فشار ناگهانی دلیل اصلی خرابی ترانسمیتر های فشار

علت اصلی خرابی ترانسمیترهای فشار در ماشین آلات هیدرولیکی ثابت و قابل حمل مانند دستگاه های پرس، سیستم های توزین در لودر ها و در بوستر پمپ های آب رسانی چیست؟

چرا بیشترین خرابی ها مربوط به سنسور های فشار رنج 250، 400، 600 بار به بالا می باشد؟

چرا خروجی سنسور های فشار بعد از مدتی روی یک عدد ثابت باقی می ماند و دیگر در برابر فشار اعمال شده ورودی تغییری نمی کند؟

تیم پشتیبانی فنی ما پس از بازدید از صنایع مختلف و انجام تحقیق ها میدانی جواب این سوالات را یافته است. ما صنعت شما را می شناسیم و می دانیم که اگر ماشین آلات شما در اثر استفاده مداوم خراب شوند مشتریانتان هزینه های زیادی متحمل خواهند شد و در نتیجه اعتمادشان به شما کمرنگ تر شده و اعتبار شما در معرض خطر قرار خواهد گرفت.

بنابراین با ما همراه باشید تا در این مقاله با یکدیگر به شناخت و بررسی دقیق برخی از پدیده های مخرب، عوامل ناشناخته و اقدامات  لازم جهت از بین بردن و کمرنگ کردن اثر آن ها بپردازیم.

رایج ترین دلایل خرابی سنسور فشار

فشار اسپایک (Pressure spikes)

قاطعانه می توانیم بگوییم که رایج ترین دلیل خراب شدن ترانسمیترهای فشار بالا، فشار اسپایک (Pressure spikes) می باشد. این پدیده تنها در مدت زمان چند میکرو ثانیه (حداکثر چند میلی ثانیه) اتفاق می افتد و می تواند فشاری معادل با 15 برابر فشار کاری سیستم های هیدرولیک داشته باشد. متاسفانه بسیاری از تجهیزات به اندازه کافی سریع نیستند که بتوانند میزان فشار این پدیده را در مدت زمان بسیار کوتاه مانیتور کنند بنابراین این پدیده تبدیل به یکی از مخرب ترین پدیده های غیر قابل تشخیص شده است.

تغییر ناگهانی فشار (افزایش یا کاهش ناگهانی فشار) مایع تحت فشار در حال حرکت در یک سیستم بسته و همچنین تحت فشار قرار دادن و یا رها سازی ناگهانی سیال از جمله دلایل اصلی به وجود آمدن فشار مازاد (Overpressure) می باشد.

موج فشار (Pressure surges)  به وجود آمده می تواند میزان بسیار زیاد و قابل توجهی از انرژی در یک بازه زمانی بسیار کوتاه (موج لحظه ای) و غیر قابل تشخیص ایجاد کند و در صورتی که این انرژی به طور مستقیم به دیافراگم برسد می تواند منجبر به آسیب دیدن سنسور فشار و انحراف دائمی و یا پارگی دیافراگم شود.

اکثر ترانسمیتر های فشار می توانند در مکان های ثابت و یا متحرک و دارای نوسانات شدید به کار گرفته شوند. یک سیستم هیدرولیک عادی (ثابت یا متحرک)، دارای فشار کاری در محدوده 35 تا حدود 700 بار  می باشد.

برای اکثر ترانسمیتر های فشار نیز یک میزان معین مقاومت در برابر فشار مازاد در نظر گرفته شده است که به آن  “Proof pressure” یا  “Overpressure” نیز گفته می شود. به طور مثال اگر برای یک ترانسمیتر فشار با رنج 400 بار میزان Overpressure برابر با 800 بار ذکر شده باشد، این بدین معنی است که حتی اگر تا رنج 800 بار به این ترانسمیتر، فشار وارد شود، سالم باقی خواهد ماند و  پس از حدف فشار مجدد عملکرد عادی خود را خواهد داشت.

