریک مانند کریستال کوارتز تحت فشار دچار تغییرات بار الکتریکی می‌شود. این تغییر بار به‌صورت سیگنال الکتریکی قابل اندازه‌گیری است. این نوع سنسورها به‌طور خاص برای اندازه‌گیری فشارهای دینامیکی (به‌ویژه فشارهای با تغییرات سریع و نوسانی) استفاده می‌شوند.
• سنسورهای خازنی (Capacitive): در این نوع سنسورها، دیافراگم حساس به فشار به‌گونه‌ای طراحی شده است که فاصله بین دو صفحه خازنی را تغییر می‌دهد. با تغییر فاصله بین صفحات، ظرفیت خازنی تغییر می‌کند که این تغییر ظرفیت می‌تواند به‌عنوان سیگنال الکتریکی خروجی استفاده شود.
• سنسورهای نوری (Optical): در این نوع سنسورها، فشار وارد شده به المان حسگر باعث تغییرات فیزیکی در ویژگی‌های نوری (مثل تغییر در عبور نور از یک محیط حساس به فشار) می‌شود. این تغییرات با استفاده از فناوری‌های اپتیکی اندازه‌گیری می‌شود. این سنسورها معمولاً برای کاربردهای خاص که نیاز به دقت بسیار بالا دارند، استفاده می‌شوند.

3. تقویت و پردازش سیگنال:

سیگنال اولیه‌ای که از عنصر حساس به فشار تولید می‌شود، معمولاً بسیار ضعیف است و برای استفاده در سیستم‌های کنترلی نیاز به تقویت دارد. برای این منظور، معمولاً از تقویت‌کننده‌های عملیاتی (Op-Amp) استفاده می‌شود تا سیگنال را به سطح مطلوب برسانند.

بعد از تقویت سیگنال، اگر سنسور فشار آنالوگ باشد، سیگنال آنالوگ به یک مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC) ارسال می‌شود تا به داده دیجیتال تبدیل گردد. این داده دیجیتال به سیستم‌های کنترلی یا نمایشگرها ارسال می‌شود و در نهایت به‌عنوان مقدار فشار نمایش داده می‌شود یا برای کنترل فرآیندها استفاده می‌شود.

4. خروجی نهایی:

در نهایت، خروجی سنسور فشار می‌تواند به صورت‌های مختلفی ارائه شود:

• خروجی ولتاژی (Voltage Output): سیگنال تقویت‌شده به صورت ولتاژ برای سیستم‌های کنترلی ارسال می‌شود.
• خروجی جریان (Current Output): برخی سنسورها خروجی جریان ثابت یا متغیر (معمولاً 4 تا 20 میلی‌آمپر) تولید می‌کنند که برای انتقال در فواصل طولانی به دلیل مقاومت کمتر کابل‌ها مناسب‌تر است.
• خروجی دیجیتال (Digital Output): برخی سنسورها با استفاده از پروتکل‌های دیجیتال مانند I2C یا SPI اطلاعات را به صورت دیجیتال منتقل می‌کنند.

خواندن این مقاله را از دست ندهید:مولتی متر چیست و انواع آن کدامند؟|انواع آنالوگ و دیجیتال

انواع سنسور فشار صنعتی

1. سنسور فشار مطلق (Absolute Pressure Sensor):

سنسورهای فشار مطلق فشار را نسبت به خلا مطلق اندازه‌گیری می‌کنند. این سنسورها به یک مرجع ثابت که همان فشار خلا مطلق است، اشاره دارند و به‌هیچ‌وجه تحت تأثیر فشار جو قرار نمی‌گیرند. فشار مطلق معمولاً به عنوان فشار واقعی (آبجکتیو) یک سیستم در نظر گرفته می‌شود، زیرا به‌طور کامل مستقل از فشار محیط است.

این سنسورها تغییرات فشار را نسبت به خلا مطلق اندازه‌گیری کرده و هیچ‌گونه وابستگی به فشار جو ندارند. این نوع سنسورها معمولاً دارای یک مرجع خلا داخلی هستند که همیشه ثابت است.

• کاربردها: سیستم‌های خلأ (مثل تجهیزات مورد استفاده در صنایع نیمه‌هادی و میکروالکترونیک)، راکتورها و دستگاه‌های خلا، اندازه‌گیری فشار در محیط‌های خاص.

