Penderia tekanan elektrik

Hari ini, untuk mengukur tekanan dalam pelbagai bidang industri, bukan sahaja barometer merkuri dan aneroid digunakan, tetapi juga pelbagai sensor yang berbeza dalam prinsip operasi dan dalam kelebihan dan kekurangan yang wujud dalam setiap jenis sensor tersebut. Elektronik moden membenarkan pelaksanaan penderia tekanan secara langsung secara elektrik, elektronik.

Jadi apakah yang kita maksudkan dengan istilah "sensor tekanan elektrik"? Apakah penderia tekanan elektrik? Bagaimanakah ia disusun dan apakah fungsinya? Akhir sekali, penderia tekanan manakah yang patut anda pilih supaya ia paling sesuai untuk tujuan tertentu? Kami akan mengetahui dalam perjalanan artikel ini.

Pertama, mari kita tentukan istilah itu sendiri. Sensor tekanan ialah peranti yang parameter keluarannya bergantung pada tekanan yang diukur. Medium ujian boleh menjadi wap, cecair, atau gas, bergantung pada penggunaan sensor tertentu.

Sistem moden memerlukan alat ketepatan jenis ini sebagai komponen penting sistem automasi untuk kuasa, minyak, gas, makanan dan banyak industri lain.Transduser tekanan kecil adalah penting dalam perubatan.

Setiap sensor tekanan elektrik termasuk: elemen sensitif yang berfungsi untuk menghantar kejutan kepada transduser utama, litar pemprosesan isyarat dan perumah. Terutamanya sensor tekanan elektrik dibahagikan kepada:

• Rintangan (tensoresistive);

• Piezoelektrik;

• resonans Piezo;

• kapasitif;

• Induktif (magnet);

• Optoelektronik.

Penderia tekanan tolok rintangan atau terikan Ini ialah peranti yang unsur sensitifnya menukar rintangan elektriknya di bawah tindakan beban ubah bentuk. Tolok terikan dipasang pada membran sensitif yang membengkok di bawah tekanan dan membengkokkan tolok terikan yang dipasang padanya. Rintangan tolok terikan berubah dan magnitud arus dalam litar utama penukar berubah dengan sewajarnya.

Regangan elemen konduktif setiap tolok terikan menyebabkan peningkatan panjang dan pengurangan keratan rentas, mengakibatkan peningkatan rintangan. Dalam pemampatan ia adalah sebaliknya. Perubahan relatif dalam rintangan diukur dalam perseribu, jadi penguat ketepatan dengan ADC digunakan dalam litar pemprosesan isyarat. Oleh itu, terikan ditukar kepada perubahan dalam rintangan elektrik semikonduktor atau konduktor dan kemudian menjadi isyarat voltan.

Tolok terikan biasanya merupakan elemen konduktif atau semikonduktor zigzag yang digunakan pada tapak fleksibel yang melekat pada membran. Substrat biasanya diperbuat daripada mika, kertas, atau filem polimer, dan unsur konduktif ialah kerajang, dawai nipis atau semikonduktor yang disembur vakum pada logam.Sambungan elemen sensitif tolok terikan ke litar pengukur dijalankan menggunakan pad sesentuh atau wayar. Tolok terikan sendiri biasanya mempunyai keluasan 2 hingga 10 mm persegi.

Penderia sel beban bagus untuk menganggar tahap tekanan, kekuatan mampatan dan ukuran berat.

Jenis sensor tekanan elektrik seterusnya ialah piezoelektrik... Di sini, elemen piezoelektrik bertindak sebagai elemen sensitif. Elemen piezoelektrik berdasarkan piezoelektrik menjana isyarat elektrik apabila ia berubah bentuk, ini adalah apa yang dipanggil kesan piezoelektrik langsung. Elemen piezoelektrik diletakkan dalam medium yang diukur dan kemudian arus dalam litar transduser akan berkadar magnitud dengan perubahan tekanan dalam medium tersebut.

