سنسور فشار یکی از مهم ترین ابزارهای اندازه گیری در صنایع مختلف است. این حسگرها برای اندازه گیری فشار گازها یا مایعات استفاده می شوند و در کنترل فرآیند ایمنی مانیتورینگ و تحلیل سیستم ها نقش اساسی دارند. با توجه به تنوع بالای نیازها در صنعت و تکنولوژی انواع مختلفی از سنسور فشار طراحی و تولید شده اند که هر کدام برای کاربردهای خاصی مناسب هستند. در این مقاله با انواع سنسورهای فشار ویژگی های آن ها و کاربردهای رایج شان آشنا خواهیم شد.
سنسور فشار چیست؟
پیش از بررسی انواع مختلف بهتر است ابتدا با مفهوم کلی سنسور فشار آشنا شویم. سنسور فشار ابزاری است که فشار اعمال شده توسط یک گاز یا مایع را دریافت و آن را به سیگنال الکتریکی یا دیجیتال تبدیل می کند. این سیگنال معمولاً برای کنترل یا پایش فشار در سیستم های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد.
دسته بندی اصلی سنسورهای فشار
سنسورهای فشار را می توان از جنبه های مختلفی دسته بندی کرد. یکی از رایج ترین تقسیم بندی ها بر اساس نوع فشار قابل اندازه گیری است. در این دسته بندی انواع سنسور فشار عبارتند از:
1. سنسور فشار گیج (Gauge Pressure Sensor)
این نوع سنسور فشار را نسبت به فشار اتمسفر اندازه گیری می کند. به عبارت ساده تر اگر فشار مورد اندازه گیری از فشار محیط بیشتر یا کمتر باشد سنسور گیج مقدار مثبت یا منفی نشان می دهد.
کاربردها:
اندازه گیری فشار تایر خودرو
مانیتورینگ سیستم های هیدرولیک
تجهیزات HVAC
ویژگی ها:
پرکاربردترین نوع سنسور فشار
معمولاً دارای دیافراگم و دریچه تهویه برای مقایسه با فشار محیط
2. سنسور فشار مطلق (Absolute Pressure Sensor)
این سنسورها فشار را نسبت به خلأ مطلق اندازه گیری می کنند. به دلیل اینکه فشار صفر آن ها برابر با فشار خلأ کامل است نتایج دقیق تری برای کاربردهای خاص ارائه می دهند.
کاربردها:
هوافضا
اندازه گیری فشار بارومتریک
فرآیندهای خلأ صنعتی
ویژگی ها:
دارای مرجع خلأ داخلی
حساس به تغییرات فشار اتمسفری نیستند
3. سنسور فشار دیفرانسیلی (Differential Pressure Sensor)
سنسورهای فشار دیفرانسیلی اختلاف فشار بین دو نقطه را اندازه گیری می کنند. این نوع برای کنترل جریان سیالات یا پایش عملکرد فیلترها استفاده می شود.
کاربردها:
مانیتورینگ فیلترها در سیستم های تهویه
اندازه گیری جریان هوا یا مایع
کنترل فرآیندهای صنعتی
ویژگی ها:
دارای دو ورودی فشار
توانایی تشخیص اختلاف های بسیار کوچک در فشار
دسته بندی بر اساس مکانیزم عملکرد
در این دسته بندی سنسور فشار بر اساس فناوری ساخت و اصول علمی کار خود به انواع مختلفی تقسیم می شود:
1. سنسور فشار پیزوالکتریک (Piezoelectric Pressure Sensor)
در این نوع از خاصیت پیزوالکتریک برخی مواد مانند کوارتز استفاده می شود که هنگام اعمال فشار ولتاژ تولید می کنند.
ویژگی ها:
مناسب برای اندازه گیری فشارهای متغیر و دینامیک
حساسیت بالا
مقاوم در برابر دمای بالا
کاربردها:
صنایع هوافضا
آزمایشگاه های تحقیقاتی
سیستم های ضربه پذیر
2. سنسور فشار مقاومتی (Strain Gauge Pressure Sensor)
در این سنسور از یک نوار فلزی یا نیمه هادی استفاده می شود که تحت فشار تغییر شکل داده و مقاومت الکتریکی آن تغییر می کند.
