ما هو حسّاس الضغط؟

ما هو حسّاس الضغط؟

لربما تساءلْتَ يومًا ما عزيزي القارئ عن حسّاسات الضّغط وآليّة عملها وما هي تطبيقاتها. في هذا المقال نأمل أن نجيب عن كلّ هذه الأسئلة المتعلّقة بموضوع حسّاسات الضّغط.

ما هو الضّغط؟

لفهم حسّاسات الضّغط ينبغي عليك أوّلاً فهم الضغط. يُعرَّف الضّغط على أنّه القوّة المؤثّرة عموديّاً على وحدة المساحة، ويُعبّر عنه بالعلاقة الرياضيّة الآتية: الضّغط =القوة /المساحة. عادة ما نلجأ لقياس ضغط  المواد ّالمختلفة وخاصّة السوائل والغازات  وتسمّى الوحدة القياسيّة للضغط ب “باسكال” PASCAL  وهي تكافئ “نيوتن لكلّ متر مربّع”.

يعمل حسّاس الضّغط على استشعار ومراقبة هذا الضّغط ببساطة، ويعبّر عنه باستعمال وحدات قياس مختلفة ومن أشهرها “باسكال” و “بار” وأيضًا  “PSI” (باوند لكلّ بوصة مربّعة) .

وحدات قياس الضغط
وحدات قياس الضغط

لتبسيط مفهوم الضّغط الفيزيائيّ وكيفيّة قياسه دعنا نأخذ مثالاً بسيطاً على ذلك:

عندما نقوم بتعبئة إطار السيّارة بالهواء، تزداد القوّة المطبّقة على الإطار، ممّا يؤدّي إلى نفخ الإطار. تتمّ مراقبة ذلك الضّغط باستعمال حسّاس ضغط يوضَع داخل الإطار كما في السّيّارات الحديثة.

استعمال حساس الضغط في إطارات السيارات
استعمال حساس الضغط في إطارات السيارات

كيف يعمل مُستشعِر الضّغط؟

باختصار، يقوم مُستشعر الضّغط بتحويل الضّغط إلى إشارة كهربائيّة صغيرة يتم إرسالها وعرضها على أجهزة القياس أو على شاشة الحاسوب ، وتُسمى حسّاسات الضّغط هذه أيضاً بأجهزة إرسال الضّغط. يُعبّر عن الضغط المُقاس بتيّار كهربائيّ تتراوح قيمته من 4 إلى 20 مللي أمبير، أو يُعبّر عنه بجهد كهربائيّ تتراوح قيمته من 0 إلى 5 فولت وذلك حسب قيمة الضّغط الفعليّة.

التعبير عن الضّغط بإشارات كهربائيّة
التعبير عن الضّغط بإشارات كهربائيّة

الغالبيّة العظمى من حسّاسات الضّغط تعمل عن طريق التأثير الكهروإجهاديّ أو التأثير الكهروضغطيّ (piezoelectric effect). وينشأ هذا التأثير في بعض الموادّ عندما تقوم تلك المواد بتوليد شحنات كهربائيّة استجابة لكميّة الإجهاد المطبّق عليها. في العادة يكون هذا الإجهاد ضغطا ً، ولكن يمكن أيضاً أن يكون التواءً أو انحناء أو اهتزازاً. ويعمل حسّاس الضّغط على حساب مقدار هذا الضّغط أو الاهتزاز عن طريق حساب كميّة الشّحنات المتولّدة في المواد الكهروإجهاديّة.

تحتاج حسّاسات الضّغط إلى المعايرة وذلك لمعرفة كميّة التّيّار الكهربائيّ أو الجهد الكهربائيّ المقابل لكميّة ضغط معيّنة، ومن أهمّ عمليّات المعايرة هي الضّبط الصفريّ (Zero) وأيضًا معايرة النّطاق (Span) وهما مصطلحان يشيران إلى عمليّات الضّبط التي تُجرَى أثناء معايرة أجهزة القياس والحسّاسات وذلك لتقليل أخطاء القياس. عند إجراء الضّبط الصفريّ يتمّ تعديل خَرْج الجهاز إلى أن يعطي قراءة 4 مللي أمبير وعند إجراء ضبط النّطاق يتمّ ضبط خَرْج الجهاز ليعطي قراءة 20 مللي أمبير. تُضبط بعض الأجهزة يدويّا ً باستعمال الـ (potentiometers) -عن طريق استعمال مفكّ أو أداة مساعدة أخرى-والبعض الآخر من الأجهزة تزوّد بمفاتيح ضبط، وتُجرى عملية المعايرة لحسّاسات الضغط بشكل دوري من قبل مهندسي الصيانة في المصانع وغيرها.

