امروزه در صنعت از فشارسنج های جیوه استفاده نمی شود، بلکه از حسگرهای کاملا مدرن و قابل اعتماد استفاده می شود. اصل عملکرد آنها بسته به ویژگی های طراحی متفاوت است. همه هم مزایا و هم معایب خاصی دارند. به لطف توسعه الکترونیک، می توان حسگرهایی را برای اندازه گیری فشار روی عناصر نیمه هادی ایجاد کرد.
سنسورهای الکترونیکی چیست؟
سنسورهای فشار الکترونیکی برای آب یا هر مایع دیگری دستگاه‌هایی هستند که به شما امکان اندازه‌گیری پارامترها و پردازش آنها را با واحدهای کنترل و نمایش ویژه می‌دهند. سنسور فشار دستگاهی است که پارامترهای خروجی آن به طور مستقیم به فشار در محل اندازه گیری شده (مخزن، لوله ها و غیره) بستگی دارد. علاوه بر این، آنها را می توان برای اندازه گیری هر ماده در حالت های مختلف - مایع، بخار، گاز استفاده کرد.
نیاز به چنیندستگاه ها به دلیل این واقعیت است که تقریباً کل صنعت بر روی سیستم های کنترل خودکار ساخته شده است. یک شخص فقط پیکربندی، کالیبراسیون، تعمیر و نگهداری و راه اندازی (توقف) را انجام می دهد. هر سیستمی به طور خودکار کار می کند. اما چنین وسایلی اغلب در پزشکی نیز استفاده می شوند.
ویژگی های طراحی عنصر
هر حسگر از یک عنصر حساس تشکیل شده است - با کمک آن است که تأثیر روی مبدل منتقل می شود. همچنین در طراحی یک مدار برای پردازش سیگنال و یک محفظه وجود دارد. انواع زیر از سنسورهای فشار قابل تشخیص است:
- پیزوالکتریک.
- مقاومت.
- خازنی.
- Piezo resonant.
- مغناطیسی (القایی).
- اپتوالکترونیک.
و اکنون اجازه دهید هر نوع دستگاه را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم.
عناصر مقاومتی
اینها وسایلی هستند که در آنها عنصر حسگر تحت تأثیر بار، مقاومت خود را تغییر می دهد. یک فشار سنج بر روی غشای حساس نصب شده است. غشاء تحت فشار خم می شود، کرنش سنج ها نیز شروع به حرکت می کنند. در همان زمان مقاومت آنها تغییر می کند. در نتیجه، قدرت جریان در مدار مبدل تغییر می کند.
هنگام کشش عناصر کرنش سنج، طول افزایش و سطح مقطع کاهش می یابد. نتیجه افزایش مقاومت است. فرآیند معکوس زمانی مشاهده می شود که عناصر فشرده شوند. البته، مقاومت هزارم اهم تغییر می کند، بنابراین برای گرفتن این، شما نیاز داریدتقویت کننده های ویژه را روی نیمه هادی ها قرار دهید.
سنسورهای پیزوالکتریک
عنصر پیزوالکتریک اساس طراحی دستگاه است. هنگامی که تغییر شکل رخ می دهد، عنصر پیزو شروع به تولید یک سیگنال خاص می کند. المنت در محیطی که فشار آن باید اندازه گیری شود نصب می شود. در طول کار، جریان در مدار مستقیماً با تغییر فشار متناسب خواهد بود.
چنین دستگاه هایی یک ویژگی دارند - آنها به شما اجازه نمی دهند فشار را در صورت ثابت بودن ردیابی کنید. بنابراین، منحصراً در مواردی که فشار دائماً در حال تغییر است استفاده می شود. در یک مقدار ثابت مقدار اندازه گیری شده، تولید یک تکانه الکتریکی انجام نخواهد شد.
عناصر رزونانس پیزو
این عناصر کمی متفاوت عمل می کنند. هنگامی که ولتاژ اعمال می شود، عنصر پیزوالکتریک تغییر شکل می دهد. هر چه تنش بیشتر باشد، تغییر شکل بیشتر است. اساس دستگاه یک صفحه تشدید کننده ساخته شده از مواد پیزوالکتریک است. دارای الکترود در دو طرف است. به محض اعمال ولتاژ به آنها، مواد شروع به ارتعاش می کنند. در این مورد، صفحه در یک جهت یا جهت دیگر خم می شود. سرعت ارتعاش به فرکانس جریان اعمال شده به الکترودها بستگی دارد.
اما اگر نیرویی از بیرون بر روی صفحه وارد شود، در این صورت فرکانس نوسان صفحه تغییر خواهد کرد. سنسور الکترونیکی فشار هوای مورد استفاده در خودروها بر اساس این اصل کار می کند. این به شما امکان می دهد فشار مطلق هوای وارد شده به سیستم سوخت خودرو را ارزیابی کنید.
دستگاه های خازنی
این دستگاه ها محبوب ترین هستند،از آنجایی که طراحی ساده ای دارند، پایدار کار می کنند و در نگهداری بی تکلف هستند. این طرح شامل دو الکترود است که در فاصله معینی از یکدیگر قرار دارند. به نظر می رسد یک نوع خازن. یکی از صفحات آن غشایی است که فشار (اندازه گیری شده) روی آن اعمال می شود. در نتیجه شکاف بین صفحات تغییر می کند (به تناسب فشار). از درس فیزیک مدرسه خود، می دانید که ظرفیت خازن به مساحت سطح صفحات و فاصله بین آنها بستگی دارد.
هنگام کار در سنسور فشار، فقط فاصله بین صفحات تغییر می کند - این برای اندازه گیری پارامترها کاملاً کافی است. سنسورهای الکترونیکی فشار روغن دقیقاً بر اساس این طرح ساخته می شوند. مزایای این نوع سازه ها آشکار است - آنها می توانند در هر محیطی، حتی تهاجمی، کار کنند. آنها تحت تأثیر اختلاف دمای زیاد، امواج الکترومغناطیسی نیستند.
سنسورهای القایی
اصل عملکرد از راه دور شبیه موارد خازنی است که در بالا مورد بحث قرار گرفت. یک غشای رسانا حساس به فشار در فاصله معینی از مدار مغناطیسی به شکل حرف Ш (یک سلف به دور آن پیچیده شده است) نصب شده است.
وقتی ولتاژ به سیم پیچ اعمال می شود، شار مغناطیسی ایجاد می شود. هم در امتداد هسته و هم از شکاف، غشای رسانا عبور می کند. جریان بسته می شود و از آنجایی که شکاف نفوذپذیری حدود 1000 برابر کمتر از هسته دارد، حتی یک تغییر کوچک در آن منجر به نوسانات متناسب در مقادیر اندوکتانس می شود.
اپتوالکترونیکحسگر
آنها به سادگی فشار را تشخیص می دهند، وضوح بالایی دارند. حساسیت و پایداری حرارتی بالایی دارند. آنها بر اساس تداخل نور کار می کنند و از تداخل سنج Fabry-Pero برای اندازه گیری جابجایی های کوچک استفاده می کنند. چنین حسگرهای فشار الکترونیکی بسیار نادر هستند، اما کاملا امیدوارکننده هستند.
اجزای اصلی دستگاه:
- کریستال مبدل نوری.
- دیافراگم.
- LED.
- آشکارساز (شامل سه فتودیود).
فیلترهای نوری Faby-Pero که ضخامت کمی دارند به دو فتودیود متصل می شوند. فیلترها آینه های سیلیکونی با سطح جلویی بازتابنده هستند. آنها با یک لایه اکسید سیلیکون پوشانده شده اند، یک لایه نازک از آلومینیوم روی سطح اعمال می شود. مبدل نوری بسیار شبیه سنسور فشار خازنی است.
