شبکه‌های هوای فشرده در صنایع نفت، گاز، پتروشیمی، داروسازی و کارخانجات تولیدی، علاوه بر تأمین نیروی پنوماتیک (برای شیرآلات و عملگرها)، بخش حیاتی تغذیه ابزار دقیق (Instrument Air) و سیستم‌های کنترلی را بر عهده دارند. در این کاربردها، نوسانات کوچک فشار می‌تواند منجر به خطای بزرگ در سنسورها، سیستم‌های کالیبراسیون و ابزارآلات اندازه‌گیری شود. رگلاتورهای فشار دقیق (Precision Regulators)، ابزارهایی هستند که برای حذف این نوسانات، حفظ فشار خروجی ثابت و تضمین بالاترین سطح پایداری و تکرارپذیری طراحی شده‌اند.
۱. چالش‌های فنی هوای ابزار دقیق
هوا مورد استفاده در ابزار دقیق باید نه تنها تمیز و خشک باشد، بلکه فشار آن نیز باید تحت کنترل شدید باشد.
الف) افت فشار پایین‌دست
هنگامی که ابزار دقیق (مانند عملگرهای پنوماتیک) به صورت لحظه‌ای هوای بیشتری مصرف می‌کنند، فشار در خط لوله کاهش می‌یابد. یک رگلاتور معمولی ممکن است در جبران سریع این افت دچار تأخیر شود. رگلاتورهای دقیق برای پاسخ سریع به تغییرات دبی (Flow) طراحی شده‌اند.
ب) ریپل فشار بالادست
کمپرسورهای پیستونی، روشن/خاموش شدن کمپرسورهای اسکرو یا عملکرد درایرها می‌توانند نوسانات فشاری را به شبکه اصلی تحمیل کنند. رگلاتور دقیق باید به عنوان یک جداکننده (Isolator) عمل کرده و این نویزها را جذب کند تا به تجهیزات حساس نرسند.
۲. ساختار و مکانیسم رگلاتورهای دقیق
رگلاتورهای دقیق از یک طراحی پیچیده‌تر برای دستیابی به پایداری بهتر استفاده می‌کنند:
الف) دیافراگم بزرگتر (Large Diaphragm)
عملکرد: به جای فنر و پیستون کوچک، این رگلاتورها از دیافراگم‌های بزرگتر و انعطاف‌پذیرتر استفاده می‌کنند.
مزیت: سطح بزرگتر دیافراگم، به تغییرات بسیار کوچک فشار خروجی حساس‌تر است. این حساسیت بالا باعث می‌شود که رگلاتور سریع‌تر واکنش نشان داده و فشار خروجی را با دقت بیشتری کنترل کند (افزایش ).
ب) کنترل پایلوت (Pilot Control)
برخی از مدل‌های بسیار دقیق، به جای تنظیم مستقیم دیافراگم توسط فنر، از یک رگلاتور پایلوت (Pilot Regulator) کوچک استفاده می‌کنند. این سیستم فشار هوا را به بالای دیافراگم اعمال کرده و باعث می‌شود پاسخ رگلاتور اصلی سریع‌تر و یکنواخت‌تر شود.
ج) قابلیت تخلیه هوا (Relieving/Self-Venting)
رگلاتورهای دقیق دارای یک قابلیت خود تخلیه‌کننده (Self-Venting/Relieving) هستند. این ویژگی به رگلاتور اجازه می‌دهد تا در صورت افزایش ناخواسته فشار پایین‌دست (مثلاً به دلیل تغییر دما یا شوک سیستمی)، هوای اضافی را به اتمسفر تخلیه کند. این عمل از افزایش فشار خروجی فراتر از حد تنظیم‌شده جلوگیری می‌کند.
۳. تکنیک‌های تنظیم و کالیبراسیون
برای بهره‌گیری حداکثری از رگلاتور دقیق، تنظیمات باید با دقت بالا و با توجه به دبی مورد نیاز انجام شود.
الف) تنظیم دقیق فشار ورودی/خروجی
بررسی فشار ورودی: فشار ورودی (بالادست) به رگلاتور باید حداقل 10 تا 15 PSI بالاتر از فشار خروجی مورد نیاز ابزار دقیق باشد تا رگلاتور فضای کافی برای تنظیم و کنترل داشته باشد .
تنظیم تدریجی: تنظیم فشار خروجی باید با چرخاندن آرام و تدریجی دستگیره انجام شود. تغییرات ناگهانی می‌تواند به دیافراگم فشار وارد کند.
پایش با گیج دقیق: همیشه برای تأیید فشار خروجی، از یک گیج فشار کالیبره‌شده با دقت بالا استفاده شود، نه صرفاً گیج نصب شده روی خود رگلاتور.
ب) مفهوم و
: فشار مورد نظر خروجی
: کاهش ناخواسته فشار خروجی هنگام افزایش ناگهانی دبی. رگلاتورهای دقیق به گونه‌ای طراحی شده‌اند که کمترین Droop را در هنگام استفاده از حداکثر دبی داشته باشند.
تست عملکرد: برای بررسی عملکرد، باید سیستم را تحت شرایط حداکثر دبی کار کنید و گیج فشار خروجی را مشاهده کنید. در یک رگلاتور دقیق، فشار نباید بیش از 1 تا 2 PSI نوسان کند.
ج) مدیریت نصب در شبکه
نصب در نزدیک‌ترین نقطه: رگلاتور باید تا حد امکان نزدیک به ابزار دقیق نهایی (مانند ترانسمیتر یا عملگر کنترلی) نصب شود تا طول لوله بین رگلاتور و ابزار به حداقل رسیده و افت فشار خط لوله کاهش یابد.
پیش‌فیلتراسیون: هوای ورودی به رگلاتورهای دقیق باید قبلاً از فیلترهای میکرو عبور کرده و کاملاً خشک شده باشد ( Grade). ذرات ریز یا رطوبت می‌توانند به سوپاپ‌های حساس رگلاتور آسیب بزنند.
۴. نتیجه‌گیری
رگلاتورهای فشار دقیق عناصر حیاتی در زنجیره تأمین هوای ابزار دقیق هستند. در حالی که یک رگلاتور استاندارد برای ابزارهای پنوماتیک ساده کافی است، پایداری فشار مورد نیاز برای سیستم‌های کنترلی و اندازه‌گیری فقط توسط رگلاتورهایی با دیافراگم‌های بزرگ، حساسیت بالا و قابلیت تخلیه هوا تضمین می‌شود. با رعایت اصول نصب (نزدیک به نقطه مصرف)، کالیبراسیون دقیق و نگهداری از کیفیت هوای ورودی، عمر مفید و دقت تجهیزات ابزار دقیق حفظ خواهد شد.