Memandangkan penampilan kesan piezoelektrik memerlukan perubahan tekanan yang tepat dan bukannya tekanan malar, transduser tekanan jenis ini hanya sesuai untuk pengukuran tekanan dinamik. Jika tekanan adalah malar, maka proses ubah bentuk unsur piezoelektrik tidak akan berlaku dan arus tidak akan dihasilkan oleh piezoelektrik.

Penderia tekanan piezoelektrik digunakan, sebagai contoh, dalam transduser aliran primer meter vorteks untuk air, stim, gas dan media homogen lain. Penderia sedemikian dipasang secara berpasangan dalam saluran paip dengan bukaan nominal berpuluh hingga ratusan milimeter di belakang badan aliran dan dengan itu mendaftarkan vorteks yang frekuensi dan bilangannya berkadar dengan kadar aliran isipadu dan kadar aliran.

Pertimbangkan penderia tekanan piezo-resonans selanjutnya... Dalam penderia tekanan piezoelektrik, kesan piezoelektrik terbalik berfungsi, di mana piezoelektrik berubah bentuk di bawah tindakan voltan yang digunakan, dan semakin tinggi voltan, semakin kuat ubah bentuk. Sensor adalah berdasarkan resonator dalam bentuk plat piezoelektrik, di kedua-dua belah elektrod yang dipasang.

Apabila voltan berselang-seli digunakan pada elektrod, bahan plat bergetar, membongkok dalam satu arah atau yang lain, dan kekerapan getaran adalah sama dengan kekerapan voltan yang digunakan. Walau bagaimanapun, jika plat itu kini berubah bentuk dengan mengenakan daya luaran padanya, contohnya melalui membran sensitif tekanan, maka kekerapan ayunan bebas resonator akan berubah.

Jadi, frekuensi semula jadi resonator akan mencerminkan jumlah tekanan pada membran yang menekan pada resonator, mengakibatkan perubahan frekuensi. Sebagai contoh, pertimbangkan penderia tekanan mutlak berdasarkan resonans piezo.

Tekanan yang diukur dihantar ke ruang 1 melalui sambungan 12. Ruang 1 dipisahkan oleh membran daripada bahagian pengukur sensitif peranti. Badan 2, tapak 6 dan membran 10 dimeterai bersama untuk membentuk ruang tertutup kedua. Dalam ruang tertutup kedua tapak 6, pemegang 9 dan 4 dipasang, yang kedua dipasang pada tapak 6 melalui jambatan 3. Pemegang 4 berfungsi untuk menetapkan resonator sensitif 5. Resonator sokongan 8 ialah ditetapkan oleh pemegang 9.

Di bawah tindakan tekanan yang diukur, membran 10 menekan melalui lengan 13 pada bola 14, yang juga dipasang pada pemegang 4.Bola 14 pula, menekan resonator sensitif 5. Wayar 7, dipasang di tapak 6, sambungkan resonator 8 dan 5 kepada penjana 16 dan 17, masing-masing. Untuk menghasilkan isyarat yang berkadar dengan magnitud tekanan mutlak, litar 15 digunakan, yang menghasilkan isyarat keluaran daripada perbezaan frekuensi resonator. Sensor itu sendiri diletakkan dalam termostat aktif 18, yang mengekalkan suhu malar 40 ° C.

Antara yang paling mudah ialah penderia tekanan kapasitif... Kedua-dua elektrod rata dan jurang di antaranya membentuk kapasitor. Salah satu elektrod ialah membran di mana tekanan yang diukur bertindak, yang membawa kepada perubahan dalam ketebalan jurang antara plat kapasitor sebenarnya. Adalah diketahui umum bahawa kapasitansi kapasitor rata berubah dengan perubahan dalam saiz jurang untuk kawasan malar plat, oleh itu, untuk mengesan perubahan tekanan yang sangat kecil, sensor kapasitif sangat, sangat berkesan.

