أصبحت مستشعرات الضغط عنصرًا لا غنى عنه في العديد من الصناعات لمراقبة ضغط السوائل والغازات. ويمكنك العثور عليها في الأجهزة الطبية، ومصانع الإنتاج، ومنشآت معالجة المياه. ولكن عند الاطلاع على مواصفات مستشعر الضغط، غالبًا ما تسمع مصطلح “خرج 4-20 mA”. كمبتدئ، قد يبدو هذا المصطلح تقنيًا بالنسبة لك، لذا قد تتساءل: ماذا يعني خرج 4-20 mA في مستشعرات الضغط؟ في الواقع، إنها إشارة كهربائية قياسية تستخدمها مستشعرات الضغط. لكن هذا ليس كل شيء. في هذا الدليل، سأناقش معنى «خرج 4-20 mA»، وكيف تعمل هذه المستشعرات، وفوائدها. لذا، لنبدأ.
ما المقصود بمخرج 4-20mA في مستشعرات الضغط؟
يُعد خرج 4-20 mA إشارة كهربائية قياسية يستخدمها مستشعر الضغط لنقل قراءات الضغط إلى الأجهزة الأخرى. وفي هذه الحالة، يمثل 4 mA أدنى قيمة للضغط. وفي الوقت نفسه، يمثل 20 mA أعلى قيمة للضغط ضمن نطاق قياس المستشعر.
تذكر أن الضغط والتيار مرتبطان ارتباطًا وثيقًا. فمع تغير الضغط، يزداد التيار أو ينخفض تبعًا لذلك. لذا، فإن نطاق خرج التيار هذا الذي يتراوح بين 4 و20 مللي أمبير يسمح للمستشعر بإرسال قراءات دقيقة للضغط. كيف؟ لنفترض وجود مستشعر ضغط يقيس الضغط من 0 إلى 100 رطل لكل بوصة مربعة (PSI). عندما يكون الضغط 0 رطل لكل بوصة مربعة (PSI)، سيرسل المستشعر تيارًا قدره 4 مللي أمبير.
الآن، عندما يصل الضغط إلى 100 PSI، فإن المستشعر يرسل تيارًا بقوة 20 mA. وإذا كان الضغط في الوسط، مثل 50 PSI، فسيكون التيار أيضًا بين 4 mA و20 mA. وهنا يمكنك ملاحظة أن المصطلح «4 مللي أمبير» يشير إلى أدنى ضغط داخل المستشعر، بغض النظر عن النطاق. أما نطاق «20 مللي أمبير» فيشير إلى أعلى ضغط. وبهذه الطريقة، تعكس إشارة التيار بشكل مباشر الضغط الذي يتم قياسه.
هذه البساطة هي السبب في أن طريقة الإخراج هذه تتمتع بموثوقية عالية. فحتى في الأنظمة الصناعية التي توجد فيها أجهزة الاستشعار بعيدًا عن أنظمة التحكم، تظل هذه الأنظمة موثوقة. ويرجع ذلك إلى أن إشارة 4-20 mA يمكنها الانتقال لمسافات طويلة مع فقدان ضئيل جدًّا للدقة. وهذا يعني أن وحدة التحكم ستتلقى إشارات دقيقة لتتخذ الإجراءات اللازمة في حالة تجاوز الضغط للحد المسموح به.
كيف تعمل مستشعرات الضغط التي تعمل في نطاق 4–20 مللي أمبير؟
طريقة عمل مستشعر الضغط 4-20 mA بسيطة للغاية. أولاً، يقيس مستشعر الضغط 4–20 mA ضغط سائل أو غاز. ويوجد داخل هذه المستشعرات عنصر استشعار يتفاعل كلما تغير الضغط. وعندما يكتشف المستشعر تغيرًا في الضغط، فإنه يحول قيمة الضغط إلى إشارة تيار كهربائي.
ولكن هناك أمر واحد: مستشعر الضغط هذا لا يرسل قراءة الضغط مباشرةً. بل يرسل تيارًا يتراوح بين 4 مللي أمبير و20 مللي أمبير إلى جهاز آخر، مثل وحدة التحكم. وبذلك تحصل وحدة التحكم على قيمة الضغط الأكثر دقة في شكل خرج تيار. والسبب في ذلك هو أن إشارات التيار أقل عرضة بكثير للتشويش الكهربائي أثناء انتقالها. ونظرًا لأن الدقة هي الأهم، يتم الحفاظ عليها من خلال إشارات التيار هذه.
لكن أجهزة القراءة هذه لا تستطيع فهم ذلك. ولهذا السبب تقوم وحدات التحكم بتحويل قراءات التيار هذه مرة أخرى إلى قيم ضغط يمكن قراءتها. في هذه المستشعرات، تُرسل قراءات الضغط في نطاق خرج كهربائي يتراوح بين 4 و20 مللي أمبير. إذا لم يكتشف المستشعر أي تغيير في ضغط السائل أو الغاز داخل النظام، فسيرسل إشارة بقوة 4 مللي أمبير. ومع ذلك، إذا رصد تغيرًا أقصى في الضغط ضمن نطاقه، فسيتم إرسال قراءة بقيمة 20 مللي أمبير.
لماذا يُعد نطاق 4–20mA مثاليًّا للبيئات الصناعية؟
أصبحت مستشعرات الضغط التي تعمل في نطاق 4-20mA خيارًا شائعًا في جميع الصناعات تقريبًا. وهناك عدة أسباب تبرر أهميتها في هذا المجال. أولاً وقبل كل شيء، تنقل مستشعرات الضغط هذه معلومات الضغط بدقة عالية. في الواقع، في المنشآت الصناعية الكبيرة، غالبًا ما يتم تركيب مستشعرات الضغط بعيدًا عن وحدة التحكم. لذا تزداد احتمالية أن تفقد إشارة الضغط دقتها قبل وصولها إلى وحدة التحكم.
لكن مستشعرات الضغط التي تعمل في نطاق 4-20mA مفيدة في نقل بيانات الضغط عبر مسافات طويلة دون فقدان الدقة. ثانياً، تتمتع مستشعرات الضغط هذه بمقاومة عالية للتداخل الكهربائي. ففي الأنظمة الصناعية، توجد محركات كبيرة ومولدات وأجهزة كهربائية أخرى. وتُحدث جميع هذه الأجهزة ضوضاء كهربائية. عادية مجسات الضغط الصناعية غالبًا ما تتأثر بهذه التداخلات الكهربائية.
لكن مستشعر الضغط الذي يعمل بنطاق 4-20 mA أقل حساسية بكثير تجاه التشويش الكهربائي، لذا يتم نقل بيانات الضغط بشكل أكثر موثوقية. وأخيرًا، يسهّل نظام 4–20 mA أيضًا الكشف السريع عن مشاكل الأسلاك أو المستشعرات. في هذه المستشعرات، تبدأ الإشارة عادةً عند 4 mA عندما يعمل النظام بشكل سليم. وإذا انخفض التيار فجأة إلى 0 mA، فهذا مؤشر على وجود سلك مقطوع أو انقطاع في التيار الكهربائي أو عطل في المستشعر. وبذلك، يتمكن المشغلون من اكتشاف المشكلة بسرعة وحلها لمنع فترات التعطل.
أنواع مستشعرات الضغط التي تعمل في نطاق 4–20 mA
الآن أصبحت تعرف الأساسيات وطريقة عمل مستشعرات الضغط التي تعمل بنطاق 4-20mA. أليس كذلك؟ والآن لا بد أنك تعلم أن مستشعرات الضغط هذه ليست متشابهة دائمًا. بل إنها تتوفر بأحجام ومواصفات متنوعة لتلبية الاحتياجات الصناعية المختلفة. لذا دعونا نتعمق في الموضوع ونناقش بعضًا من أكثر أنواع مستشعرات الضغط التي تعمل بنطاق 4-20mA شيوعًا.
-
- مستشعرات الضغط النسبي
- مستشعرات الضغط المطلق
- مستشعرات الضغط التفاضلي
- مستشعرات الضغط النسبي المُحكمة الإغلاق
- مستشعرات الضغط والفراغ
- مستشعرات الضغط المركبة
الأسئلة المتداولة
لماذا تبدأ الإشارة من 4mA وليس من 0mA؟
تبدأ إشارة 4–20 مللي أمبير عند 4 مللي أمبير بدلاً من 0 مللي أمبير، وذلك لتحسين موثوقية النظام وسلامته. وتُسمى نقطة 4 mA بـ“الصفر الحي”. وهذا يعني أن النظام يعمل بشكل طبيعي حتى عند أدنى مستوى قياس. لذا، إذا أظهرت الإشارة 4 mA، فهذا يشير إلى أن كل شيء على ما يرام وأن المستشعر نشط.
هل تيار 4–20mA أفضل من إشارات الجهد؟
في معظم الحالات الصناعية، نعم، تُعد إشارات التيار 4–20 mA أفضل من إشارات الجهد. والسبب الرئيسي في ذلك هو أن إشارة التيار، مثل 4–20 mA، تظل مستقرة حتى عبر المسافات الطويلة. كما أن خرج هذه الإشارة مقاوم للتشويش، مما يضمن استقرار قيمة الضغط.
ماذا يحدث إذا انخفضت الشحنة إلى أقل من 4mA؟
في مستشعر الضغط الذي يعمل بشكل طبيعي، يجب أن تظل الإشارة دائمًا في نطاق يتراوح بين 4 مللي أمبير و20 مللي أمبير. وإذا انخفض التيار إلى ما دون 4 مللي أمبير أو وصل إلى 0 مللي أمبير، فهذا يشير عادةً إلى وجود مشكلة في النظام.
الخاتمة
تُعد مستشعرات الضغط أكثر الأجهزة موثوقية في العديد من الصناعات لقياس ضغط السوائل والغازات والتحكم فيه. ومع ذلك، فهي تتوفر بأنواع مختلفة من المخرجات. ومن بينها، تحظى مستشعرات الضغط التي تعمل بنطاق 4-20mA بالثقة بفضل دقتها. ترسل مستشعرات الضغط هذه الإشارة في شكل كهربائي ضمن نطاق يتراوح بين 4 و20mA. وتتوافق القراءة 4 mA مع أدنى مستوى للضغط، بينما تتوافق القراءة 20 mA مع أعلى مستوى للضغط بين أجهزة الاستشعار. ولا تتأثر هذه الأنواع من الإشارات بالتداخلات الكهربائية، وتُظهر قراءات دقيقة.