מאפייני מדידת לחץ

מאפייני לחץ

על מנת להציג לנטר לבדוק ולבקר מערכות שונות ומגוונות בתעשייה ובכלל, אנו מודדים ומבקרים ערכים שונים ע"י מערכות מדידה ובקרה שונות וברמות דיוק שונים. כאשר אחד הערכים הינו לחץ.
לחץ הינו הכוח ליחידת שטח המופעל במאונך למשטח מסוים. סימנו הבינלאומי הוא האות P
הלחץ נמדד ביחידות שונות ברחבי בעולם כאשר יחידות המדידה הנפוצות הן: אטמוספרות atm, בר Bar,
פסקל Pa, PSI, ועוד .
לעיתים לחץ נמדד גם בתוך חומר, כאשר אין משטח ממשי שעליו פועל כוח כמו בנוזלים ובגזים הלחץ הוא הכוח שיוצרת התנגשות של מספר רב של מולקולות החומר הנמדד והלחץ מוגדר ככוח שפועל על חלקי שטח.
מדידת לחץ ניתנת למדידה בעזרת כלים כגון כמנומטר או רוטמטר המודד לחץ בנוזלים ובגזים.

כאשר מודדים לחץ נקודת האפס היא לחץ של 1 אטמוספרה אבסולוטית ואילו לחץ 0 אבסולוטי הינו ואקום – ריק.

מהו מד לחץ?

מד לחץ הוא מכשיר המאפשר מדידת לחץ עפ"י ערכים שונים וזאת ביישומים ואפליקציות שונות ומגוונות, רגילות ומיוחדות.

להלן סוגים שונים של מדי לחץ:

• מדי לחץ אנלוגיים ודיגיטליים.
• מדי לחץ בגדלים שונים.
• מדי לחץ בטווחי לחצים שונים.
• מדי לחץ עם הברגות שונות, חומר הברגה שונה.
• מדי לחץ עם חיבורים במיקומים שונים תחתיים או אחוריים, עם חיבור לפנל ובלי.
• מדי לחץ לקירור ומיזוג אוויר (גזי קירור שונים) לפי תקן גזי קירור.
• מדי לחץ מחומרי מבנה שונים.
• מדי לחץ נקיים עם חיבורים לפי תקנים בינ"ל לתעשיית המזון, הרפואה והכימיה התהליכית.

מהו מתמר לחץ?

מתמר לחץ הוא מכשיר המודד לחץ ומסוגל להמיר אותו לאות חשמלי ולשדרו לקריאה מרחוק.

בתעשייה קיימים סוגים שונים של מתמרי לחץ כגון:

• מדי לחץ אנלוגיים ודיגיטליים.
• מתמרי לחץ המשדרים אות אנלוגי חשמלי מסוגים שונים כגון4…20mA , 0-5V ,0-10 V וכדו'
• מתמרי לחץ לתחומי לחץ שונים.
• מתמרי לחץ עם הברגות שונות.
• מתמרי לחץ מחומרי מבנה שונים.
• מתמרי לחץ עם / בלי תצוגה מקומית

מהו מפסק לחץ?

מפסק לחץ הוא מכשיר המודד לחץ ומפעיל או מפסיק מערכות אחרות כמשאבות ומנועים ו/או התראות מקומיות או מרוחקות ע"פ ערכי הלחץ שהוגדרו.

קיימים מספר סוגים של מפסקי לחץ כגון:

• מפסקי לחץ דיפרנציאלים.
• מפסקי לחץ לטווחי לחצים שונים.
• מפסקי לחץ מחומרי מבנה שונים.
• מפסקי לחץ עם מגעי חשמל שונים.
• מפסקי לחץ להפסקת לחץ גבוה ו/או נמוך.

חיישן הלחץ הוא רכיב אשר מסוגל לחוש, או להרגיש, נתונים פיסיים שונים ולהמיר אותם לאות מידע. במערכות מכאניות מקובל להשתמש בחיישנים הממירים את המידע לאות חשמלי המועבר למערכת עיבוד שתפענח אותו ותפעל בהתאם.

במקרים מסוימים המערכת מפיקה אות חשמלי זרם או מתח שהוא יחסי לערך הפיסיקלי הנמדד.

חיישן כזה גם משמש למדידת לחצים למיניהם, כמו למשל לחץ מים, שמן, גז דחוס וכדומה.

 

  

איורים 1-2: דוגמאות לחיישני לחץ העמידים לרטיבות

במקרים רבים, שינוי בערך הפיזיקאלי גורם לשינוי נתון פנימי בחיישן. לרוב השינוי הוא שינוי בהתנגדות אבל לפעמים השינוי הוא של מתח או זרם.

לכן כוללת מערכת החיישן מערכת אלקטרונית המבצעת המרה של המידע לאות חשמלי/אלקטרוני אותו ניתן להזין ישירות לבקר.

ישנם חיישנים בהם יש רק הנגד הרגיש ללחץ (שהוא למעשה נגד שערכו משתנה בהתאם לכמות הלחץ הפועלת עליו) ועלינו לבנות את המערכת האלקטרונית בנפרד. לעומת זאת קיימות מערכות שכוללות כבר את המערכת האלקטרונית הניתנת לרוב לכיול והיציאה היא אות לוגי או אנלוגי מתאים. כאמור ישנם הרבה מאוד סוגים של חיישנים הממירים סוגים שונים של נתונים פיסיקליים.

השימושים בחיישנים מסוגים שונים מתחילים בתעשייה, עוברים דרך עולם הרפואה המתקדמת, ומסתיימים, כמובן, בתחומי הבטיחות והביטחון. חיישן נחשב לטוב ומוצלח יותר ככל שהוא מצליח לזהות את החומר המבוקש במהירות רבה ובדייקנות רבה יותר, על בסיס הימצאות של כמות קטנה יותר של החומר (לעתים עד כדי מולקולות בודדות).

לחיישן הלחץ תפקיד מרכזי במדידת לחצי אוויר מיים גז וכדו' .

חיישן הלחץ המחובר לבקר יכול על ידי בקרה רצופה בחוג סגור לשמור על גבול ערכים ו להוציא התראה במקרה של שינוי בלחץ או חריגה מהתחום.

 עיקרון הפעולה של חיישן הלחץ

אחת הדרכים להמרת הלחץ הנמדד בחדר לשינוי במתח החשמלי יהיה באמצעות "גשר וינסטון", כל שינוי בלחץ בחלל החדר יגרום לשינוי התנגדותו של חיישן הלחץ, וכל שינוי בהתנגדות של חיישן הלחץ גורם לשינוי מתח המוצא במערכת "גשר וינסטון".

אחת הדרכים המרכזיות שבהם משתמשים בחיישני לחץ היא שימוש ב"דיאפרגמה", כלומר מדידת הבדלי הלחצים בין שני חללים מסוימים.

המדידה של הבדלי הלחצים מתבצעת בהתייחסות ללחצים מסוימים שקיימים בחיישן, לחץ ההתייחסות יכול להיות ריק(וואקום), יכול להיות הלחץ האטמוספרי, או לחיישן יכולים להיות שתי מבואות והוא ייתן מדידה שהיא פונקציה של שני הלחצים השונים שהחיישן "מרגיש".

איור 3: תרשימים של חיישני לחץ הפועלים לפי עקרון ה"דיאפרגמה".

איור 4: תרשים של חיישן לחץ שמדידת הלחץ שלו מתבצעת ביחס לריק ששורר בו.

לחיישן הלחץ יש פתח זעיר, דרך פתח זה בעת שינוי בלחץ בחלל מסוים נכנס אוויר שמפעיל כוח בכיוון ההפוך לאוויר שנמצא בחיישן (יכול להיות בו גם ריק), הפעלת כוח זו גורמת למנגנון המכאני בחיישן להתכווצות או לשינוי בהתארכות של המנגנון הזה משתנה המתח שמפיק החיישן או בחיישנים מסוימים משתנה התנגדותם.

ישנם חיישני לחץ שדרך הפתח הזעיר שקיים בהם, נכנס אוויר, והמנגנון המכאני שקיים בהם מסוגל לבצע מדידה של כמות המולקולות של האוויר הנמצאות בחלל הקטן שנמצא בחיישן ועל ידי מדידות אלו ניתן לקבוע מהו לחץ האוויר שקיים בחדר.