Penderia tekanan kapasitif dengan dimensi kecil membolehkan pengukuran tekanan berlebihan dalam cecair, gas, wap. Penderia tekanan kapasitif berguna dalam pelbagai proses perindustrian menggunakan sistem hidraulik dan pneumatik, dalam pemampat, dalam pam, pada peralatan mesin. Reka bentuk penderia tahan terhadap keterlaluan suhu dan getaran, kebal terhadap gangguan elektromagnet dan keadaan persekitaran yang agresif.

Satu lagi jenis penderia tekanan elektrik, jauh serupa dengan kapasitif - induktif atau penderia magnet... Membran konduktif sensitif tekanan terletak agak jauh dari litar magnet berbentuk W nipis, pada teras tengah yang gegelungnya dililit.Jurang udara tertentu ditetapkan antara membran dan litar magnetik.

Apabila voltan dikenakan pada gegelung, arus di dalamnya mencipta fluks magnet yang melalui kedua-dua litar magnet itu sendiri dan melalui celah udara dan melalui membran, menutup. Oleh kerana kebolehtelapan magnet dalam jurang adalah kira-kira 1000 kali lebih kecil daripada dalam litar magnet dan dalam membran, walaupun perubahan kecil dalam ketebalan jurang membawa kepada perubahan yang ketara dalam kearuhan litar.

Di bawah pengaruh tekanan yang diukur, diafragma sensor membengkok dan rintangan kompleks gegelung berubah. Transduser menukarkan perubahan ini kepada isyarat elektrik. Bahagian pengukur penukar dibuat mengikut litar jambatan, di mana gegelung sensor dimasukkan ke dalam salah satu lengan. Menggunakan ADC, isyarat daripada bahagian pengukur ditukar kepada isyarat elektrik yang berkadar dengan tekanan yang diukur.

Jenis penderia tekanan terakhir yang akan kita lihat ialah penderia optoelektronik... Ia agak mudah untuk mengesan tekanan, mempunyai resolusi tinggi, mempunyai kepekaan tinggi dan stabil dari segi haba. Beroperasi berdasarkan gangguan cahaya, menggunakan interferometer Fabry-Perot untuk mengukur anjakan kecil, penderia ini amat menjanjikan. Kristal penukar optik dengan apertur, LED dan pengesan yang terdiri daripada tiga fotodiod adalah bahagian utama penderia tersebut.

Penapis optik Fabi-Perot dengan perbezaan ketebalan yang kecil dipasang pada dua fotodiod. Penapis ini adalah cermin silikon reflektif dari permukaan hadapan yang ditutup dengan lapisan silikon oksida, di atas permukaannya lapisan nipis aluminium dimendapkan.

Transduser optik adalah serupa dengan sensor tekanan kapasitif, diafragma yang dibentuk oleh etsa dalam substrat silikon monohabluran ditutup dengan lapisan nipis logam. Bahagian bawah plat kaca juga mempunyai salutan logam. Terdapat jurang lebar w antara plat kaca dan substrat silikon, diperoleh menggunakan dua spacer.

Dua lapisan logam membentuk interferometer Fabia-Perot dengan jurang udara berubah-ubah w, yang merangkumi: cermin alih yang terletak pada membran, yang mengubah kedudukannya apabila tekanan berubah, dan cermin lut sinar pegun selari dengannya pada plat kaca.

Atas dasar ini, FISO Technologies menghasilkan transduser tekanan sensitif mikroskopik dengan diameter hanya 0.55 mm yang mudah melalui mata jarum. Dengan bantuan kateter, sensor mini dimasukkan ke dalam jumlah yang dikaji, di dalamnya tekanan diukur.

Gentian optik disambungkan kepada sensor pintar, di mana, di bawah kawalan mikropemproses, sumber cahaya monokromatik yang dimasukkan ke dalam gentian dihidupkan, keamatan fluks cahaya pantulan belakang diukur, tekanan luaran pada sensor dikira daripada data penentukuran dan dipaparkan pada paparan. Dalam bidang perubatan, sebagai contoh, sensor sedemikian digunakan untuk memantau tekanan intrakranial, untuk mengukur tekanan darah dalam arteri pulmonari, yang tidak dapat dicapai dengan cara lain.