Електрични сензори притиска

Данас се за мерење притиска у различитим областима индустрије користе не само живини барометри и анероиди, већ и различити сензори који се разликују како по принципу рада, тако и по предностима и недостацима својствених свакој врсти таквих сензора. Савремена електроника омогућава имплементацију сензора притиска директно на електричној, електронској основи.

Дакле, шта подразумевамо под појмом "електрични сензор притиска"? Шта су електрични сензори притиска? Како су распоређени и које функције имају? Коначно, који сензор притиска треба изабрати да би био најпогоднији за одређену намену? Сазнаћемо у току овог чланка.

Прво, хајде да дефинишемо сам појам. Сензор притиска је уређај чији излазни параметри зависе од измереног притиска. Испитни медијум може бити пара, течност или неки гас, у зависности од примене одређеног сензора.

Савремени системи захтевају прецизне алате овог типа као важне компоненте система аутоматизације за електроенергетску, нафтну, гасну, прехрамбену и многе друге индустрије.Минијатурни претварачи притиска су витални у медицини.

Сваки електрични сензор притиска укључује: осетљиви елемент који служи за пренос удара до примарног претварача, коло за обраду сигнала и кућиште. Углавном се електрични сензори притиска деле на:

• Отпорни (тензорски);

• Пиезоелецтриц;

• Пиезо резонанца;

• Цапацитиве;

• Индуктивни (магнетни);

• Оптоелектронски.

Отпорни или деформациони сензор притиска Ово је уређај чији осетљиви елемент мења свој електрични отпор под дејством деформишућег оптерећења. Мерници напрезања се монтирају на осетљиву мембрану која се савија под притиском и савија на њу причвршћене мераче напрезања. Отпор мерача напрезања се мења и сходно томе се мења и величина струје у примарном колу претварача.

Истезање проводних елемената сваког мерача деформације изазива повећање дужине и смањење попречног пресека, што резултира повећањем отпора. У компресији је супротно. Релативне промене отпора мере се у хиљадитим деловима, тако да се прецизни појачавачи са АДЦ користе у колима за обраду сигнала. Дакле, деформација се претвара у промену електричног отпора полупроводника или проводника, а затим у напонски сигнал.

Мерници напрезања су обично цик-цак проводљиви или полупроводнички елемент нанети на флексибилну основу која пријања на мембрану. Подлога је обично направљена од лискуна, папира или полимерног филма, а проводни елемент је фолија, танка жица или полупроводник напрскан вакуумом на метал.Повезивање осетљивог елемента мерача напрезања на мерно коло се врши помоћу контактних плочица или жица. Сами мерачи напрезања обично имају површину од 2 до 10 квадратних мм.

Сензори ћелија за оптерећење одличан за процену нивоа притиска, чврстоће на притисак и мерење тежине.

Следећи тип електричног сензора притиска је пиезоелектрични... Овде пиезоелектрични елемент делује као осетљив елемент.Пијезоелектрични елемент на бази пиезоелектрика генерише електрични сигнал када се деформише, то је такозвани директни пиезоелектрични ефекат. Пиезоелектрични елемент се поставља у мерени медијум и тада ће струја у колу претварача бити пропорционална по величини промени притиска у том медијуму.

Пошто појава пиезоелектричног ефекта захтева прецизну промену притиска, а не константан притисак, овај тип претварача притиска је погодан само за динамичко мерење притиска. Ако је притисак константан, тада се неће десити процес деформације пиезоелектричног елемента и струја неће бити генерисана пиезоелектриком.

Пиезоелектрични сензори притиска се користе, на пример, у примарним претварачима протока вортекс мерача за воду, пару, гас и друге хомогене медије. Такви сензори се уграђују у паровима у цевовод са номиналним отвором од десетина до стотина милиметара иза тела протока и на тај начин региструју вртлоге чија је учесталост и број пропорционални запреминском протоку и протоку.

Размотрите даље пиезо-резонантне сензоре притиска... Код пиезо-резонантних сензора притиска ради обрнути пиезоелектрични ефекат, у коме се пиезоелектрик деформише под дејством примењеног напона, а што је напон већи, то је деформација јача. Сензор је заснован на резонатору у облику пиезоелектричне плоче, на чије су обе стране причвршћене електроде.

Када се на електроде примени наизменични напон, материјал плоче вибрира, савијајући се у једном или другом правцу, а фреквенција вибрација је једнака фреквенцији примењеног напона. Међутим, ако се плоча сада деформише применом спољне силе на њу, на пример кроз мембрану осетљиву на притисак, тада ће се променити фреквенција слободних осцилација резонатора.

Дакле, природна фреквенција резонатора ће одражавати количину притиска на мембрану која притиска на резонатор, што резултира променом фреквенције. Као пример, размотрите сензор апсолутног притиска заснован на пиезо резонанцији.