پس با این وجود چه عاملی باعث می شود که به طور مثال یک سنسور فشار 400 بار استفاده شده در یک سیستم هیدرولیک که پمپ آن نهایتا قادر به تولید فشار 350 بار می باشد، پس از مدتی دیافراگم آن آسیب ببیند و سنسور دچار انحراف در خروجی شده و از بین برود؟

آیا مشکل از کیفیت سنسور های فشار می باشد؟ یا پدیدهای مخرب غیر قابل رویت؟

در جواب باید بگوییم که کیفیت ساخت سنسور فشار در این زمینه بی تاثیر نیست ولی اصلی ترین دلیل خرابی ترانسمیتر های فشار، فشار اسپایک (Pressure spikes) می باشد.

در ادامه با ذکر چند مثال این پدیده را به زبان ساده تر به شما معرفی خواهیم کرد:

مثال 1:

اگر یک دستگاه پرس زباله (فشرده ساز زباله) هیدرولیکی در حین عملیات فشرده سازی ناگهان به یک بلوک بتنی میان زباله ها برخورد کند، یک موج فشار لحظه ای، بسیار قوی تر از فشار کاری سیستم هیدرولیک (تا 5 برابر فشار عادی کاری سیستم هیدرولیک) به صورت لحظه ای درون خطوط انتقال روغن هیدرولیک ایجاد می کند که این فشار قطعا منجر به خرابی سنسور فشار (ترانسمیتر فشار) خواهد شد.

مثال 2:

اگر یک لیفتراک بیش حد از ظرفیت خود بارگیری کند سپس با استفاده از چنگال های خود بار را به سرعت از بالا به پایین بیاورد و ناگهان در نزدیک زمین نگه دارد  یه شوک فشار ناگهانی بسیار قوی از طریق خطوط انتقال سیال به سنسور فشار (ترانسمیتر فشار) خواهد رسید و قطعا منجر به خرابی آن خواهد شد.

مثال 3:

اگه یک لودر مورد استفاده در معدن (که وظیفه اندازه گیری و ثبت وزن میزان بارگیری روزانه خود را  توسط سیستم توزین بر عهده دارد)، تا حداکثر توان خود بارگیری کند و در این حین به یک مانع برخورد کند یا داخل یک دست اندازه در محیط خشن معدن برود، فشاری چندین برابر از فشاری که پمپ هیدرولیک آن قادر به تولید می باشد، از طریق خطوط انتقال روغن هیدرولیک به سنسور فشار می رسد و قطعا با این شرایط سنسور سالم نخواهد ماند.

مثال 4:

ولو های سرعت بالا نیز فشار های لحظه ای  وگذرا ایجاد می کنند. به عنوان مثال، سنسور های فشاری که نزدیک به شیر های ولو با عکس العمل بالا (سرعت باز و بسته شدن بالا) نصب می شوند در معرض خطر بیشتری قرار دارند، به عبارت دیگر باز و بسته شدن ناگهانی ولوها  موج های تهاجمی ایجاد می کند که می تواند منجر به شکستگی و ترک خوردن حسگر های سرامیکی و انحرف دیافراگم در سنسور های فشار شود.

مثال 5: عجیب اما واقعی

یخ زدگی سیال داخل خطوط نیز شرایطی مشابه با فشار های لحظه ای ایجاد می کند. اگر به طور مثال آب در داخل سیستم های هیدرولیکی (بدون اینکه تحت فشار باشد) به دام افتاده باشد می تواند در شرایط محیطی سرد یخ بزند. جالب است این پدیده به ظاهر بی خطر می تواند فشاری معادل 1500 psi (حدود 103 بار) را بر روی سنسور اعمال کند. متاسفانه سنسور های فشار قادر به تشخیص تفاوت میان فشار اعمال شده سیال و پدیده یخ زدگی نمی باشند و اگر مدت زمان طولانی در معرض این شرایط قرار گیرند قطعا خراب خواهند شد.