2. سنسور فشار گیج (Gauge Pressure Sensor):

سنسورهای فشار گیج فشار را نسبت به فشار جو اندازه‌گیری می‌کنند. در این نوع سنسورها، فشار سیال مورد اندازه‌گیری نسبت به فشار محیط (جو) اندازه‌گیری می‌شود. این سنسورها در مواردی که نیاز به اندازه‌گیری فشارهای بالاتر از فشار جو وجود دارد، کاربرد دارند.

سنسور فشار گیج به‌طور خاص فشار را نسبت به فشار جو اندازه‌گیری کرده و به همین دلیل در سنسورهای فشار گیج، فشار جو به‌طور خودکار در سیگنال نهایی لحاظ نمی‌شود.

• کاربردها: تجهیزات صنعتی مثل پمپ‌ها، سیستم‌های هیدرولیکی، اتصالات لوله‌کشی، تجهیزات فرآیندی و پایش فشار در لوله‌ها.

ما در این مقاله به بررسی انواع گیج فشار و نحوه عملکرد و نصب گیج فشار پرداخته ایم.

3. سنسور فشار تفاضلی (Differential Pressure Sensor):

سنسور فشار تفاضلی اختلاف فشار بین دو نقطه مختلف را اندازه‌گیری می‌کند. این سنسورها برای اندازه‌گیری تفاوت فشار در دو موقعیت مختلف در یک سیستم کاربرد دارند. به عبارت دیگر، این سنسورها تغییرات فشار بین دو ورودی مختلف را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کنند.

در این نوع سنسورها، دو ورودی برای سنجش فشار وجود دارد و فشارها در این دو نقطه با هم مقایسه می‌شوند. این نوع سنسورها بیشتر برای اندازه‌گیری تغییرات فشار در تجهیزات یا سیستم‌های خاص مانند فیلترها یا سیستم‌های تهویه استفاده می‌شوند.

• کاربردها: فیلترها و مبدل‌های حرارتی، کنترل فشار در فرآیندهای تصفیه و پالایش، اندازه‌گیری اختلاف فشار در سیستم‌های تهویه و هوادهی.

4. سنسور فشار خلأ (Vacuum Pressure Sensor):

این سنسورها برای اندازه‌گیری فشارهایی که کمتر از فشار جو هستند، طراحی شده‌اند و معمولاً برای اندازه‌گیری فشارهای منفی (خلأ) به‌کار می‌روند. این نوع سنسورها فشارهایی که در آن‌ها فشار سیال پایین‌تر از فشار جو است را اندازه‌گیری می‌کنند.

سنسورهای فشار خلأ به‌طور خاص برای اندازه‌گیری فشارهای منفی طراحی شده‌اند و می‌توانند فشارهای بسیار کم در حدود چند میلی‌متر جیوه یا پایین‌تر از آن را اندازه‌گیری کنند.

• کاربردها: سیستم‌های خلأ، دستگاه‌های پمپ خلأ، تجهیزات آزمایشگاهی، صنعت بسته‌بندی خلأ.

5. سنسور فشار مقاومتی (Strain Gauge Pressure Sensor):

این نوع سنسورها بر اساس تغییر مقاومت الکتریکی در یک ماده حساس به فشار (مانند استرین گیج‌ها) عمل می‌کنند. تغییرات در فشار سیال باعث تغییرات فیزیکی در دیافراگم سنسور می‌شود که به‌واسطه آن، تغییرات در مقاومت الکتریکی سنسور ایجاد می‌شود.

در این سنسورها، ماده‌ای مانند استرین گیج (یک مقاومت الکتریکی حساس به تغییرات ابعادی) بر روی دیافراگم سنسور نصب می‌شود. زمانی که فشار به دیافراگم وارد می‌شود، تغییرات ابعادی باعث تغییر در مقاومت و در نهایت تولید سیگنال الکتریکی می‌شود.

• کاربردها: اندازه‌گیری فشار در سیستم‌های هیدرولیکی، نیروگاه‌ها، اتصالات لوله‌کشی و سایر تجهیزات صنعتی.

کلیک کنید:سنسور دما مقاومتی یا RTD چیست؟

6. سنسور فشار پیزوالکتریک (Piezoelectric Pressure Sensor):

در این نوع سنسورها، از مواد پیزوالکتریک استفاده می‌شود که تحت فشار، بار الکتریکی تولید می‌کنند. تغییرات فشار باعث تغییر در بار الکتریکی تولید شده توسط این مواد می‌شود که این تغییرات به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود.