Измерени притисак се преко прикључка 12 преноси у комору 1. Комора 1 је мембраном одвојена од осетљивог мерног дела уређаја. Тело 2, база 6 и мембрана 10 су запечаћени заједно да формирају другу запечаћену комору. У другој затвореној комори основе 6 су причвршћени држачи 9 и 4, од којих је други причвршћен за базу 6 помоћу моста 3. Држач 4 служи за фиксирање осетљивог резонатора 5. Носиви резонатор 8 је фиксиран од стране држача 9.

Под дејством измереног притиска, мембрана 10 притиска кроз чауру 13 на куглу 14, која је такође причвршћена у држачу 4.Куглица 14, заузврат, притиска осетљиви резонатор 5. Жице 7, фиксиране у бази 6, повезују резонаторе 8 и 5 са ​​генераторима 16 и 17, респективно. За генерисање сигнала пропорционалног величини апсолутног притиска, користи се коло 15 које генерише излазни сигнал из разлике фреквенција резонатора. Сам сензор је смештен у активни термостат 18, који одржава константну температуру од 40 ° Ц.

Неки од најједноставнијих су капацитивни сензори притиска... Две равне електроде и размак између њих чине кондензатор. Једна од електрода је мембрана на коју делује измерени притисак, што доводи до промене дебљине зазора између заправо плоча кондензатора. Добро је познато да се капацитивност равног кондензатора мења са променом величине јаза за константну површину плоча, па су капацитивни сензори веома, веома ефикасни да би се откриле чак и веома мале промене притиска.

Капацитивни сензори притиска малих димензија омогућавају мерење надпритиска у течностима, гасовима, пари. Капацитивни сензори притиска су корисни у различитим индустријским процесима који користе хидрауличне и пнеуматске системе, у компресорима, у пумпама, на машинама алаткама. Дизајн сензора је отпоран на екстремне температуре и вибрације, имун на електромагнетне сметње и агресивне услове околине.

Друга врста електричних сензора притиска, из даљине сличних капацитивним – индуктивним или магнетним сензорима... Проводна мембрана осетљива на притисак налази се на извесној удаљености од танког магнетног кола у облику слова В, на чије је средње језгро намотан калем.Између мембране и магнетног кола постављен је одређени ваздушни јаз.

Када се напон примени на калем, струја у њему ствара магнетни флукс који пролази и кроз само магнетно коло и кроз ваздушни зазор и кроз мембрану, затварајући се. Пошто је магнетна пермеабилност у процепу приближно 1000 пута мања него у магнетном колу и у мембрани, чак и мала промена дебљине процепа доводи до приметне промене индуктивности кола.

Под утицајем измереног притиска, дијафрагма сензора се савија и сложени отпор завојнице се мења. Претварач претвара ову промену у електрични сигнал. Мерни део претварача је направљен према мосном колу, где је калем сензора укључен у један од кракова. Користећи АДЦ, сигнал из мерног дела се претвара у електрични сигнал пропорционалан мереном притиску.

Последњи тип сензора притиска који ћемо погледати су оптоелектронски сензори... Они су прилично једноставни за детекцију притиска, имају високу резолуцију, имају високу осетљивост и термички су стабилни. Радећи на основу светлосних сметњи, користећи Фабри-Перот интерферометар за мерење малих померања, ови сензори су посебно обећавајући. Кристал оптичког претварача са отвором бленде, ЛЕД и детектор који се састоји од три фотодиоде су главни делови таквог сензора.

Фаби-Перот оптички филтери са малом разликом у дебљини су причвршћени на две фотодиоде. Ови филтери су рефлектујућа силиконска огледала са предње површине прекривена слојем силицијум оксида, на чију површину се наноси танак слој алуминијума.

Оптички претварач је сличан капацитивном сензору притиска, дијафрагма формирана јеткањем у монокристалном силицијумском супстрату прекривена је танким слојем метала. Доња страна стаклене плоче такође има метални премаз. Између стаклене плоче и силицијумске подлоге постоји размак ширине в, који се добија коришћењем два одстојника.

Два слоја метала формирају Фабиа-Перот интерферометар са променљивим ваздушним зазором в, који укључује: покретно огледало смештено на мембрани, које мења свој положај при промени притиска и стационарно провидно огледало паралелно са њим на стакленој плочи.

На основу тога, ФИСО Тецхнологиес производи микроскопске осетљиве претвараче притиска пречника од само 0,55 мм који лако пролазе кроз ушицу игле. Уз помоћ катетера, мини-сензор се убацује у проучавани волумен, унутар којег се мери притисак.

Оптичко влакно је повезано са интелигентним сензором, у коме се, под контролом микропроцесора, укључује извор монохроматске светлости уведен у влакно, мери се интензитет повратно рефлектованог светлосног флукса, спољашњи притисак на сензор се израчунава из података о калибрацији и приказује на дисплеју. У медицини се, на пример, овакви сензори користе за праћење интракранијалног притиска, за мерење крвног притиска у плућним артеријама, до којих се на други начин не може доћи.