سنسور جریان الکتریکی
سنسور جریان الکتریکی به ابزاری گفته می شود که جریان الکتریکی را تشخیص می دهد و سپس آن را به ورود ولتاژ مناسب با جریانی که تشخیص داده است، تبدیل می کند. سنسورها در واقع المان هایی هستند که ولتاژ، جریان و… را تشخیص می دهند. و در نتیجه سیگنال هایی را به قسمت ورودی دستگاه کنترلی یا همان نمایشگرها ارسال می کنند. این سنسورها بر اساس حداقل و حداکثر بازده اندازه گیری، عملکرد، بازده دمایی و غیره دسته بندی می شوند. با همین توضیح مختصر می توانید به اهمیت سنسور صنعتی جریان الکتریکی پی ببرید. به همین دلیل ما در این مقاله قصد داریم به بررسی سنسور جریان الکتریکی، کاربردها، مزایا و ویژگی های آن بپردازیم، پس لطفاً تا پایان این متن را با حوصله و دقت بخوانید.
آشنایی با سنسور جریان الکتریکی
همان طور که در مقدمه اشاره کردیم، سنسور جریان الکتریکی ابزاری است که جریان الکتریکی را تشخیص می دهد. سنسورها در واقع المان هایی هستند که ولتاژ، جریان و غیره را احساس کرده و سپس سیگنال هایی را به قسمت ورودی نمایشگرها یا دستگاه های کنترلی ارسال می کنند. این سنسورها بر اساس اثر هال عمل می کنند و غالبا بر اساس حداکثر و حداقل بازده اندازه گیری، عملکرد و بازده دمایی نیز دسته بندی می شوند. سنسورهای الکتریکی معمولاً در جاهایی به کار می روند که نیاز به داشتن اطلاعات در خصوص یک سیستم الکتریکی باشد؛ مانند مترو، ریل های قطار، پمپ، فن ها، بررسی عملکرد هیتر و غیره.
هنگامی که یک جریان از مدار عبور می کند، معمولاً مقداری افت فشار در این مسیر رخ می دهد. علاوه بر آن میدان مغناطیسی در اطراف این مسیر تشکیل می شود. سنسور جریان الکتریکی نیز با استفاده از این دو موضوع جریان را احساس می کند.
دسته بندی سنسور جریان الکتریکی
سنسورهای جریان الکتریکی به دو دسته حلقه باز و حلقه بسته تقسیم بندی می شوند. سنسور جریان الکتریکی حلقه باز و جریان های DC و AC را اندازه می گیرد و ورودی و خروجی آن ها از یک دیگر ایزوله هستند. سنسورهای حلقه بسته مقداری گران تر از نوع حلقه باز است، اما به علت مصرف کم و اشغال کردن کم فضا در کارهای بسیاری مانند استفاده در باتری به عنوان منبع تغذیه به کار می رود.
سنسور حلقه بسته نیز جریان های DC و AC را اندازه گیری می کند و سپس ایزولاسیون الکتریکی را فراهم می کند. در این سنسورها پاسخ بسیار سریع است و دارای دریفت دمای پایین می باشد. جریان خروجی در سنسورهای حلقه بسته نسبت به نویز الکتریکی کاملاً ایمن هستند. وقتی که در اندازه گیری جریان نیاز به دقت بالایی است معمولاً از سنسور جریان حلقه بسته استفاده می کنند. یک سنسور اثر هال در فضای خالی یک سیم پیچ بر روی هسته پیچیده شده و یک تقویت کننده جریان عنصر تشکیل دهنده این نوع حسگرها است.
سنسور حلقه بسته جریان مخالفی را اعمال می کند که به سیم پیچ ثانویه بر روی هسته مغناطیسی پیچیده شده است، اعمال می کند تا شاری که توسط سیم حامل جریان تولید شده است را صفر کند. جریان خروجی در سیم پیچ ثانویه با جریان سیم حامل متناسب است و به تعداد دورهای سیم پیچ ثانویه بستگی دارد. سنسور جریان حلقه باز شامل یک سنسور اثر هال می باشد که در بخش خوب فضای خالی یک هسته مغناطیسی قرار گرفته است.
