I dag brukes ikke barometre med kvikksølv i industrien, men ganske moderne og pålitelige sensorer. Driftsprinsippet deres varierer avhengig av designfunksjonene. Alle har både fordeler og visse ulemper. Takket være utviklingen av elektronikk er det mulig å realisere sensorer for måling av trykk på halvlederelementer.
Hva er elektroniske sensorer?
Elektroniske trykksensorer for vann eller annen væske er enheter som lar deg måle parametere og behandle dem med spesielle kontroll- og displayenheter. En trykksensor er en enhet hvis utgangsparametere avhenger direkte av trykket på det målte stedet (tank, rør, etc.). Dessuten kan de brukes til å måle et hvilket som helst stoff i forskjellige aggregattilstander - væske, damp, gass.
Behovet for slikeenheter er forårsaket av det faktum at nesten hele industrien er bygget på automatiske kontrollsystemer. En person utfører kun konfigurasjon, kalibrering, vedlikehold og oppstart (stopp). Ethvert system fungerer automatisk. Men slike apparater brukes også ofte i medisin.
Elementdesignfunksjoner
Eventuelle sensorer består av et følsomt element - det er med dens hjelp at effekten på omformeren overføres. Også i designet er det en krets for signalbehandling og et hus. Følgende typer trykksensorer kan skilles fra:
- Piezoelektrisk.
- Resistive.
- Kapasitiv.
- Piezo resonant.
- Magnetisk (induktiv).
- Optoelektronisk.
Og la oss nå se på hver type enhet mer detaljert.
Resistive elementer
Dette er enheter der sensorelementet endrer motstand under påvirkning av en belastning. En strekkmåler er installert på den følsomme membranen. Membranen bøyer seg under trykk, strekkmålerne begynner også å bevege seg. Samtidig endres motstanden deres. Som et resultat er det en endring i strømstyrken i omformerkretsen.
Ved strekking av elementene til strekkmålere, øker lengden og tverrsnittsarealet reduseres. Resultatet er en økning i motstand. Den omvendte prosessen observeres når elementene er komprimert. Selvfølgelig endres motstanden med tusendeler av en ohm, så for å fange dette trenger dusett spesielle forsterkere på halvledere.
Piezoelektriske sensorer
Det piezoelektriske elementet er grunnlaget for utformingen av enheten. Når deformasjon oppstår, begynner piezoelementet å generere et visst signal. Elementet monteres i mediet hvis trykk skal måles. Under drift vil strømmen i kretsen være direkte proporsjonal med endringen i trykk.
Slike enheter har én funksjon – de lar deg ikke spore trykket hvis det er konstant. Derfor brukes den utelukkende i tilfelle trykket endres konstant. Ved en konstant verdi av den målte verdien vil genereringen av en elektrisk impuls ikke utføres.
Piezo-resonanselementer
Disse elementene fungerer litt annerledes. Når spenning påføres, deformeres det piezoelektriske elementet. Jo høyere spenning, jo større deformasjon. Grunnlaget for enheten er en resonatorplate laget av piezoelektrisk materiale. Den har elektroder på begge sider. Så snart spenningen påføres dem, begynner materialet å vibrere. I dette tilfellet er platen bøyd i den ene eller den andre retningen. Vibrasjonshastigheten avhenger av frekvensen til strømmen som tilføres elektrodene.
Men hvis en kraft utenfra virker på platen, vil det være en endring i svingefrekvensen til platen. Den elektroniske lufttrykksensoren som brukes i biler fungerer etter dette prinsippet. Den lar deg evaluere det absolutte trykket til luften som tilføres kjøretøyets drivstoffsystem.
Kapasitive enheter
Disse enhetene er de mest populære,ettersom de har en enkel design, fungerer de stabilt og er upretensiøse i vedlikehold. Designet består av to elektroder plassert i en viss avstand fra hverandre. Det viser seg en slags kondensator. En av platene er en membran, trykk (målt) virker på den. Som et resultat endres gapet mellom platene (i forhold til trykket). Fra skolens fysikkkurs vet du at kapasitansen til en kondensator avhenger av overflatearealet til platene og avstanden mellom dem.
Ved arbeid i en trykksensor er det bare avstanden mellom platene som endres - dette er nok til å måle parametrene. Elektroniske oljetrykksensorer er bygget nøyaktig i henhold til denne ordningen. Fordelene med denne typen strukturer er åpenbare - de kan fungere i alle miljøer, til og med aggressive. De påvirkes ikke av store temperaturforskjeller, elektromagnetiske bølger.
Induktive sensorer
Operasjonsprinsippet er fjernt likt de kapasitive diskuterte ovenfor. En trykkfølsom ledende membran er installert i en viss avstand fra magnetkretsen i form av bokstaven Ш (en induktor er viklet rundt den).
Når spenning påføres spolen, dannes en magnetisk fluks. Den passerer både langs kjernen og gjennom gapet, den ledende membranen. Strømmen lukkes, og siden gapet har en permeabilitet på omtrent 1000 ganger mindre enn kjernen, fører selv en liten endring i den til proporsjonale svingninger i induktansverdiene.
Optoelektronisksensorer
De oppdager ganske enkelt trykk, har høy oppløsning. De har høy følsomhet og termisk stabilitet. De arbeider på grunnlag av lysinterferens, ved å bruke et Fabry-Perot interferometer for å måle små forskyvninger. Slike elektroniske trykksensorer er ekstremt sjeldne, men de er ganske lovende.
Hovedkomponentene til enheten:
- Optisk transduserkrystall.
- Aperture.
- LED.
- Detektor (består av tre fotodioder).
Faby-Perot optiske filtre, som har en liten forskjell i tykkelse, er festet til to fotodioder. Filtre er silisiumspeil med en reflekterende frontflate. De er dekket med et lag silisiumoksid, et tynt lag aluminium påføres overflaten. En optisk transduser er veldig lik en kapasitiv trykksensor.
