تتوفر أنواع مختلفة من أجهزة الاستشعار، ولكل منها آلية عمل محددة. ومن بين هذه الأنواع الشائعة مستشعر ضغط التفريغ. تكتشف هذه الحساسات الضغط في بيئة مفرغة من الهواء. مبدأ عمل حساس الضغط الفراغي هو ما يجعله فريدًا من نوعه مقارنةً بأنواع الحساسات الأخرى.
استخدام مجسات ضغط التفريغ شائع في المختبرات والآلات المتطورة. لذا، فإن الأشخاص العاديين أقل دراية بها. في هذه المقالة، سنناقش كل شيء عن مستشعرات ضغط التفريغ. ستتعرف على ماهيتها وكيفية عملها. لذا، لنبدأ!
ما هي مستشعرات ضغط التفريغ؟
قبل مناقشة مبدأ العمل، دعونا أولاً نلقي نظرة على أساسيات مستشعرات ضغط التفريغ.
هذه الحساسات هي أجهزة إلكترونية صغيرة تستخدم لقياس الضغط داخل الفراغ. وهي تقوم بذلك من خلال مقارنة ضغط نظام التفريغ بالضغط الجوي. وتستخدم في الأنظمة التي يحتاج فيها المشغلون إلى إنشاء تفريغ (ضغط منخفض) لأغراض محددة.
من الأمثلة الرئيسية على استخدام مستشعر التفريغ في نظام معزز المكابح. في هذا النظام، يجب الحفاظ على وجود فراغ. إذا كان الضغط موجوداً، فلن تعمل المكابح بفعالية. لذلك تأتي هذه الأنظمة مزودة بمستشعرات ضغط فراغ مخصصة.
تكتشف هذه الحساسات الضغط داخل النظام. إذا اكتشفت بعض الضغط، فإنها ترسل إشارة كهربائية إلى السيارة. وبهذه الطريقة، يدرك السائقون أن كفاءة المكابح قد انخفضت. يأخذ السائق السيارة إلى الميكانيكي ويصلح المشكلة ويزيل الضغط من النظام. هناك أنواع مختلفة من مستشعرات ضغط التفريغ.
آلية عمل كل جهاز استشعار فريدة من نوعها. فيما يلي القائمة:
- مستشعر تفريغ الهواء من بيراني
- مستشعر تفريغ شوكة الضبط
- مستشعر الفراغ الكهروضغطي
- مستشعر تفريغ مقياس الإجهاد
- مستشعر التفريغ الكهرومغناطيسي
- مستشعر ضغط الفراغ بالسعة
- مستشعر تفريغ التأين بالكاثود الساخن المؤين
- مستشعر الضغط الفراغي المقاوم للضغط الانضغاطي
- مستشعر التفريغ بالتأين بالكاثود البارد
ومن المثير للاهتمام أن مبادئ عمل كل نوع من مجسات الضغط الفراغي تختلف. على سبيل المثال، يعمل مستشعر التفريغ Pirani على أساس التوصيل الحراري. من ناحية أخرى، تكتشف حساسات ضغط الفراغ السعوية التغيرات في السعة. تذكر أن حساسات الضغط الفراغي السعوية وحساسات الضغط الفراغي التكاثفي والتضاغطي هي الأكثر شيوعًا في الصناعات المختلفة.
أجزاء ومكونات مستشعرات ضغط التفريغ ومكوناتها
تبدو مجسات ضغط التفريغ وكأنها أجهزة بسيطة. ومع ذلك، فهي ليست كذلك لأنها تتكون من أجزاء ومكونات مختلفة. تعمل هذه الأجزاء معًا لضمان الأداء الوظيفي المناسب لمستشعرات الضغط هذه. فيما يلي جدول يوضح مكونات حساسات ضغط التفريغ ودورها.
| المكوّن | الوظيفة |
| الحجاب الحاجز. | ينحني مع الضغط |
| عنصر الاستشعار | يكتشف حركة الحجاب الحاجز |
| أقطاب كهربائية (سعوية) | قياس التغير في السعة |
| مقاييس الإجهاد (بيزوريستسية) | قياس تغير المقاومة |
| دائرة تكييف الإشارة | تضخيم الإشارة ومعالجتها |
| واجهة الإخراج. | يرسل إشارة قابلة للقراءة (مثل الجهد) |
| السكن/الحاوية. | يحمي الأجزاء الداخلية |
مبدأ عمل مجسات الضغط الفراغي
كما ذكرت سابقًا، يعمل كل نوع من مستشعرات ضغط التفريغ بشكل مختلف عن الأنواع الأخرى. ومع ذلك، تستخدم معظم مستشعرات ضغط التفريغ غشاءً لاكتشاف ضغط النظام الذي تم تفريغه. مبدأ عملها هو كما يلي:
تعمل هذه الحساسات من خلال مقارنة الضغط داخل النظام بالضغط الجوي. يكتشف المستشعر اختلافات الضغط عندما ينخفض ضغط النظام عن الضغط الجوي. يؤدي فرق الضغط هذا إلى استجابة عنصر الاستشعار، مثل الحجاب الحاجز، للاستجابة.
يتيح ذلك للمستشعر تحديد مستوى ضغط التفريغ الموجود في النظام بدقة. تذكر أنه عندما ينخفض الضغط إلى ما دون الضغط الجوي، ينحني عنصر الاستشعار (الغشاء). هذا الانحناء للغشاء أمر بالغ الأهمية لأنه يساعدنا على معرفة الضغط داخل الفراغ.
وتبقى المادة الخاصة، أي العنصر المقاوم للانضغاط، متصلة بهذا الغشاء. عندما ينحني الغشاء، تتغير المقاومة الكهربائية في العنصر الانضغاطي. يتم تحويل هذا التغيير إلى بيانات كهربائية. بعد معالجة هذه البيانات، يتم عرض قراءة الضغط الدقيقة على شاشة نظام التحكم.
عملية عمل مجسات الضغط الفراغي خطوة بخطوة
فيما يلي الخطوات الدقيقة المتبعة في قياس ضغط التفريغ باستخدام مستشعرات ضغط التفريغ:
- يتم توصيل مستشعر ضغط التفريغ أولاً بنظام التفريغ.
- يبقى غشاء المستشعر (عنصر الاستشعار) داخل الفراغ. ويبقى الجانب الآخر في الخارج تحت الضغط الجوي.
- وبما أن الضغط داخل الفراغ منخفض، فإن هذا يجعل الغشاء ينحني. إذا كان الضغط منخفضًا جدًا، ينحني الغشاء أكثر؛ وعلى العكس، إذا كان الضغط مرتفعًا، ينحني الغشاء أقل.
- يتم تحديد مدى انحناء الغشاء حسب الجزء الموجود خارج النظام. وكما قلت سابقاً، يبقى بعض أجزاء الغشاء في الخارج تحت الضغط الجوي. لا يظهر هذا الجزء الخارجي أي انحراف أو تغيرات. إذا ظل الغشاء الداخلي والخارجي كما هو، فهذا يعني أن كلا النظامين لهما نفس الضغط الجوي.
- يوجد العنصر المقاوم للضغط على جسم هذا الغشاء. عندما ينحرف هذا الغشاء، تتغير المقاومة الكهربائية للعنصر الانضغاطي. ويتم اكتشاف هذا التغير في الإشارات الكهربائية.
- تستخدم أنواع الحساسات المختلفة انحراف الأغشية بطرق مختلفة. في الحساسات السعوية، يؤدي انحراف الأغشية إلى تغير في السعة. ثم يتم تسجيل هذا التغير في الإشارات الكهربائية.
- بعد ذلك، تخضع الإشارة الكهربائية لمزيد من المعالجة والتضخيم. وبمجرد الانتهاء من ذلك، تظهر القراءة الدقيقة على شاشة نظام التحكم.
مزايا وتطبيقات مجسات الضغط الفراغي
يتزايد استخدام مجسات ضغط التفريغ في الصناعات المختلفة. في الأيام الأولى، كان هذا النوع من أجهزة الاستشعار متاحًا فقط في المختبرات للحفاظ على بيئة خاضعة للرقابة. ومع ذلك، تغيرت الأمور حيث أصبح استخدامها أكثر تنوعًا وانتشارًا. ويعود الفضل في سهولة استخدامها إلى المزايا التي توفرها هذه المستشعرات. وفيما يلي بعض منها:
- دقة من الدرجة الأولى وقراءة موثوقة لضغط النظام الذي تم تفريغه
- حجم هذه المستشعرات صغير، مما يجعلها سهلة الاستخدام في المساحات الصغيرة.
- تراقب حساسات ضغط التفريغ هذه الضغط في الوقت الحقيقي داخل نظام التفريغ.
- إن سعر هذه المستشعرات منخفض نسبيًا, مما يجعلها خيارًا في متناول الجميع. دقتها المثالية في قياس الضغط تستحق القيمة.
فيما يلي جدول يوضح تطبيقات حساسات ضغط التفريغ في مختلف الصناعات.
| الصناعة | الأجهزة التي تستخدم مستشعرات الضغط الفراغي |
| التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والتبريد | وحدات التبريد ومقاييس تفريغ الهواء HVAC |
| السيارات | معززات المكابح، والشواحن التوربينية، وأنظمة الكشف عن تسرب EVAP |
| الطب والرعاية الصحية | أجهزة الأوتوكلاف (أجهزة التعقيم) ومعدات الشفط |
| أشباه الموصلات | ماكينات الحفر، وأدوات الترسيب بالتفريغ، وأنظمة الطباعة الحجرية |
| تغليف المواد الغذائية. | ماكينات تفريغ الهواء، وأنظمة التغليف في الغلاف الجوي |
| المختبر | غرف التفريغ، ووحدات التقطير، ومجففات التجميد |
| المستحضرات الصيدلانية | المجففات بالتجميد (المجففات بالتجميد)، وحدات الترشيح بالتفريغ |
| الأتمتة الصناعية. | قوابض تفريغ روبوتية وطاولات تفريغ بنظام التحكم الرقمي باستخدام الحاسوب, ماكينات التفريز CNC. |
الخاتمة
يوفر مستشعر ضغط التفريغ العديد من المزايا. من السيارات إلى الصناعات الفضائية والصناعات الدوائية، فهي تُظهر قيمتها. تأتي حساسات ضغط التفريغ الأكثر شيوعًا والأكثر استخدامًا مزودة بعناصر استشعار. ينحرف هذا العنصر عند تعرضه لتغيرات الضغط عن المستوى الجوي.
هذا الانحراف في الغشاء يغير المقاومة الكهربائية للعنصر الانضغاطي. يتم قياس هذا التغير في المقاومة في إشارات كهربائية. تظهر هذه الإشارات، بعد المعالجة، على الشاشة كأرقام رقمية. تذكر، هناك أنواع مختلفة من حساسات ضغط التفريغ. يمكن أن يختلف تشغيل كل مستشعر.