Danas se u industriji ne koriste barometri sa živom, već sasvim moderni i pouzdani senzori. Njihov princip rada razlikuje se ovisno o značajkama dizajna. Svi imaju i prednosti i određene nedostatke. Zahvaljujući razvoju elektronike moguće je realizirati senzore za mjerenje tlaka na poluvodičkim elementima.
Što su elektronički senzori?
Elektronski senzori tlaka za vodu ili bilo koju drugu tekućinu su uređaji koji vam omogućuju mjerenje parametara i njihovu obradu s posebnim upravljačkim i prikaznim jedinicama. Senzor tlaka je uređaj čiji izlazni parametri izravno ovise o tlaku na mjerenom mjestu (spremnik, cijevi itd.). Štoviše, mogu se koristiti za mjerenje bilo koje tvari u različitim agregatnim stanjima - tekućina, para, plinovita.
Potreba za takvimuređaja uzrokovana je činjenicom da je gotovo cijela industrija izgrađena na automatskim upravljačkim sustavima. Osoba obavlja samo konfiguraciju, kalibraciju, održavanje i pokretanje (zaustavljanje). Svaki sustav radi automatski. Ali takvi se uređaji također često koriste u medicini.
Značajke dizajna elemenata
Bilo koji senzor se sastoji od osjetljivog elementa - uz njegovu pomoć se prenosi učinak na pretvarač. Također u dizajnu postoji sklop za obradu signala i kućište. Mogu se razlikovati sljedeće vrste senzora tlaka:
- Piezoelektrični.
- otporni.
- Kapacitivni.
- Piezo rezonantan.
- Magnetski (induktivni).
- Optoelektronički.
A sada pogledajmo svaku vrstu uređaja detaljnije.
otporni elementi
To su uređaji kod kojih senzorski element mijenja svoj otpor pod utjecajem opterećenja. Na osjetljivu membranu ugrađen je mjerač naprezanja. Membrana se savija pod pritiskom, mjerači naprezanja također se počinju pomicati. Istodobno se mijenja njihov otpor. Kao rezultat toga, dolazi do promjene jačine struje u krugu pretvarača.
Pri rastezanju elemenata mjerača naprezanja povećava se duljina, a smanjuje površina poprečnog presjeka. Rezultat je povećanje otpora. Obrnuti proces se opaža kada su elementi komprimirani. Naravno, otpor se mijenja za tisućinke oma, pa vam je potrebno da biste to uhvatilistaviti posebna pojačala na poluvodiče.
Piezoelektrični senzori
Pijezoelektrični element temelj je dizajna uređaja. Kada dođe do deformacije, piezo element počinje generirati određeni signal. Element se ugrađuje u medij čiji se tlak mjeri. Tijekom rada, struja u krugu bit će izravno proporcionalna promjeni tlaka.
Takvi uređaji imaju jednu značajku - ne dopuštaju vam praćenje tlaka ako je konstantan. Stoga se koristi isključivo u slučaju kada se tlak stalno mijenja. Pri konstantnoj vrijednosti izmjerene vrijednosti, generiranje električnog impulsa neće se izvršiti.
Piezo rezonantni elementi
Ovi elementi rade malo drugačije. Kada se primijeni napon, piezoelektrični element se deformira. Što je veći napon, veća je deformacija. Osnova uređaja je rezonatorska ploča od piezoelektričnog materijala. Ima elektrode s obje strane. Čim se na njih dovede napon, materijal počinje vibrirati. U ovom slučaju, ploča je savijena u jednom ili drugom smjeru. Brzina vibracije ovisi o frekvenciji struje koja se primjenjuje na elektrode.
Ali ako sila izvana djeluje na ploču, tada će doći do promjene frekvencije titranja ploče. Elektronički senzor tlaka zraka koji se koristi u automobilima radi na ovom principu. Omogućuje vam procjenu apsolutnog tlaka zraka koji se dovodi u sustav goriva vozila.
Kapacitivni uređaji
Ovi uređaji su najpopularniji,kako su jednostavnog dizajna, rade stabilno i nepretenciozni su u održavanju. Dizajn se sastoji od dvije elektrode koje se nalaze na određenoj udaljenosti jedna od druge. Ispada neka vrsta kondenzatora. Jedna od njegovih ploča je membrana, tlak (mjereni) djeluje na nju. Kao rezultat toga, jaz između ploča se mijenja (proporcionalno pritisku). Iz vašeg školskog tečaja fizike znate da kapacitet kondenzatora ovisi o površini ploča i udaljenosti između njih.
Prilikom rada u senzoru tlaka mijenja se samo razmak između ploča - to je sasvim dovoljno za mjerenje parametara. Elektronički senzori tlaka ulja izrađeni su točno prema ovoj shemi. Prednosti ove vrste struktura su očite - mogu raditi u bilo kojem okruženju, čak i agresivnom. Na njih ne utječu velike temperaturne razlike, elektromagnetski valovi.
Induktivni senzori
Princip rada je daleko sličan kapacitivnim onim o kojima smo gore govorili. Vodljiva membrana osjetljiva na pritisak postavljena je na određenoj udaljenosti od magnetskog kruga u obliku slova Š (oko nje je namotana induktorica).
Kada se napon dovede na zavojnicu, stvara se magnetski tok. Prolazi i duž jezgre i kroz prazninu, vodljivu membranu. Protok se zatvara, a budući da jaz ima propusnost oko 1000 puta manju od propusnosti jezgre, čak i mala promjena u njemu dovodi do proporcionalnih fluktuacija u vrijednostima induktivnosti.
Optoelektroničkisenzori
Jednostavno detektiraju pritisak, imaju visoku rezoluciju. Imaju visoku osjetljivost i toplinsku stabilnost. Oni rade na temelju svjetlosne interferencije, koristeći Fabry-Perot interferometar za mjerenje malih pomaka. Takvi elektronički senzori tlaka iznimno su rijetki, ali su prilično obećavajući.
Glavne komponente uređaja:
- Kristal optičke sonde.
- Otvor blende.
- LED.
- Detektor (sastoji se od tri fotodiode).
Faby-Perot optički filtri, koji imaju malu razliku u debljini, pričvršćeni su na dvije fotodiode. Filtri su silikonska zrcala s reflektirajućom prednjom površinom. Prekriveni su slojem silicijevog oksida, na površinu se nanosi tanak sloj aluminija. Optički pretvarač je vrlo sličan kapacitivnom senzoru tlaka.
