سنسور فشار چگونه کار می کند؟

سنسور فشار یکی از پرکاربردترین انواع حسگرها در دنیای فناوری و صنعت است. این سنسور به عنوان ابزاری برای اندازه گیری فشار گاز یا مایع در محیط های مختلف استفاده می شود. از خودروها گرفته تا تجهیزات پزشکی و هوافضا سنسور فشار نقش مهمی در نظارت کنترل و ایمنی سیستم ها ایفا می کند. در این مقاله با اصول عملکرد سنسور فشار انواع آن کاربردها و نحوه استفاده آن ها آشنا خواهیم شد.

تعریف سنسور فشار

سنسور فشار (Pressure Sensor) یا مبدل فشار دستگاهی است که فشار فیزیکی اعمال شده توسط گاز یا مایع را تشخیص داده و آن را به سیگنال الکتریکی یا دیجیتال تبدیل می کند. این سیگنال ها سپس می توانند توسط سیستم های کنترلی یا مانیتورینگ تحلیل شوند.

 

اساس عملکرد سنسور فشار

سنسور فشار معمولاً بر پایه یکی از اصول زیر کار می کند:

 

اثر پیزوالکتریک: برخی مواد مانند کوارتز هنگام اعمال فشار ولتاژ تولید می کنند. این خاصیت در برخی از سنسورهای فشار برای اندازه گیری دقیق استفاده می شود.

 

تغییر مقاومت الکتریکی: در سنسورهای فشار مقاومتی (Strain Gauge) فشار باعث تغییر شکل فیزیکی یک نوار فلزی یا نیمه هادی شده و مقاومت الکتریکی آن تغییر می کند.

 

خازنی: در این نوع فاصله بین دو صفحه خازنی تحت تأثیر فشار تغییر می کند که منجر به تغییر ظرفیت خازن می شود.

 

الکترومغناطیسی: برخی سنسورها از تغییرات میدان مغناطیسی در اثر تغییر موقعیت دیافراگم استفاده می کنند.

 

اجزای اصلی یک سنسور فشار

یک سنسور فشار معمولاً از اجزای زیر تشکیل می شود:

 

دیافراگم: قسمت حسگر اصلی که به فشار حساس است.

 

مدار الکترونیکی: برای تقویت و تبدیل سیگنال های تولید شده.

 

خروجی: معمولاً به شکل سیگنال آنالوگ (مثلاً 0 تا 5 ولت) یا دیجیتال (مانند I2C یا SPI).

 

انواع سنسور فشار

سنسور فشار انواع مختلفی دارد که بر اساس نوع عملکرد دقت کاربرد و ساختار آن تقسیم بندی می شود. در ادامه چند نوع رایج آن را بررسی می کنیم:

 

۱. سنسور فشار مطلق (Absolute Pressure Sensor)

این نوع سنسور فشار محیط را نسبت به خلاء مطلق اندازه گیری می کند. سنسور فشار مطلق در صنایعی مانند هوافضا و صنایع خلاء کاربرد دارد.

 

۲. سنسور فشار گیج (Gauge Pressure Sensor)

این سنسور فشار را نسبت به فشار جو اندازه گیری می کند. اغلب سنسورهایی که در زندگی روزمره استفاده می کنیم از نوع گیج هستند. مثلاً برای اندازه گیری فشار تایر خودرو.

 

۳. سنسور فشار دیفرانسیلی (Differential Pressure Sensor)

این سنسور اختلاف فشار بین دو نقطه را اندازه گیری می کند. در سیستم های تهویه مطبوع و فیلترها از این نوع استفاده می شود.

 

۴. سنسور فشار دیجیتال

دارای پردازنده داخلی برای تبدیل سیگنال آنالوگ به دیجیتال است. این نوع سنسور بیشتر در سیستم های هوشمند و اینترنت اشیاء (IoT) کاربرد دارد.

 

کاربردهای سنسور فشار

سنسور فشار در صنایع و زمینه های مختلف کاربرد دارد. برخی از مهم ترین آن ها عبارتند از:

 

خودروسازی: برای اندازه گیری فشار روغن موتور فشار تایر سیستم سوخت رسانی و ترمز.

 

پزشکی: در دستگاه هایی مثل فشارسنج خون ونتیلاتورها و سیستم های نظارت بر تنفس.

 

صنایع نفت و گاز: برای کنترل فشار خطوط لوله چاه های نفت و پالایشگاه ها.

 

صنایع هوافضا: در کابین های هواپیما موتورها و سیستم های اندازه گیری ارتفاع.

 

کشاورزی هوشمند: برای اندازه گیری فشار آب و خاک در سیستم های آبیاری دقیق.

 

نحوه کالیبراسیون سنسور فشار

دقت سنسور فشار بستگی به کالیبراسیون صحیح آن دارد. کالیبراسیون شامل اعمال فشار مشخص و مقایسه خروجی سنسور با مقدار واقعی است. اگر انحرافی وجود داشته باشد پارامترهای سنسور تنظیم می شود تا به دقت مورد نظر برسد. این فرآیند به ویژه در کاربردهای صنعتی حساس اهمیت زیادی دارد.

 

تفاوت بین سنسور فشار و مبدل فشار

اگرچه گاهی این دو اصطلاح به جای یکدیگر استفاده می شوند اما تفاوت هایی بین آن ها وجود دارد:

 

سنسور فشار سیگنال آنالوگ تولید می کند.

 

مبدل فشار (Transducer) سیگنال فیزیکی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می کند.

 

فرستنده فشار (Transmitter) نسخه پیشرفته تر است که سیگنال را تقویت و انتقال می دهد.

 

چالش ها و نکات انتخاب سنسور فشار

برای انتخاب صحیح سنسور فشار باید موارد زیر را در نظر گرفت:

 

نوع فشار قابل اندازه گیری (مطلق گیج دیفرانسیلی)

 

محدوده فشار که قرار است سنجیده شود

 

دقت مورد نیاز

 

شرایط محیطی مانند دما رطوبت لرزش و مواد خورنده

 

نوع خروجی (آنالوگ یا دیجیتال)

 

آینده سنسورهای فشار

با رشد فناوری های نوین مانند اینترنت اشیاء (IoT) هوش مصنوعی و سیستم های بی سیم سنسور فشار نیز هوشمندتر و کوچکتر شده است. سنسورهای فشار نسل جدید دارای ویژگی هایی مانند:

 

ارتباط بلوتوث و وای فای

 

مصرف انرژی پایین

 

قابلیت کار در محیط های شدیداً خورنده یا پرخطر

 

تشخیص خودکار خطا و اعلام هشدار

 

نتیجه گیری

سنسور فشار یکی از اجزای کلیدی در بسیاری از فناوری ها و صنایع است که نقش مهمی در افزایش ایمنی بهینه سازی مصرف انرژی و اتوماسیون ایفا می کند. درک نحوه عملکرد این سنسور و آشنایی با انواع آن به ما کمک می کند تا بهترین انتخاب را برای کاربردهای خاص خود داشته باشیم. با پیشرفت های فناوری سنسورهای فشار دقیق تر هوشمندتر و مقرون به صرفه تر از گذشته خواهند شد.