سنسورهای پیزوالکتریک از مواد پیزوالکتریک (مانند کریستال کوارتز) استفاده می‌کنند که تحت تأثیر فشار دچار تغییرات بار الکتریکی می‌شوند. این تغییرات بار به‌صورت سیگنال الکتریکی در دسترس قرار می‌گیرد.

• کاربردها: اندازه‌گیری فشارهای دینامیکی، موتورهای احتراق داخلی، تجهیزات آزمایشگاهی، سیستم‌های صوتی و لرزشی.

7. سنسور فشار خازنی (Capacitive Pressure Sensor):

سنسورهای فشار خازنی از اصول تغییر ظرفیت خازنی برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌کنند. زمانی که فشار به دیافراگم سنسور وارد می‌شود، فاصله بین دو صفحه خازنی تغییر کرده و این تغییر فاصله باعث تغییر ظرفیت خازنی می‌شود که به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌شود.

در این نوع سنسورها، فشار وارد شده به دیافراگم باعث تغییر فاصله بین دو صفحه خازنی می‌شود. این تغییر فاصله منجر به تغییر ظرفیت خازنی می‌شود که به‌صورت سیگنال الکتریکی تولید می‌شود.

• کاربردها: اندازه‌گیری فشار دقیق در تجهیزات پزشکی، سیستم‌های نظارتی صنعتی، سیستم‌های کنترل فرآیند.

جهت آشنایی با سنسور خازنی چیست؟ وانواع سنسورهای خازنی کدامند؟ کلیک کنید.

8. سنسور فشار MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems):

سنسورهای فشار MEMS از تکنولوژی‌های میکروالکترومکانیکی استفاده می‌کنند. این سنسورها معمولاً بسیار کوچک هستند و برای اندازه‌گیری فشار در سیستم‌های میکرو یا مقیاس میکروسکوپی طراحی می‌شوند.

سنسورهای MEMS با استفاده از میکروالکترومکانیک‌ها، اجزای بسیار کوچک را برای اندازه‌گیری فشار ایجاد می‌کنند. این سنسورها می‌توانند فشار را در سیستم‌های فشرده و با توان مصرفی پایین اندازه‌گیری کنند.

• کاربردها: سیستم‌های جاسازی‌شده در دستگاه‌های موبایل، تجهیزات پزشکی، خودروهای الکتریکی.

9. سنسور فشار دیجیتال (Digital Pressure Sensor):

این سنسورها سیگنال آنالوگ را به سیگنال دیجیتال تبدیل می‌کنند و از پروتکل‌های دیجیتال برای ارسال داده‌ها استفاده می‌کنند. این سنسورها به‌طور مستقیم می‌توانند داده‌های دیجیتال را به سیستم‌های کنترلی یا پایش ارسال کنند.

سنسورهای فشار دیجیتال با استفاده از مبدل‌های آنالوگ به دیجیتال (ADC) داده‌های فشار را به سیگنال دیجیتال تبدیل کرده و به‌صورت داده‌های دیجیتال ارسال می‌کنند.

• کاربردها: سیستم‌های اتوماسیون صنعتی، دستگاه‌های اندازه‌گیری دقیق، کنترل فرآیندهای دیجیتال.

10. سنسور فشار نوری (Optical Pressure Sensor):

این نوع سنسورها از تغییرات نوری برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌کنند. فشار وارد شده به دیافراگم سنسور باعث تغییرات نوری (مانند تغییر در عبور نور یا بازتاب نور) می‌شود که به‌عنوان سیگنال اندازه‌گیری به‌کار می‌رود.

سنسورهای فشار نوری به‌طور ویژه از ویژگی‌های نوری مواد حساس به فشار استفاده می‌کنند که تحت فشار تغییرات نوری را تجربه کرده و این تغییرات برای اندازه‌گیری فشار به‌کار می‌رود.

• کاربردها: استفاده در صنایع حساس مانند پزشکی، تحقیقاتی و فضایی که نیاز به دقت بسیار بالا و مقاوم در برابر نویزهای الکترومغناطیسی دارند.