سیمی که حامل جریان الکتریکی است میدان مغناطیسی تشکیل می دهد که متناسب با جریان سیم است. سپس این میدان به وسیله هسته مغناطیسی متمرکز و در نهایت به وسیله سنسور اثر هال اندازه گیری می شود. سیگنالی که از سنسور اثر هال خارج می شود، سیگنال ضعیفی است بنابراین نیاز به تقویت کننده دارد تا تقویت شود، سپس از آن جا به خروجی منتقل شود.
سنسورهای جریان حلقه باز مدارات کالیبراسیون و مدارات جبران ساز حرارتی دارند، با وجودی که نسبت به سنسورهای حلقه بسته ارزان تر هستند اما احتمال اشباع شده و دریفت دمایی را دارند.
سنسور جریان الکتریکی
انواع سنسور جریان الکتریکی
وظیفه اصلی در جهت تولید سنسورهایی می باشد که برای اندازه گیری سرعت جریان حجم و جرم است. سنسورهای جریان قادر هستند حتی کوچک ترین جریان ها را نیز با دقت بسیار بالایی به ثبت برسانند. انواع سنسورهای تولید عبارت هستند از:
اندازه گیری جریان جرم حرارتی
یکی از اصول مهم اندازه گیری حرارتی در هنگام برخورد کردن با حساسیت بسیار بالا و هم چنین اندازه گیری کردن دقیق برای کم ترین میزان جریان می باشد که در هر ۲ سمت استفاده می شود. عنصرهای مقاومت های حساس به دما و عنصر گرم کننده با استفاده کردن از مشخصات دما در محیط می توانند میزان جریان جرم را کنترل کنند. فناوری سنسور با پاسخ سریع و دقت بالا مناسب است. مثلاً در حوزه فناوری های پزشکی برای تشخیص دادن کمبود جریان هوا مورد استفاده قرار می گیرد.
سنسورهای اندازه گیری سرعت جریان حجم
سنسورهای فشار دیفرانسیل جهت اندازه گیری کردن سرعت جریان در حجم گازها و با توجه به روش های فشار دیفرانسیل گزینه مناسبی است. سنسورها معمولاً حداقل افت فشار را بر روی یک عنصر جریان به ثبت می رسانند. سنسور فشار دیفرانسیل بسیار قوی دقیق با اطمینان است و به این وسیله می تواند مقدار جریان محیط را در هر زمانی تشخیص دهد.
انتخاب سنسور جریان الکتریکی مناسب
برای اولین قدم برای آن که بتوانید سنسور جریان الکتریکی مناسب را انتخاب کنید، این است که بتوانید به این سوال پاسخ دهید که آیا اطلاعات باید مداوم باشد یا خیر یا مثلاً آیا این اطلاعات از راه دور یا به صورت محلی مورد نیاز است؟ اگر اطلاعات از راه دور باشند پس از آن که به این سوالات پاسخ دادید، باید ارزیابی مشخصات و خصوصیات جریان سیال و هم چنین لوله کشی که حسگر جریان را در خودش جای می دهد، انجام شود. علاوه بر آن برای انتخاب سنسور جریان الکتریکی مناسب باید موارد زیر را مدنظر قرار دهید:
مشخصات سیال و جریان
سیال و فشار داده شده از آن، افت فشار مجاز، دما، رسانایی، چگالی یا وزن مخصوص، ویسکوزیته و فشار بخار در حداکثر میزان دمای کاری ذکر شده است. همراه با نشانه هایی از چگونگی این خواص و یا تعامل علاوه بر آن تمام اطلاعات سمی یا ایمنی باید به با اطلاعات بسیار دقیق در مورد ترکیبات مایعات، مواد جامد، وجود حباب ها، کیفیت انتقال، نور و تمایل به پوشش ارائه شود.
سنسور جریان الکتریکی
محدوده فشار و دما
مقادیر حداکثر و حداقل دما و فشار پیش بینی شده در هنگام انتخاب فلومتر باید ارائه شود. این که آیا جریان قادر است معکوس شود؟ آیا در آن هوادهی وجود دارد؟ آیا احتیاط های ویژه در هنگام نگه داری و تمیز کردن آن بیان می شود؟ تغییرات آنی و ناگهانی دما در آن می تواند رخ دهد؟
منطقه نصب لوله
برای انتخاب منطقه لوله کشی و هم چنین نصب کردن فلومترها باید موارد زیر را حتما مد نظر قرار دهید:
جهت لوله کشی کردن، جهت آن مانند جلوگیری کردن از جریان رو به پائین در مواردی مانند کاربردهای مایع، مواد اندازه، قابلیت دسترسی درجه فشار، شیرآلات، چرخش های بالا یا پائین دست، طول لوله های مستقیم موجود و تنظیم کننده ها.
مهندس ناظر باید به این نکته اشراف داشته باشد که میدان های مغناطیسی یا لرزش در منطقه وجود دارد یا خیر؟ آیا دسترسی به برق الکتریکی امکان پذیر است؟ آیا منطقه جهت بروز خطرات انفجار دسته بندی شده است؟
میزان جریان و دقت
مرحله بعدی برای تعیین دامنه فلومتر مورد نیاز با شناسایی کردن حداکثر و حداقل جریان یا جرم یا حجمی است که قرار است اندازه گیری شود. پس از این مرحله باید دقت اندازه گیری جریان مورد نیاز نیز تعیین شود. به طور معمول دقت در میزان درصد قرائت واقعی، درصد واحدهای مقیاس و یا درصد کالیبره شده مشخص می شود. تا زمانی که این الزامات و موارد مهم را ندانید در واقع عملکرد فلومتر شما در دامنه قابل قبول نخواهد بود.
علاوه بر مواردی که در بالا به عنوان موارد مهم جهت انتخاب سنسور جریان الکتریکی مناسب ذکر کردیم. مواردی دیگری نیز وجود دارند که عبارت هستند از:
واحدهای حجمی یا جرمی
توصیه می کنیم قبل از تعیین کردن یک جریان سنج تعیین کنید. که اگر اطلاعات جریان در واحد حجمی یا جرمی ارائه شود اطلاعات جریان مفید خواهد بود یا خیر؟ هنگام اندازه گیری کردن جریان در مواد فشرده جریان حجمی معنای خاصی ندارد مگر آن که تراکم و حجم یا ویسکوزیته آن ثابت باشد.
وقتی که جریان حجمی یا همان سرعت مایعات غیرقابل تراکم را اندازه گیری می کنیم، حباب های معلق موجود در آن باعث خطا می شوند. به همین دلیل است که گاز و هوا باید پیش از رسیدن مایعات به فلومتر از بین بروند. در دیگر سنسورهای سرعت ممکن است آسترهای لوله ایجاد مشکل کنند.
با توجه به این توضیحات جریان سنج های جرمی که به فشار، تغییرات چگالی و ویسکوزیته حساس نیستند. و تحت تاثیر و تغییر در تعداد رینولدز قرار نمی گیرند را نیز باید در نظر داشته باشید.
دقت در مقابل تکرارپذیری
می‌توان عملکرد قابل اندازه گیری و قابل قبولی را از دو دسته متفاوت جریان سنج ها یعنی یکی فاقد قطعات متحرک و دیگری دارای قطعات متحرک را انتخاب کرد. البته قطعات متحرک را می توان منبع بالقوه ای از مشکلات دانست. چون نه تنها به علت واضح حساسیت به روکش و سایش بلکه هم چنین به علت قطعات متحرک به فضاهای خالی زیادی نیاز دارد. که این موضوع گاهی موجب لغزش در جریان اندازه گیری می شود. حتی با کنترل هایی که کاملاً کالیبره شده اند این جریان ها بدون اندازه گیری با تغییر در درجه حرارت سیال و گرانروی متفاوت هستند. تغییرات دما نیز می تواند ابعاد داخلی کنترل را تغییر دهند که نیاز به جبران دارد.