معايرة حسّاسات الضّغط
معايرة حسّاسات الضّغط

الأنواع الشّائعة للضّغط

توجد ثلاثة أنواع شائعة للضّغط نستعملها لصناعة حسّاسات الضّغط المختلفة:

  • الضغط المُقاس(Gauge Pressure): ويقاس هذا الضغط عن طريق أخذ قيمة الضّغط الجويّ كقيمة مرجعيّة والتي تبلغ 7 رطلاً لكلّ بوصة مربّعة. ويكون الضّغط موجباً عندما تكون قيمته أعلى من قيمة الضّغط الجويّ وسالباً عندما تكون أقلّ من قيمة الضّغط الجويّ.
  • الضغط المُطلَق (Absolute Pressure): يقيس ضغط المائع من حيث ضغطه على جدران الحاوية أو الوعاء أو الغرفة، ويمثّل الضّغط المُطلق قيمة الضّغط عند النقطة صفرعند عدم وجود أيّ أثر للهواء أو الغاز في النظام ويعبّر عنه بالعلاقة الآتية:

الضّغط المُطلق = الضّغط المُقاس + الضّغط الجويّ.

تجدر الإشارة هنا أنّه إذا كنتَ بحاجة إلى قراءة ضغط أقلَّ من الضّغط الجويّ ينبغي عليك اختيار حسّاس ضغط مُطلق لأجل ذلك.

  • الضغط التفاضليّ (Differential pressure): وهو عبارة عن الفرق بين الضغط المُقاس وضغط مرجعيّ آخر، ويستعمل بكثرة في العمليّات الصناعيّة.

التطبيقات الصناعيّة لأجهزة استشعار الضغط

 1- أنظمة البخار:

في الصناعة، تُستخدَم حسّاسات الضّغط في مختلف العمليّات الصناعيّة. ومن بعض الاستعمالات الشّائعة قياس ضغط البخار؛ حيث يستخدم البخار عادة لتسخين العديد من العمليّات في مرافق التّصنيع.

يُستخدَم حسّاس الضّغط هذا في نظام البخار لأغراض متعدّدة، الاستعمال الأكثر استعمالاً هو مراقبة ضغط الحاويات والخزّانات، وأيضًا يُستخدم لغرض آخر وهو التّحكّم في الوقت والمكان اللذين يمكن أن يتدفق فيهما البخار وتنظيم ضغطه. يمكن أن يتسبَّب البخار في زيادة الضّغط في الوعاء ويصبح خطراً. يمكننا استعمال حسّاس الضّغط كجهاز إدخال لفتح وإغلاق صمّام التحكّم للحفاظ على تنظيم الضّغط وتدفّق البخار. وكلّ ما يتطلب لتحقيق ذلك فقط برمجة بسيطة لجهاز التحكّم المنطقيّ المبرمج (PLC).

استعمال حساس الضّغط في أنظمة البخار
استعمال حساس الضّغط في أنظمة البخار

 2- المرشّحات:

تثبّتْ حسّاسات الضّغط بجوار المرشّحات في العديد من العمليات الصناعيّة؛إذا بدأ المرشّح بالانسداد نتيجة لتراكم الأوساخ سيقلّ تدفّق السائل ، ومع مرور الوقت سيزداد الضّغط أو سينخفض بناءً على جانب المرشح الذي تتمّ مراقبته. إذا قمت بمراقبة قراءة الضّغط، فسيعطيك إشارة على أنّ المرشّح مسدود ويحتاج إلى تنظيفه أو استبداله.

استعمال حسّاس الضّغط في المرشّحات
استعمال حسّاس الضّغط في المرشّحات

 3-قياس مستوى السائل:

قد يبدو هذا التطبيق غريباً نوعاً ما، ولكن بالفعل يمكننا استعمال حسّاس الضغط كمُستشعِر لمستوى منسوب السائل في خزانٍ ما. فمثًلا إذا كان لدينا خزان مفتوح وأردنا معرفة مستوى أو ارتفاع السائل الموجود فيه، نقوم أولًا بتسجيل قيمة الضّغط الهيدروستاتيكيّ للسائل المُقاسة بواسطة حسّاس الضغط ، وبعد ذلك نجري بعض العمليّات الرياضيّة التي تربط بين ضغط السّائل وحجم الخزّان والجاذبيّة النوعيّة للسائل وعندئذ نستطيع تحديد ارتفاع السّائل الخزّان. وبالمثل يمكننا حساب مستوى منسوب السائل في الخزّانات المغلقة . ولكن في هذه الحالة سيتطلب الأمر استعمال حساسَي ضغط على الأقلّ وذلك لقياس الضغط التفاضليّ، يُركّب حسّاس الضّغط العالي في الجزء السفلي من الخزان بينما يوضع حسّاس الضّغط المنخفض في الجزءالعلوي من الخزان وذلك لقياس ضغط الهواء الموجود داخل الخزان، يمكن بعد ذلك إجراء حسابات رياضيّة بسيطة لتحديد ارتفاع منسوب السائل في الخزان.

استعمال حسّاس الضّغط لتحديد ارتفاع منسوب السائل
استعمال حسّاس الضّغط لتحديد ارتفاع منسوب السائل

المصدر:هنا
ترجمة: قاهر محمد, مراجعة: علي العلي, تدقيق لغوي: رنيم العلي, تصميم: علي العلي, تحرير: قحطان غانم

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *