در دنیای صنعتی امروز، اندازه‌گیری و کنترل فشار یکی از مؤلفه‌های اصلی در حفظ ایمنی، بهینه‌سازی عملکرد سیستم‌ها و افزایش بهره‌وری فرآیندها محسوب می‌شود. یکی از مهم‌ترین ابزارهایی که برای این منظور استفاده می‌شود، سنسور فشار (Pressure Sensor) است. این حسگرها در انواع صنایع از خودروسازی گرفته تا پزشکی و هوافضا کاربرد دارند و نقش حیاتی در انتقال داده‌های دقیق از وضعیت فشار سیالات ایفا می‌کنند.

اصول عملکرد سنسورهای فشار

سنسور فشار، ابزاری است که نیروی واردشده از سوی یک گاز یا مایع بر سطح حسگر را تشخیص می‌دهد و آن را به یک سیگنال الکتریکی قابل اندازه‌گیری تبدیل می‌کند. این تبدیل معمولاً از طریق یکی از فناوری‌های زیر انجام می‌شود:

• استرین گیج (Strain Gauge): فشار باعث تغییر شکل مکانیکی در یک دیافراگم می‌شود و این تغییر توسط استرین گیج‌ها به تغییر مقاومت الکتریکی تبدیل می‌شود.

• پیزوالکتریک: برخی مواد خاص، در اثر فشار، ولتاژ تولید می‌کنند. این فناوری برای اندازه‌گیری فشارهای دینامیک و بسیار سریع مناسب است.

• خازنی (Capacitive): فشار باعث تغییر فاصله بین صفحات خازن می‌شود و ظرفیت خازنی تغییر می‌کند که این تغییر به‌عنوان خروجی اندازه‌گیری می‌شود.

• نوری: در محیط‌های خاص، از تغییر مسیر نور یا شدت آن در اثر فشار برای اندازه‌گیری استفاده می‌شود. این نوع سنسورها عموماً در محیط‌های بسیار خورنده یا قابل انفجار کاربرد دارند.

انواع سنسورهای فشار از نظر نوع اندازه‌گیری

سنسورهای فشار بسته به نوع فشار قابل اندازه‌گیری به دسته‌های مختلفی تقسیم می‌شوند:

1. فشار نسبی (Gauge Pressure): فشار را نسبت به فشار جو اندازه‌گیری می‌کند.

2. فشار مطلق (Absolute Pressure): فشار را نسبت به خلأ مطلق اندازه‌گیری می‌کند.

3. فشار تفاضلی (Differential Pressure): اختلاف فشار بین دو نقطه را مشخص می‌کند.

فناوری‌های ساخت سنسور فشار

پیشرفت‌های فناوری باعث شده‌اند که سنسورهای فشار با دقت و قابلیت‌های مختلفی طراحی شوند. برخی از مهم‌ترین فناوری‌ها در این حوزه عبارتند از:

• سنسورهای MEMS (سیستم‌های میکروالکترومکانیکی): بسیار کوچک، با مصرف انرژی پایین و مناسب برای کاربردهای پزشکی، خودرویی و الکترونیکی.

• سنسورهای دیجیتال: دارای پردازنده داخلی برای پردازش داده‌ها، فیلتر نویز و ارسال داده به سیستم‌های کنترل مرکزی.

• سنسورهای بی‌سیم: مناسب برای مکان‌هایی که سیم‌کشی دشوار است یا نیاز به نظارت از راه دور وجود دارد.

https://iusnews.ir/fa/news-details/536487/%D8%B3%D9%86%D8%B3%D9%88%D8%B1%D9%87%D8%A7%DB%8C-%D9%81%D8%B4%D8%A7%D8%B1:-%D8%A7%D8%B5%D9%88%D9%84%D8%8C-%D9%81%D9%86%D8%A7%D9%88%D8%B1%DB%8C%E2%80%8C%D9%87%D8%A7%D8%8C-%DA%A9%D8%A7%D8%B1%D8%A8%D8%B1%D8%AF%D9%87%D8%A7/

کاربردهای سنسورهای فشار

سنسورهای فشار در حوزه‌های گوناگون مورد استفاده قرار می‌گیرند:

۱. صنایع خودروسازی:

• اندازه‌گیری فشار باد تایرها (TPMS)

• پایش فشار روغن، سوخت و مایعات خنک‌کننده

• سنجش فشار در سیستم ترمز ABS

۲. صنایع پزشکی:

• اندازه‌گیری فشار خون در تجهیزات مانیتورینگ بیمار

• کنترل فشار در دستگاه‌های تنفسی و ونتیلاتورها

• استفاده در دستگاه‌های دیالیز و پمپ‌های انسولین

https://iusnews.ir/fa/news-details/536477/%D8%AA%D8%B1%D8%A7%D9%86%D8%B3%D9%85%DB%8C%D8%AA%D8%B1-%D9%81%D8%B4%D8%A7%D8%B1:-%D8%A7%D8%A8%D8%B2%D8%A7%D8%B1-%D8%AF%D9%82%DB%8C%D9%82-%D9%BE%D8%A7%DB%8C%D8%B4-%D9%88-%DA%A9%D9%86%D8%AA%D8%B1%D9%84-%D9%81%D8%B4%D8%A7%D8%B1-%D8%AF%D8%B1-%D9%81%D8%B1%D8%A2%DB%8C%D9%86%D8%AF%D9%87%D8%A7%DB%8C-%D8%B5%D9%86%D8%B9%D8%AA%DB%8C/

۳. صنایع نفت و گاز:

• نظارت بر فشار لوله‌ها، مخازن و چاه‌های استخراج

• هشداردهی هنگام افزایش یا کاهش ناگهانی فشار برای جلوگیری از انفجار

۴. صنعت هوافضا:

• کنترل فشار در کابین هواپیما

• سنجش فشار در سامانه‌های سوخت و هیدرولیک

۵. سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC):

• تنظیم فشار در کانال‌های هوا

• پایش عملکرد کمپرسورها و فن‌ها

مزایای استفاده از سنسورهای فشار

• اندازه‌گیری دقیق و بلادرنگ: امکان کنترل هم‌زمان فشار در فرآیندها

• افزایش ایمنی: شناسایی سریع نشت‌ها یا شرایط بحرانی

• صرفه‌جویی در هزینه: پیشگیری از آسیب‌های ناشی از فشار زیاد یا کم

• قابلیت اتصال به سیستم‌های هوشمند: ارسال داده به کنترلرها، PLCها یا شبکه‌های IoT

روندهای نوین در طراحی سنسورهای فشار

با گسترش فناوری‌های دیجیتال، سنسورهای فشار نیز هوشمندتر شده‌اند. برخی از پیشرفت‌های اخیر شامل موارد زیر هستند:

• ادغام با اینترنت اشیاء صنعتی (IIoT): امکان انتقال داده به فضای ابری و تحلیل داده‌ها در زمان واقعی

• پردازش داخلی سیگنال: حذف نویز و بهبود دقت

• طراحی مقاوم برای محیط‌های سخت: مقاومت در برابر خوردگی، رطوبت، دما و فشار بالا

نتیجه‌گیری

سنسورهای فشار یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم‌های اندازه‌گیری و کنترل در دنیای صنعتی امروز هستند. این ابزارهای کوچک ولی پیشرفته، نقش بزرگی در بهینه‌سازی فرآیندها، افزایش ایمنی، کاهش هزینه‌ها و بهبود کیفیت محصول نهایی دارند. با توجه به تنوع فناوری‌ها و کاربردهای موجود، انتخاب صحیح سنسور فشار متناسب با شرایط محیطی و نیاز فرآیند، گامی مهم در جهت بهره‌وری و عملکرد بهتر در صنایع مختلف است.