Idag används inte barometrar med kvicksilver i industrin, utan ganska moderna och pålitliga sensorer. Deras funktionsprincip skiljer sig beroende på designfunktionerna. Alla har både fördelar och vissa nackdelar. Tack vare utvecklingen av elektronik är det möjligt att realisera sensorer för att mäta tryck på halvledarelement.
Vad är elektroniska sensorer?
Elektroniska trycksensorer för vatten eller någon annan vätska är enheter som låter dig mäta parametrar och bearbeta dem med speciella kontroll- och displayenheter. En trycksensor är en enhet vars utgångsparametrar direkt beror på trycket på den uppmätta platsen (tank, rör, etc.). Dessutom kan de användas för att mäta vilket ämne som helst i olika aggregattillstånd - flytande, ånga, gasformigt.
Behovet av sådanaenheter orsakas av att nästan hela branschen bygger på automatiska styrsystem. En person utför endast konfiguration, kalibrering, underhåll och uppstart (stopp). Alla system fungerar automatiskt. Men sådana apparater används också ofta inom medicin.
Elementdesignfunktioner
Eventuella sensorer består av ett känsligt element - det är med dess hjälp som effekten på omvandlaren överförs. Även i designen finns en krets för signalbehandling och ett hus. Följande typer av trycksensorer kan särskiljas:
- Piezoelektrisk.
- Resistiv.
- Capacitive.
- Piezo resonant.
- Magnetisk (induktiv).
- Optoelektronisk.
Och nu ska vi titta på varje typ av enhet mer i detalj.
Resistiva element
Det här är enheter där avkänningselementet ändrar sitt motstånd under påverkan av en belastning. En töjningsmätare är installerad på det känsliga membranet. Membranet böjs under tryck, töjningsmätarna börjar också röra sig. Samtidigt förändras deras motstånd. Som ett resultat blir det en förändring i strömstyrkan i omvandlarkretsen.
När elementen i töjningsgivare sträcks, ökar längden och tvärsnittsarean minskar. Resultatet är ett ökat motstånd. Den omvända processen observeras när elementen komprimeras. Naturligtvis ändras motståndet med tusendels ohm, så för att fånga detta behöver dusätt speciella förstärkare på halvledare.
Piezoelektriska sensorer
Det piezoelektriska elementet är grunden för enhetens design. När deformation inträffar börjar piezoelementet generera en viss signal. Elementet installeras i mediet vars tryck ska mätas. Under drift kommer strömmen i kretsen att vara direkt proportionell mot tryckändringen.
Sådana enheter har en funktion – de låter dig inte spåra trycket om det är konstant. Därför används den uteslutande i fallet när trycket ständigt förändras. Vid ett konstant värde på det uppmätta värdet kommer genereringen av en elektrisk impuls inte att utföras.
Piezo-resonanselement
De här elementen fungerar lite annorlunda. När spänning appliceras deformeras det piezoelektriska elementet. Ju högre påkänning, desto större deformation. Grunden för enheten är en resonatorplatta gjord av piezoelektriskt material. Den har elektroder på båda sidor. Så snart som spänning appliceras på dem börjar materialet vibrera. I det här fallet är plattan böjd i den ena eller andra riktningen. Vibrationshastigheten beror på frekvensen av strömmen som appliceras på elektroderna.
Men om en kraft utifrån verkar på plattan, kommer det att ske en förändring i plattans svängningsfrekvens. Den elektroniska lufttryckssensorn som används i bilar fungerar enligt denna princip. Den låter dig utvärdera det absoluta trycket för luften som tillförs fordonets bränslesystem.
Kapacitiva enheter
Dessa enheter är de mest populära,eftersom de har en enkel design fungerar de stabilt och är opretentiösa i underhållet. Designen består av två elektroder placerade på ett visst avstånd från varandra. Det visar sig en sorts kondensator. En av dess plattor är ett membran, tryck (uppmätt) verkar på det. Som ett resultat ändras gapet mellan plattorna (i proportion till trycket). Från din skolfysikkurs vet du att en kondensators kapacitans beror på plattornas yta och avståndet mellan dem.
När man arbetar i en trycksensor ändras bara avståndet mellan plattorna - detta är tillräckligt för att mäta parametrarna. Elektroniska oljetryckssensorer är byggda exakt enligt detta schema. Fördelarna med denna typ av strukturer är uppenbara - de kan fungera i alla miljöer, även aggressiva. De påverkas inte av stora temperaturskillnader, elektromagnetiska vågor.
Induktiva sensorer
Funktionsprincipen liknar till stor del de kapacitiva som diskuterats ovan. Ett tryckkänsligt ledande membran installeras på ett visst avstånd från magnetkretsen i form av bokstaven Ш (en induktor är lindad runt den).
När spänning läggs på spolen skapas ett magnetiskt flöde. Den passerar både längs kärnan och genom gapet, det ledande membranet. Flödet sluter, och eftersom gapet har en permeabilitet på cirka 1000 gånger mindre än kärnans, leder även en liten förändring i det till proportionella fluktuationer i induktansvärdena.
Optoelektronisksensorer
De känner helt enkelt av tryck, har hög upplösning. De har hög känslighet och termisk stabilitet. De arbetar på basis av ljusinterferens och använder en Fabry-Perot-interferometer för att mäta små förskjutningar. Sådana elektroniska trycksensorer är extremt sällsynta, men de är ganska lovande.
Enhetens huvudkomponenter:
- Optisk transduktorkristall.
- Aperture.
- LED.
- Detektor (består av tre fotodioder).
Faby-Perot optiska filter, som har en liten skillnad i tjocklek, är fästa på två fotodioder. Filter är silikonspeglar med en reflekterande frontyta. De är täckta med ett lager av kiseloxid, ett tunt lager av aluminium appliceras på ytan. En optisk givare är mycket lik en kapacitiv trycksensor.