کاویتاسیون (Cavitation)

یکی دیگر از دلایل خرابی ترانسمیتر های فشار بالا، پدیده کاویتاسیون می باشد که ناشی از ایجاد ناگهانی یک فضای تهی است که به دلیل به دام افتادن هوا در خطوط انتقال و یا در اثر جابجایی ناگهانی مایع به وجود می آید. این حفره های هوایی در اثر تغییر فشار منفجر شده و  شوک های لحظه ای بسیار قوی ایجاد می کنند که می تواند برای هر قطعه نازک مانند دیافراگم که در معرض آن قرار می گیرد خطرناک باشد. به دلیل گسترده بودن این مبحث جهت تمایل به کسب اطلاعات بیشتر مقاله مربوط به کاویتاسیون مطالعه شود.

و اما راه های جلوگیری از این خرابی ها چیست؟

چگونه باید از سنسور های فشار در برابر این پدیده های مخرب مانند Pressure spikes محافظت کنیم؟

از سنسور های فشاری استفاده کنید که دارای تکنولوژی سنجش قوی هستند.

همه ترانسمیترهای فشار از یک فناوری خاص استفاده نمی کنند، برخی از آن ها برای اندازه گیری فشارهای بالا بیشتر از بقیه مناسب هستند. نوع فن آوری به کار رفته در سنسور های فشار مناسب برای کاربرد های هیدرولیکی به شدت به ماهیت، کاربرد و فشار کاری سیستم بستگی دارد.

یکی از روش های جلوگیری از آسیب دیدن سنسور های فشار، انتخاب سنسورهای فشاری است که دارای نوعی از عنصر حسگر (دیافراگم) ضخیم می باشند که مستقیما با سیال در تماس است و دارای مقاومت بالاتری در مقابل شوک و موج های لحظه ای که توسط کاویتاسیون یا فشار اسپایک ایجاد می شود، می باشند. با این حال هنوز هم آن ها در مقابل فشار مازاد (Overpressure) با فرکانس های پایین آسیب پذیرند مگر اینکه محافظ های مکانیکی پشت دیافراگم نصب شده باشند تا از وارد شدن فشار بیش از حد به عنصر حسگر جلوگیری کند.

به عنوان مثال یک سنسور فشار با یک دیافراگم خازنی یا فیلم ضخیم سرامیکی (thick-film ceramic) به طور عادی برای اندازه گیری فشار تا رنج 400 بار و  overpressure تا 1.5 برابر فشار کاری آن مناسب می باشد. این ترانسمیتر در کاربردهای دینامیک که دارای نوسانات فشار می باشند به زودی خراب خواهد شد زیرا سرامیک مقاومت کمی در برابر نوسانات فشار دارد.

همچنین سنسور های فشاری که با تکنولوژی ورقه نازک (thin-film)  ساخته شده اند و در برنامه های با فشار کاری بالا به کار گرفته می شوند به محض اینکه در معرض Pressure spikes قرار می گیرند نقطه صفر آنها zero point از حالت کالیبره خارج می شود، در این شرایط معمولا خروجی سنسور بر روی یک عدد به طور مثال 21 mA ثابت باقی خوهد ماند و سنسور دیگر هیچ واکنشی به تغییرات فشار ورودی نشان نمی دهد.

آسیب پذیرترین فناوری به کار رفته در سنسورهای فشار در مقابل Pressure spikes در سیستم های هیدرولیک آن دسته از فناوری هایی است که دارای روغن پرکننده بین یک غشای بسیار نازک و دیافراگم (حسگر) می باشند. ترانسمیترهای فشار که از این فناوری استفاده می کنند، می توانند با نصب یک اسنابر (فشار شکن) در پورت فشار اثرات مخرب هر گونه ضربه یا شوک را قبل از رسیدن به دیافراگم از بین ببرند. در ادامه به معرفی اسنابر خواهیم پرداخت.

بهترین فناوی سنسور فشار برای کاربرد های هیدرولیکی، فناوری کریستال باند با طراحی یک تکه و سطح کشش پایین می باشد. سنسور های فشاری که از این فناوری بهره می برند هزینه به مراتب بالاتری نسبت به بقیه سنسور ها دارند.

بین ترانسمیتر فشار آسیب پذیر و منبع تولید موج فشار یک محافظ فشار مازاد نصب کنید.

یکی دیگر از راه های محافظت از سنسور های فشار در برابر فشار اسپایک و موج های فشار لحظه ای، اضافه کردن یک پلاگین محدود کننده مانند اسنابر (Snubber) در قسمت داخلی یا خارج از پورت از اتصال ترانسمیتر می باشد. اسنابرها تجهیزات بسیار کارآمدی هستند که به دو صورت داخلی و خارجی موجود می باشند و به نحوی طراحی شده اند تا هرگونه شوک یا موج فشار را مهار کرده و از بین ببرند.

اسنابرهای داخلی باعث کاهش ارتفاع ترانسمیتر می شوند، در حالی که اسنابر های خارجی تمیز کردن سیستم های هیدرولیکی که مستلزم جمع آوری آلودگی هستند را تسهیل می کنند.

معایب استفاده از استابر

یکی از اصلی ترین معایب استفاده از اسنابرها این است که سرعت اندازه گیری فشار سیستم را کاهش می دهند یا به عبارت دیگر زمان پاسخ دهی (Response time) را افزایش می دهند.

همچنین ممکن است در طول زمان پورت ورودی آن ها توسط برخی از ذرات مسدود شود.

اسنابر ها راه حل مناسبی در برابر پدیده یخ زدگی نمی باشد زیرا ممکن است آب داخل اسنابر هم یخ بزند، در این این حالت انتخاب سنسور های فشاری که دارای مقاومت Proof pressure بالا (بالاتر از فشار یخ زدگی اعمال شده) می باشند، راه حل مناسب تری می باشد.

موقعیت ترانسمیتر فشار را از نزدیک منبع تولید موج فشار  به محیطی دور تر تغییر دهید

موقعیت مناسب  برای نصب ترانسمیر فشار در سیستم های هیدرولیکی که تاثیر پذیری کمتری در برابر Pressure spikes دارند، مکانی است که به اندازه کافی از زانویی ها و قسمت هایی که قطر لوله ها تغییر می کند (باریک تر یا بزرگتر می شود) دور باشد زیرا در این مکان ها احتمال بروز فشار اسپایک بیشتر از بقیه نقاط می باشد.

اما برای درک واقعی رفتار Pressure spikes در سیستم هیدرولیک نیاز به استفاده از یک سنسور فشار با سرعت پاسخ دهی بالا و یک اسیلوسکوپ با نرخ نمونه برداری بالا می باشد. در این صورت با نظارت بر فشار اسپایک در مکان های مختلف می تواند بهترین مکان برای نصب ترانسمیتر را انتخاب نمود.

روش دیگر این است که با استفاده از نصب یک سنسور فشار با رنج پایین در نقاط مختلف و تست هر نقطه، میزان انحراف نقطه صفر سیگنال خروجی را بدست بیاوریم. موقعیتی که کوچکترین انحراف را ایجاد می کند بهترین موقعیت برای نصب ترانسمیتر فشار می باشد.

سخن پایانی

مجموعه رکسنس  ارائه دهنده ی انواع سنسور فشار، ترانسمیتر فشار، ترانسمیتر فشار ویکا، سنسور فشار مذاب، سنسور فشار اکسترودر، برای دریافت قیمت سنسور فشار و قیمت ترانسمیتر فشار می توانید با مشاورین مجموعه برای داشتن انتخابی بهتر در ارتباط باشید.