ما هو جهاز إرسال فرق الضغط؟
جهاز إرسال فرق الضغط جهاز ميداني يقيس الفرق بين ضغطين يردانه من وصلتي عملية منفصلتين، ويحوّل هذا الفرق إلى إشارة كهربائية قياسية. ويختلف عن أجهزة إرسال الضغط النسبي والمطلق في أنه يتخذ نقطة ثانية في العملية مرجعًا بدلًا من مرجع ثابت. وتتيح هذه الخاصية حساب كثير من المقادير التي يتعذر قياسها مباشرةً انطلاقًا من فرق الضغط.
وأكثر الاستخدامات شيوعًا هو حساب التدفق من هبوط الضغط عبر عنصر أولي لقياس التدفق. كما يُشتق من فرق الضغط مستوى السائل في الأوعية المغلقة والمفتوحة، وموضع السطح البيني بين سائلين، والكثافة. وفي المرشحات والمصافي والمبادلات الحرارية يمثّل الفرق بين الدخول والخروج المؤشر الأساسي لمتابعة الاتساخ والانسداد.
ويتعرض جانبا الجهاز كلاهما لضغط الخط في قياس فرق الضغط. ولذلك فإن جودة القياس لا يحددها مدى القياس وحده، بل كذلك تحمّل ضغط الخط الساكن، وأثر ضغط الخط في الصفر والمدى، وترتيب خطوط النبض واختيار المشعب. ونقطة القياس المصممة جيدًا تتيح أيضًا عزل جهاز الإرسال بأمان أثناء الصيانة.
كيف يعمل قياس فرق الضغط
يطبّق جهاز إرسال فرق الضغط الضغطين الواردين من وصلتي العملية على وجهي عنصر الاستشعار نفسه، ويقيس الفرق بينهما.
1. أخذ الضغط من الجانبين: يتصل جانب الضغط المرتفع وجانب الضغط المنخفض بغشاءي العزل في جهاز الإرسال عبر خطوط نبض أو بتوصيل مباشر.
2. نقل الفرق إلى الحساس: ينتقل الضغط المؤثر في كل من الغشاءين عبر سائل التعبئة إلى الوجهين المتقابلين لعنصر الاستشعار؛ ولا يستشعر الحساس سوى الفرق بينهما.
3. المعالجة الرقمية: تحدّث الإلكترونيات بيانات الحساس 48 مرة في الثانية، و167 مرة مع الخيار عالي السرعة، ثم تصحّحها ببيانات المعايرة والتوصيف.
4. توليد الخرج: يُحوَّل القياس إلى إشارة 4–20 mA ثنائية الأسلاك بخاصية خطية أو بالجذر التربيعي، وتُركَّب بيانات HART الرقمية على هذا التيار.
جانبا الضغط المرتفع والمنخفض
يحدد اتجاه التوصيل بين جانبي جهاز الإرسال إشارةَ القياس، ولذلك يجب عند التركيب اختيار توصيلي الجانب المرتفع والجانب المنخفض على نحو صحيح بحسب اتجاه سريان العملية. وإذا تعرّض جانب واحد لكامل ضغط الخط نتيجة تشغيل خاطئ للصمامات، نشأت إزاحة في الخرج ولزم إعادة ضبط صفر الجهاز.
قياس التدفق بفرق الضغط
يتناسب فرق الضغط عبر العنصر الأولي لقياس التدفق مع مربع معدل التدفق. ويحوّل خرج الجذر التربيعي في جهاز الإرسال هذه العلاقة إلى إشارة تدفق خطية. ويمكن كذلك طلب جهاز الإرسال مع عناصر أولية مثل لوحة الفتحة وأنبوب بيتوت متوسط القياس ولوحة الفتحة المتكاملة بوصفه مقياس تدفق مجمّعًا في المصنع. وتوفّر فئة الأداء المحسّنة للتدفق دقة مرجعية ±0.04% من القراءة حتى نسبة تقليص 8:1 من الحد الأعلى للنطاق.
قياس المستوى والكثافة بفرق الضغط
فرق الضغط بين التوصيل السفلي والتوصيل العلوي في وعاء مغلق دالة في ارتفاع السائل وكثافته. ومع الموائع المرتفعة الحرارة أو المسببة للتآكل أو المعرّضة للانسداد تُستخدم أنظمة الأغشية العازلة بدلًا من خطوط النبض. وفي التهيئة الموجهة لقياس المستوى تبلغ الدقة المرجعية ±0.055% أو ±0.065% من المدى بحسب فئة الأداء.
ضغط الخط الساكن وضبط الصفر
قد يتعرض حساس فرق الضغط، إلى جانب الفرق الصغير الذي يقيسه، لضغط خط ساكن مرتفع. ويعمل الجهاز ضمن مواصفاته عند ضغوط خط ساكنة تتراوح بحسب رمز النطاق بين 0.03 bar و250 bar، ويرتفع هذا الحد إلى 425.4 bar مع خيار الضغط الساكن المرتفع. ويُحدث ضغط الخط إزاحة صغيرة في نقطة الصفر: ±0.025% من الحد الأعلى للنطاق لكل 68.95 bar في فئة الأداء العالي، و±0.05% في الفئة القياسية. وتُزال هذه الإزاحة بضبط الصفر تحت ضغط الخط.
ينبّه تشخيص انسداد خط النبض إلى خطوط النبض الممتلئة أو المتجمدة قبل أن يفسد القياس، وذلك بمتابعة التغيّر في ضجيج العملية؛ أما المراقبة الإحصائية للعملية فتتابع تشتّت القياس وتساعد على الكشف المبكر عن مشكلات المعدات.
الميزات الرئيسية
· تغطية واسعة لفرق الضغط: رموز نطاق تمتد من ±7.47 mbar حتى ±137.89 bar؛ ومع خيار النطاق الشامل من –2.49 إلى 2.49 bar بنسبة تقليص مدى 800:1.
· تحمّل ضغط ساكن مرتفع: ضغط خط ساكن حتى 250 bar؛ و425.4 bar مع خيار الضغط الساكن المرتفع.
· فئة أداء محسّنة للتدفق: دقة مرجعية ±0.04% من القراءة حتى نسبة تقليص 8:1 من الحد الأعلى للنطاق؛ فئة مطوّرة لتطبيقات التدفق.
· خرج الجذر التربيعي: تخطيط العلاقة بين فرق الضغط والتدفق داخل الجهاز؛ إضافة إلى تهيئة موجهة نحو التطبيق للمستوى والحجم والتدفق التراكمي.
· تشخيص انسداد خط النبض: كشف مبكر لخط النبض الممتلئ أو المتجمد من خلال التغيّر في ضجيج العملية.
· خيارات المشعب المدمج: إمكان طلب مشاعب مدمجة ذات صمامين أو ثلاثة أو خمسة، وشفاه تقليدية وشفاه مستوى، كوحدة واحدة.
· توافق مع الأغشية العازلة: استخدام مع أنظمة الأغشية العازلة لقياس المستوى والكثافة في الموائع المسببة للتآكل واللزجة والمرتفعة الحرارة.
· استجابة ديناميكية سريعة: زمن استجابة إجمالي 80 ms، و40 ms مع خيار الحساس عالي السرعة؛ وزمن ميت 40 ms أو 20 ms.
· مفاتيح تتابع مدمجة: تتابعان ثنائيا القطب ثنائيا الرمي على لوحة الأطراف للإنذار والتحكم محليًا.
· شاشة رسومية وواجهة عن بُعد: شاشة LCD رسومية بإضاءة خلفية ودقة 128 × 128 بكسل وخيار واجهة عن بُعد؛ مع تهيئة محلية عبر Bluetooth.
المواصفات الفنية
القيم أدناه سارية على قياس فرق الضغط؛ وتتحدد القيم الدقيقة بحسب رمز النطاق وفئة الأداء وترتيب التوصيل المختارة.
المعامل | البيانات الفنية |
نوع القياس | فرق الضغط (وصلتا عملية) |
مديات فرق الضغط | ±7.47 mbar، ±62.16 mbar، ±621.60 mbar، ±2.49 bar، ±20.68 bar، ±137.89 bar؛ النطاق الشامل –2.49 … 2.49 bar |
الدقة المرجعية | ±0.025% من المدى (الأداء العالي) / ±0.035% (القياسية)؛ و±0.09% / ±0.10% في أدنى المديات؛ و±0.04% من القراءة في الفئة المحسّنة للتدفق |
الأداء الإجمالي | ±0.1% من المدى (الأداء العالي) / ±0.14% (القياسية)؛ بشرط تغيّر حرارة ±28 °C ورطوبة نسبية 0–100% ونسبة تقليص 1:1–5:1 |
الاستقرار طويل الأمد | ±0.10% من الحد الأعلى للنطاق / 20 عامًا (الأداء العالي)؛ ±0.15% / 20 عامًا (القياسية) |
نسبة تقليص المدى | 200:1 أو 150:1؛ و800:1 مع النطاق الشامل |
حد ضغط الخط الساكن | بين 0.03 bar و250 bar بحسب رمز النطاق؛ و425.4 bar مع خيار الضغط الساكن المرتفع |
حد الضغط الزائد | 51.7 bar أو 137.9 bar أو 250.0 bar بحسب رمز النطاق؛ و425.4 bar مع خيار الضغط الساكن المرتفع |
أثر ضغط الخط (الصفر) | ±0.025% من الحد الأعلى للنطاق لكل 68.95 bar (الأداء العالي) / ±0.05% (القياسية)؛ ويُزال بضبط الصفر تحت ضغط الخط |
أثر ضغط الخط (المدى) | ±0.1% من القراءة لكل 68.95 bar |
أثر وضعية التركيب | إزاحة صفر حتى 3.11 mbar؛ تُزال بضبط الصفر ولا أثر لها في المدى |
الأداء الديناميكي | استجابة إجمالية 80 ms، و40 ms مع الخيار عالي السرعة؛ زمن ميت 40 / 20 ms؛ معدل التحديث 48 / 167 مرة في الثانية |
الخرج والاتصال | 4–20 mA ثنائي الأسلاك، خطي أو بالجذر التربيعي؛ اتصال HART رقمي؛ ومفتاحا تتابع مدمجان اختياريًا |
التغذية الكهربائية | جهاز الإرسال 11.5–42.4 Vdc؛ وتغذية منفصلة للتتابعات 21.5–60 Vdc أو 20–264 Vac |
وصلة العملية | ¼–18 NPT على مراكز 54 mm؛ و½–14 NPT مع محوّل شفة؛ وخيارات المشعب المدمج والشفاه التقليدية وشفاه المستوى |
الغشاء العازل | فولاذ مقاوم للصدأ 316L، سبيكة C-276، سبيكة 400، تنتالوم، سبيكة 400 مطلية بالذهب، فولاذ مقاوم للصدأ 316L مطلي بالذهب |
الحرارة المحيطة | –40 °C إلى 85 °C؛ و–50 °C / –60 °C مع خيارات المناخ البارد |
الغلاف | سبيكة ألومنيوم منخفضة النحاس أو فولاذ مقاوم للصدأ مصبوب؛ Type 4X، IP66 وIP68 (20 m، 168 ساعة) |
في التهيئة الموجهة لقياس المستوى تبلغ الدقة المرجعية ±0.055% أو ±0.065% من المدى؛ وفي الأنظمة ذات الأغشية العازلة يجب أن تُحسب إضافيًا آثار نوع الغشاء وسائل التعبئة والحرارة.
المزايا الرئيسية
· مقادير عديدة بقياس واحد: متابعة التدفق والمستوى والسطح البيني والكثافة واتساخ المرشحات بمبدأ القياس نفسه.
· تشغيل عند ضغط خط مرتفع: قياس فروق صغيرة تحت ضغط خط ساكن يبلغ 250 bar، و425.4 bar في التهيئة الاختيارية.
· اتساق في قياس التدفق: تحافظ الفئة المحسّنة للتدفق وخرج الجذر التربيعي على جودة القياس على امتداد مجال تدفق واسع.
· إنذار مبكر: يتيح تشخيص انسداد خط النبض والمراقبة الإحصائية للعملية تخطيط الصيانة قبل أن يفسد القياس.
· سهولة الصيانة: تجمع خيارات المشعب المدمج عمليات العزل وضبط الصفر في مجموعة تركيب واحدة.
· ملاءمة للموائع الصعبة: نطاق تطبيقي واسع بفضل حلول الأغشية العازلة وستة خيارات للمواد الملامسة.
مجالات التطبيق
تُستخدم أجهزة إرسال فرق الضغط في كل موضع يمثّل فيه الفرق في الضغط بين نقطتين مقدارًا من مقادير العملية.
قياس التدفق بعنصر أولي
قياس تدفق السوائل والغازات والبخار بعناصر أولية مثل لوحة الفتحة وأنبوب بيتوت متوسط القياس ولوحة الفتحة المتكاملة؛ وحلول مقاييس تدفق مجمّعة في المصنع.
مستوى الأوعية والخزانات
قياس المستوى وموضع السطح البيني بين سائلين والكثافة في الأوعية المغلقة والمفتوحة؛ ومع أنظمة الأغشية العازلة عند الحاجة.
مراقبة المرشحات والمصافي والمبادلات
تحديد الاتساخ والانسداد وموعد التنظيف بمتابعة فرق الضغط بين الدخول والخروج.
المضخات والمراوح والضواغط
الكشف المبكر عن فقد الأداء والانسدادات بمراقبة فرق الضغط بين دخول المعدة وخروجها.
النفط والغاز والتكرير
قياس فرق الضغط تحت ضغط خط ساكن مرتفع؛ ومواد ملامسة تستوفي متطلبات NACE MR0175/ISO 15156 وMR0103 في الخدمات الحامضية.
الطاقة والمرافق المساندة
قياس التدفق في خطوط مياه تغذية الغلايات والبخار ومياه التبريد، ومراقبة مستويات الأوعية.
معايير اختيار جهاز إرسال فرق الضغط
النتيجة الصحيحة في قياس فرق الضغط لا تتوقف على الجهاز وحده، بل كذلك على تصميم ترتيب التركيب تصميمًا صحيحًا.
مدى القياس والضغط الساكن
· أدنى وأقصى فرق ضغط متوقع، والمدى المعاير المطلوب
· أقصى ضغط خط ساكن، وما إذا كان خيار الضغط الساكن المرتفع لازمًا
· احتمال الضغط الزائد من جانب واحد، وحد الضغط الزائد
· نسبة التقليص في قياس التدفق وفئة الأداء المطلوبة
التوصيل والمشعب وخط النبض
· اختيار مشعب بصمامين أو ثلاثة أو خمسة، وسيناريو الصيانة
· طول خط النبض وميله وخطر التجمد أو الانسداد
· الحاجة إلى غشاء عازل ونوع الغشاء
· تركيب مدمج مع العنصر الأولي لقياس التدفق أم تركيب منفصل
فئة الأداء والتشخيص
· عدم اليقينية الإجمالية المطلوبة للقياس ودورة المعايرة
· الحاجة إلى تشخيص انسداد خط النبض وإلى المراقبة الإحصائية
· متطلبات المناطق الخطرة والسلامة الوظيفية
· الحرارة المحيطة والاهتزاز ودرجة الحماية المتوقعة
إذا كانت مراقبة الضغط في نقطة واحدة كافية، فإن أجهزة إرسال الضغط التي تقيس القيمة النسبية أو المطلقة تقدّم حلًا أبسط وأقل كلفة.
دعم TLY Enerji في قياس فرق الضغط
مصدر الخطأ في قياس فرق الضغط ليس الجهاز في أغلب الأحيان، بل تصميم نقطة القياس. وانطلاقًا من بيانات العملية وضغط الخط وخصائص المائع، تحدد TLY Enerji مدى القياس وفئة الأداء، وتقيّم ترتيب خط النبض والمشعب، وتقترح عند الحاجة حل الأغشية العازلة.
وفي تطبيقات التدفق يجري تحديد أبعاد العنصر الأولي وجهاز الإرسال معًا، وحساب نسبة التقليص وعدم اليقينية المتوقعة. وفي مرحلة عرض السعر تُقارَن المواصفات الفنية للأجهزة وشهادات المناطق الخطرة والمواد بمواصفات المشروع، ويُخطَّط أثناء التشغيل التجريبي لضبط الصفر تحت ضغط الخط ولاختبار الحلقة. وتُعدّ مقترحات تحسين للنقاط التي تعطي قراءات غير مستقرة أو تتعرض للانسداد المتكرر في المنشآت القائمة، وتُضاف إلى التوثيق خطوات استخدام المشعب وضبط الصفر لفرق الصيانة.
الأسئلة الشائعة
فيم يُستخدم جهاز إرسال فرق الضغط؟
يقيس جهاز إرسال فرق الضغط الفرق في الضغط بين نقطتي عملية. وقد يمثّل هذا الفرق التدفق عبر عنصر أولي لقياس التدفق، أو مستوى السائل أو كثافته في وعاء، أو درجة الاتساخ في مرشح. وبذلك تُتابَع بمبدأ قياس واحد مقادير يصعب قياسها مباشرةً.
لماذا يلزم خرج الجذر التربيعي؟
يتناسب فرق الضغط عبر العنصر الأولي لقياس التدفق مع مربع معدل التدفق. وتحوّل خاصية الجذر التربيعي في جهاز الإرسال هذه العلاقة إلى إشارة تدفق خطية، فيمكن متابعة التدفق دون إجراء حساب إضافي في نظام التحكم. أما في التطبيقات الخطية مثل قياس المستوى فيُستخدم الخرج الخطي.
كيف يؤثر ضغط الخط الساكن في القياس؟
يتعرض جانبا حساس فرق الضغط كلاهما لضغط الخط. ويعمل الجهاز عند ضغط خط ساكن يصل بحسب رمز النطاق إلى 250 bar، ويبلغ هذا الحد 425.4 bar مع خيار الضغط الساكن المرتفع. ويُحدث ضغط الخط إزاحة صغيرة في نقطة الصفر، وتُزال هذه الإزاحة بضبط الصفر تحت ضغط الخط.
كيف يُكتشف انسداد خط النبض؟
خط النبض المنسد أو المتجمد يبطّئ القياس ويولّد قيمًا خاطئة. ويبلّغ تشخيص انسداد خط النبض في الجهاز عن هذه الحالة قبل أن يفسد القياس تمامًا، وذلك بمتابعة التغيّر في ضجيج العملية. ويوصى باستخدامه مع احتياطات التركيب مثل تسخين الخط والميل وترتيب الصمامات الملائم.
ما الذي يجب مراعاته في قياس المستوى بفرق الضغط؟
في الأوعية المغلقة يجب إدخال ضغط الحيز العلوي في القياس، ولذلك يؤخذ توصيل الجانب المنخفض من الحيز العلوي. ويتأثر القياس بتغيّر الكثافة وبالحرارة وبالتكثّف الناتج عن الموائع المتبخرة. ومع الموائع المسببة للتآكل أو اللزجة أو المعرّضة للانسداد تُعتمد أنظمة الأغشية العازلة.
كم صمامًا ينبغي أن يضم المشعب؟
يتيح المشعب عزل جهاز الإرسال عن العملية وتنفيذ ضبط الصفر. ويُستخدم في تطبيقات فرق الضغط مشعب ذو ثلاثة صمامات في الغالب؛ وعند ازدياد متطلبات المعايرة والتصريف يُعتمد ترتيب بخمسة صمامات. ويمكن طلب المشعب مع جهاز الإرسال كوحدة واحدة.