ویژگی ها:
بسیار رایج و ارزان
نیاز به مدار تقویت کننده دارد
کاربردها:
مهندسی مکانیک
تجهیزات صنعتی
ماشین آلات سنگین
3. سنسور فشار خازنی (Capacitive Pressure Sensor)
این نوع سنسور از تغییر فاصله بین دو صفحه خازنی در اثر فشار استفاده می کند که باعث تغییر ظرفیت خازن می شود.
ویژگی ها:
دقت بالا
مصرف انرژی کم
مناسب برای کاربردهای پزشکی
کاربردها:
مانیتورینگ فشار خون
تجهیزات دقیق آزمایشگاهی
سیستم های کنترل صنعتی حساس
4. سنسور فشار نوری (Optical Pressure Sensor)
در این سنسورها تغییرات فشار با استفاده از تغییر در خواص نور مانند شدت یا انکسار اندازه گیری می شود.
ویژگی ها:
مقاوم در برابر میدان های الکترومغناطیسی
مناسب برای محیط های انفجاری یا خطرناک
کاربردها:
پزشکی
صنایع شیمیایی
محیط های با حساسیت بالا
سنسور فشار دیجیتال در مقابل آنالوگ
یکی دیگر از دسته بندی ها مربوط به نوع سیگنال خروجی سنسور فشار است:
سنسور فشار آنالوگ: خروجی به صورت ولتاژ یا جریان (مثلاً 4–20 میلی آمپر).
سنسور فشار دیجیتال: خروجی دیجیتال با استفاده از پروتکل هایی مانند I2C یا SPI مناسب برای کنترل های پیشرفته و سیستم های میکروکنترلری.
سنسور فشار هوشمند (Smart Pressure Sensor)
این سنسورها دارای مدارهای پردازشی داخلی هستند و می توانند داده ها را پردازش فیلتر و حتی ارسال کنند. در سیستم های اینترنت اشیاء (IoT) و اتوماسیون صنعتی بسیار پرکاربردند.
ویژگی ها:
قابلیت اتصال به شبکه
پشتیبانی از بلوتوث یا وای فای
تحلیل داده در لحظه
انتخاب سنسور فشار مناسب
برای انتخاب درست از میان انواع مختلف سنسور فشار باید به نکات زیر توجه داشت:
نوع فشار مورد نیاز: گیج مطلق یا دیفرانسیلی؟
محدوده فشار قابل اندازه گیری
دقت مورد نیاز
نوع محیط (دما رطوبت مواد شیمیایی)
نوع سیگنال خروجی (آنالوگ یا دیجیتال)
کاربردهای گسترده سنسورهای فشار
به دلیل تنوع بالا انواع سنسورهای فشار در زمینه های متنوعی به کار گرفته می شوند:
صنعت خودرو: سنجش فشار روغن سوخت ترمز و تایر
پزشکی: مانیتورینگ فشار خون تنفس و مایعات بدن
صنایع نفت و گاز: نظارت بر خطوط انتقال و چاه ها
صنایع غذایی و دارویی: کنترل فرآیندهای حساس به فشار
کشاورزی هوشمند: تنظیم فشار در سیستم های آبیاری
جمع بندی
سنسور فشار از جمله تجهیزات بسیار مهم در مهندسی و فناوری امروز است. شناخت انواع مختلف سنسور فشار و آشنایی با مکانیزم عملکرد و کاربردهای آن ها به ما این امکان را می دهد که بهترین انتخاب را برای پروژه ها و نیازهای خاص خود داشته باشیم. هر نوع سنسور ویژگی ها و مزایای خاصی دارد که باید بر اساس شرایط محیطی دقت مورد نیاز و نوع سیگنال خروجی انتخاب شود. با رشد فناوری و هوشمندسازی آینده ای روشن برای توسعه و کاربر نسورهای فشار در پیش است.