سنسور فشار هوا چیست؟

سنسور فشار هوا یک نوع سنسور است که برای اندازه‌گیری فشار هوا در محیط‌های مختلف به‌کار می‌رود. این سنسورها معمولاً برای نظارت و کنترل شرایط جوی، سیستم‌های تهویه مطبوع، یا دستگاه‌هایی که نیاز به اندازه‌گیری فشار هوا دارند، استفاده می‌شوند.سنسور فشار هوا، فشار هوای محیط را اندازه‌گیری کرده و می‌تواند برای مانیتورینگ فشار در محیط‌های باز یا بسته استفاده شود. این سنسورها به‌طور معمول برای نظارت بر فشار سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC)، سیستم‌های تهویه یا ماشین‌های صنعتی طراحی می‌شوند.

سنسور فشار هوای منیفولد چیست؟

سنسور فشار منیفولد به‌طور خاص برای اندازه‌گیری فشار در منیفولد ورودی یا خروجی موتورهای درون‌سوز طراحی می‌شود. این سنسورها معمولاً در سیستم‌های تزریق سوخت خودروها برای بهینه‌سازی عملکرد موتور استفاده می‌شوند.سنسور فشار منیفولد فشار هوای ورودی به موتور را اندازه‌گیری می‌کند که به کنترل میزان سوخت مصرفی و عملکرد بهینه موتور کمک می‌کند. این نوع سنسور معمولاً در سیستم‌های ECU (واحد کنترل الکترونیکی موتور) خودروها کاربرد دارد.

سنسور فشار بارومتریک چیست؟

سنسور فشار بارومتریک به‌طور خاص برای اندازه‌گیری فشار جو یا فشار محیط طراحی شده است. این سنسورها معمولاً در کاربردهایی که نیاز به اندازه‌گیری دقیق فشار جو برای پیش‌بینی وضعیت آب‌وهوایی یا کنترل ارتفاع دارند، استفاده می‌شوند.سنسور فشار بارومتریک فشار جو را اندازه‌گیری می‌کند و تغییرات در این فشار را برای تعیین ارتفاع و وضعیت آب‌وهوایی به‌کار می‌برد. این سنسورها می‌توانند فشار جو را در سطح دریا یا در ارتفاعات مختلف اندازه‌گیری کنند.

سنسور فشار باد تایر چیست؟

این نوع سنسور برای اندازه‌گیری فشار باد تایرها در خودروها طراحی شده است. این سنسورها معمولاً در سیستم‌های نظارت بر فشار تایر (TPMS) استفاده می‌شوند تا از فشار مناسب تایرها در حین رانندگی اطمینان حاصل شود.سنسور فشار باد تایر فشار داخل تایر را اندازه‌گیری کرده و در صورت پایین بودن فشار، به راننده هشدار می‌دهد. این سنسورها معمولاً از نوع پیزوالکتریک یا مقاومتی هستند.

سنسور فشار گاز کولر چیست؟

سنسور فشار گاز کولر برای اندازه‌گیری فشار در سیستم‌های سرمایشی مانند کولرهای هوا یا تهویه مطبوع طراحی شده است. این سنسورها فشار گاز مبرد را در داخل سیستم سرمایشی نظارت می‌کنند تا عملکرد بهینه سیستم حفظ شود.سنسور فشار گاز کولر فشار گاز مبرد را در سیستم کولر یا تهویه مطبوع اندازه‌گیری کرده و به سیستم کنترل اطلاع می‌دهد تا در صورت بروز نقص یا تغییرات غیرعادی فشار، عملکرد سیستم به‌درستی تنظیم شود.

سنسور فشار ریل سوخت چیست؟

سنسور فشار ریل سوخت برای اندازه‌گیری فشار سوخت در ریل سوخت استفاده می‌شود. این سنسور به سیستم کنترل موتور کمک می‌کند تا فشار سوخت را در سیستم سوخت‌رسانی به‌درستی تنظیم کند.سنسور فشار ریل سوخت فشار سوخت در ریل سوخت را اندازه‌گیری کرده و اطلاعات لازم را به سیستم ECU ارسال می‌کند تا به‌طور دقیق فشار سوخت برای موتور تنظیم شود.

مشاوره قبل از خرید

برای کسب اطلاعات بیشتر در رابطه با خرید محصولات می‌توانید با شماره تلفن‌های زیر تماس بگیرید: