تنظیم کننده فشار

Pressure Regulator یا تنظیم کننده های فشار انواع مختلفی دارند. با توجه به نوع و طراحی هر کدام، دقت و پایداری فشار تنظیم شده می‌تواند، بسیار متفاوت باشد. هنگامی که به دنبال تنظیم کننده مناسب برای یک برنامه خاص هستید، باید فرم، دقت و ثبات را در نظر بگیرید.

رگولاتورهای فشار، شیرهای مکانیکی هستند که برای کنترل فشار در هر دو سیستم پنوماتیک و هیدرولیک از بازخورد استفاده می‌کنند. اساساً دو نوع رگلاتور وجود دارد:

تا جریان را از طریق رگولاتور افزایش یا کاهش یابد. این تنظیم مکانیکی جریان به منظور کنترل فشار عمل می‌کند. برای تنظیم یک شیر یا شیرهایی که فشار را کنترل می‌کنند، در یک رگولاتور الکترونیکی، از ورودی یک فرستنده فشار استفاده می‌شود.

در اینجا روی تنظیم کننده های کاهش فشار تمرکز می‌کنیم. این رگولاتورها، برای محافظت از اجزای حساس پایین دست، فشار نسبتاً بالا ورودی را، در قسمت خروجی کاهش می‌دهند.

به طور دقیق تر می‌توان گفت که یک فرآیند یا اندازه گیری حساس به فشار را کنترل می‌کنند. دینامیک سیالات موضوع بغرنجی است و به ما می‌گوید که سیالی که از یک محدودیت عبور می‌کند انرژی خود را از دست می‌دهد.

رگولاتورهای کاهش فشار از این خاصیت برای تنظیم فشار استفاده می‌کنند. فشار در هر سیستمی به عنوان نیروی در واحد سطح آن سیستم محصور، تعریف می‌شود. فشار تحت تأثیر سه کمیت: سیال موجود (تعداد مولکول ها)، حجمی که در آن قرار دارد و دمای سیال است.

اکثر تنظیم کننده های فشار با کنترل تعداد مولکول هایی که اجازه ورود یا خروج به سیستم را دارند، فشار سیستم را کنترل می‌کنند. نوع دیگری که در زیر به اختصار مورد بحث قرار می‌گیرد، رگولاتوری است، که فشار را با افزایش نیروی اعمال شده به یک سیستم بسته، کنترل می‌کند.

انواع مختلف رگلاتور هوا | Pressure Regulator

در طبقه بندی و درک انواع رگولاتورها می‌توان بین "تنظیم کننده های صنعتی" مکانیکی و "تنظیم کننده های فشار دقیق" الکترونیکی که "کنترل کننده های فشار دقیق" نیز معرفی می‌شوند، تمایز قائل شد.

مورد دوم، معمولاً در کالیبراتورهای فشار دقیق استفاده می‌شود. در هر صورت، در هر دو، هدف یکسان تنظیم فشار محقق می‌شود و تنها تفاوت در درجه دقت و پایداری است. برای این بحث، این تمایز را به شرح زیر انجام می‌دهیم:

تنظیم فشار صنعتی | Industrial Pressure Regulation

یک رگولاتور صنعتی کاهنده فشار، دارای دریچه ای است که توسط یک دیافراگم فنری، دم یا پیستون کنترل می‌شود. فشار پایین دست دیافراگم یا پیستون را به بصورتی است، که جریان را بوسیله شیر، از بالادست به سمت پایین دست آن، مجاز یا محدود می‌نماید.

کشش فنر را به گونه ای می‌توان تنظیم کرد تا فشار پایین دست بصورت یک فشار تنظیم و از پیش تعیین شده را بتواند حفظ کند. تغییرات در فشار پایین دست به طور اتوماتیک شیر را تنظیم می‌کند تا جریان سیال را برای رسیدن به نقطه تنظیم، مجاز یا محدود کند. این رگولاتورهای فشار صنعتی با در نظر داشتن سازنده، دارای پیکربندی‌های مختلفی هستند.

این گونه رگلاتورها، انتخاب ارجح در تنظیمات صنعتی هستند زیرا قوی و خودکار هستند و بدون نیاز به ورودی برق یا عناصر حسگر خارجی از فشار سیستم استفاده می‌کنند. زمانی که آن ها را تنظیم می‌کنید، بعد می‌توان آن را به حال خود رها کرد.

در ضمن دقت کنترل فشار برای اکثر کاربردها کافی است. در طراحی های مختلف، می‌تواند از دو شیر، برای کمک به اطمینان از تنظیم مناسب، در همه شرایط استفاده کرد.

تنظیم فشار دقیق | Precision Pressure Regulation

• رگولاتورهای شیر برقی

شیرهای برقی ورودی (الکترومکانیکی)، یکی دیگر از روش‌های تنظیم فشار، که اغلب در کنترل‌گرهای فشار دقیق در آزمایشگاه‌های کالیبراسیون استفاده می‌شود. این شیرها به فشار منبع اجازه، وارد شدن را به سیستم می‌دهد تا فشار اتمسفر یا خلاء، دریچه‌های خروجی برقی، تخلیه شوند.

بخش پایین دست یک سیستم با افزایش یا کاهش مولکول های گاز کنترل می‌شود. بازخورد از طریق یک الگوریتم کنترلی، یک سنسور فشار پایین دست صورت می‌گیرد. بطوری با باز و بسته کردن، دریچه‌های برقی بتواند، نقطه تنظیم فشار مورد نظر را در شیرهای پایین دست، اندازه گیری و پردازش نماید.

برای دستیابی به فشار کنترلی بسیار دقیق، می‌توان از چندین شیر ورودی و خروجی، دارای روزنه‌های ریز تا درشت، به صورت پشت سر هم استفاده کرد. این شیرها با در نظر داشتن تفاوت بین نقطه تنظیم، فشار پایین دست و یا نرخ فشار، می‌توانند باز یا بسته شوند.

تا بدین وسیله به نقطه تنظیم نزدیک شود. در این نوع رگلاتور می‌توان به فشار بسیار دقیقی دست یافت. اختلاف فشار اعمالی در سراسر شیر در طول عمر این شیرهای برقی تأثیر زیادی دارد.

به همین دلیل است از یک سیستم اختصاصی Mensor (واحد اندازه گیری) استفاده می‌کند تا طول عمر آن ها را افزایش دهد. شیرهای برقی در کاربردهای مختلفی استفاده می‌شوند و در سیستم های کنترل دقیق رایج هستند. آن ها همچنین نسبتاً ارزان تر از همتای شیر سوزنی خود می‌باشند.

• تنظیم کننده های سوپاپ سوزنی

روش دیگر، استفاده از دو شیر سوزنی دقیقاً ماشین‌کاری شده است، که از یک ماده سرامیکی بادوام، یک پورت یا درگاه کوچک و یک پیستون سوزن رزوه‌دار می‌سازند. یکی شیر فشار را تامین و دیگری فشار را از سیستم کنترلی پایین دست تخلیه می‌کند.

شیر ها برای دستیابی به کنترل سریع و دقیق طراحی می‌شوند. مدولاسیون آن ها با استفاده از الگوریتمی کنترل می‌شود که به طور مداوم تفاوت بین فشار پایین دست، نقطه تنظیم و نرخ نزدیک شدن فشار به نقطه تنظیم را کنترل می‌کند.

این الگوریتم، شیرهای سوزنی را برای دستیابی به یک سطح شیب دار دقیق، در نقطه تنظیم و پایدار کنترل می‌کند. این نوع رگلاتور به درجه بالایی از ثبات در فشار خروجی دست می‌یابد که می‌تواند تحت تأثیر تغییرات دما در سیستم یا هر گونه نوسان در پایین دست قرار گیرد.

• رگولاتورهای فعال پیستونی

معمولاً در سیستم‌های هیدرولیک استفاده می‌شود. تنظیم‌کننده‌های پیستونی با اعمال نیرویی بر سطح مقطع پیستون در داخل سیلندر، عمل می‌کنند. فشار برابر است با نیروی تقسیم بر مساحت پیستون که تعریف فشار P=F/A است. هر چه نیروی اعمالی بیشتر باشد، فشار بیشتر است. مزیت این نوع رگلاتور توانایی آن در رسیدن به فشارهای بسیار بالا است که با کاهش سطح مقطع پیستون حاصل می‌شود.

تنظیم کننده فشار پنوماتیک | Pneumatic pressure regulator

تنظیم کننده های فشار که شیرهای کاهش فشار نیز می‌نامند. فشار هوای سیستم را برای محدود کردن فشار و محافظت از اجزای پایین دست تنظیم و کنترل می‌کنند. دو مورد از مهم ترین معیارهای انتخاب برای تنظیم کننده های فشار:

• درجه بندی فشار

ضروری است که یک ضریب ایمنی در حداکثر فشار ورودی لحاظ شود. تا رگولاتور بتواند فشار اضافی را تحمل کند. در تنظیم کننده های فشار استاندارد، یک دکمه دستی، فشار خروجی را تنظیم می‌کند. به طور معمول، دفترچه راهنمای رگولاتور دارای یک منحنی جریان است. بدین صورت که به کاربر اجازه می‌دهد تا یک تنظیم کننده را بر اساس سرعت جریان سیستم و فشار خروجی مورد نظر، اندازه گیری کند.

رگولاتورها همچنین فشار خروجی ثابت و پایداری را فراهم می‌کنند. برای تنظیم فشار تا 0.6 مگاپاسکال، به جای 0.7 مگاپاسکال، رگولاتوری را انتخاب کنید که محدوده حداکثر 1 مگاپاسکال را دارا باشد، تا مطمئن شوید که در صورت فشار بیش از حد سیستم، به رگولاتور آسیب نمی‌رساند. علاوه بر این، اگر فشار ورودی برای یک دستگاه خیلی زیاد باشد، می‌توان در دو مرحله، از دو تنظیم کننده فشار پشت سر هم برای کاهش فشار، استفاده کرد.

• نوع رگولاتور تسکین دهنده یا غیر تسکین دهنده

رگلاتورهای تسکین دهنده دارای یک دریچه داخلی هستند. بطوری که اجازه می‌دهد، فشار اضافی پس از گذشتن از یک آستانه مشخص، خارج شود. رگولاتورهای غیر تسکین دهنده این فشار اضافی را تخلیه نمی‌کنند. برای کاهش فشار به دستگاه ثانویه ای متکی هستند.

برای کاربردهای غیر سمی، از یک تنظیم کننده تسکین دهنده استفاده کنید. تا مطمئن شوید که افزایش فشار رخ نمی‌دهد و باعث آسیب نمی‌شود. با این حال، هنگامی که برنامه شامل گازهای خطرناک یا گران قیمت است، آن ها را در اتمسفر رها نکنید.

جمع بندی

رگولاتورها انواع مختلفی دارند. اصطلاح رگولاتور در سراسر طیف از کنترل فشار زیاد تا کم استفاده می‌شود. در آزمایشگاه های کالیبراسیون، اجزایی که به تنظیم فشار دقیق می‌رسند، گاهی اوقات کنترل گر فشار یا کالیبراتور می‌نامند. این کنترل‌کننده‌های فشار دقیق به سنسورهای فشار با دقت بالا و الگوریتم‌های کنترلی تکیه می‌کند تا فشار را به نقطه دلخواه تنظیم و کنترل پایدار را برای کالیبراسیون سایر اجزای سنجش فشار حفظ کنند.