I dag bruges der ikke barometre med kviksølv i industrien, men ganske moderne og pålidelige sensorer. Deres funktionsprincip varierer afhængigt af designfunktionerne. Alle har både fordele og visse ulemper. Takket være udviklingen af elektronik er det muligt at realisere sensorer til måling af tryk på halvlederelementer.
Hvad er elektroniske sensorer?
Elektroniske tryksensorer til vand eller enhver anden væske er enheder, der giver dig mulighed for at måle parametre og behandle dem med specielle kontrol- og displayenheder. En tryksensor er en enhed, hvis outputparametre direkte afhænger af trykket på det målte sted (tank, rør osv.). Desuden kan de bruges til at måle ethvert stof i forskellige aggregerede tilstande - flydende, damp, gasformig.
Behovet for sådanneenheder er forårsaget af, at næsten hele industrien er bygget på automatiske styresystemer. En person udfører kun konfiguration, kalibrering, vedligeholdelse og opstart (stop). Ethvert system fungerer automatisk. Men sådanne apparater bruges også ofte i medicin.
Elementdesignfunktioner
Eventuelle sensorer består af et følsomt element - det er med dets hjælp, at effekten på konverteren transmitteres. Også i designet er der et kredsløb til signalbehandling og et hus. Der kan skelnes mellem følgende typer tryksensorer:
- Piezoelektrisk.
- Resistiv.
- Kapacitiv.
- Piezo-resonans.
- Magnetisk (induktiv).
- Optoelektronisk.
Og lad os nu se på hver type enhed mere detaljeret.
Resistive elementer
Dette er enheder, hvor følerelementet ændrer sin modstand under påvirkning af en belastning. En strain gauge er installeret på den følsomme membran. Membranen bøjer under tryk, strain gauges begynder også at bevæge sig. Samtidig ændres deres modstand. Som et resultat er der en ændring i strømstyrken i konverterkredsløbet.
Når elementerne i strain gauges strækkes, øges længden, og tværsnitsarealet mindskes. Resultatet er en stigning i modstanden. Den omvendte proces observeres, når elementerne er komprimeret. Selvfølgelig ændres modstanden med tusindedele af en ohm, så for at fange dette, har du brug for detsæt specielle forstærkere på halvledere.
Piezoelektriske sensorer
Det piezoelektriske element er grundlaget for enhedens design. Når der opstår deformation, begynder piezoelementet at generere et bestemt signal. Elementet monteres i mediet, hvis tryk skal måles. Under drift vil strømmen i kredsløbet være direkte proportional med ændringen i tryk.
Sådanne enheder har én funktion - de tillader dig ikke at spore trykket, hvis det er konstant. Derfor bruges det udelukkende i tilfælde, hvor trykket konstant ændrer sig. Ved en konstant værdi af den målte værdi vil genereringen af en elektrisk impuls ikke blive udført.
Piezo-resonanselementer
Disse elementer fungerer lidt anderledes. Når spænding påføres, deformeres det piezoelektriske element. Jo højere spænding, jo større deformation. Grundlaget for enheden er en resonatorplade lavet af piezoelektrisk materiale. Den har elektroder på begge sider. Så snart der påføres spænding på dem, begynder materialet at vibrere. I dette tilfælde er pladen bøjet i den ene eller den anden retning. Vibrationshastigheden afhænger af frekvensen af den strøm, der påføres elektroderne.
Men hvis en kraft udefra virker på pladen, så vil der være en ændring i pladens oscillationsfrekvens. Den elektroniske lufttrykssensor, der bruges i biler, fungerer efter dette princip. Det giver dig mulighed for at evaluere det absolutte tryk af luften, der leveres til køretøjets brændstofsystem.
Kapacitive enheder
Disse enheder er de mest populære,da de har et enkelt design, fungerer de stabilt og er uhøjtidelige i vedligeholdelsen. Designet består af to elektroder placeret i en vis afstand fra hinanden. Det viser sig en slags kondensator. En af dens plader er en membran, tryk (målt) virker på den. Som et resultat ændres mellemrummet mellem pladerne (i forhold til trykket). Fra dit skolefysikkursus ved du, at en kondensators kapacitans afhænger af pladernes overfladeareal og afstanden mellem dem.
Når der arbejdes i en tryksensor, er det kun afstanden mellem pladerne, der ændres - det er ganske nok til at måle parametrene. Elektroniske olietrykssensorer er bygget nøjagtigt efter denne ordning. Fordelene ved denne type strukturer er indlysende - de kan fungere i ethvert miljø, selv aggressive. De påvirkes ikke af store temperaturforskelle, elektromagnetiske bølger.
Induktive sensorer
Princippet for drift er fjernt lig de kapacitive, der er diskuteret ovenfor. En trykfølsom ledende membran er installeret i en vis afstand fra det magnetiske kredsløb i form af bogstavet Ш (en induktor er viklet omkring den).
Når der tilføres spænding til spolen, dannes en magnetisk flux. Det passerer både langs kernen og gennem mellemrummet, den ledende membran. Strømningen lukker, og da sp alten har en permeabilitet på omkring 1000 gange mindre end kernens, fører selv en lille ændring i den til proportionale udsving i induktansværdierne.
Optoelektronisksensorer
De registrerer simpelthen tryk, har høj opløsning. De har høj følsomhed og termisk stabilitet. De arbejder på basis af lysinterferens og bruger et Fabry-Perot interferometer til at måle små forskydninger. Sådanne elektroniske tryksensorer er ekstremt sjældne, men de er ret lovende.
Enhedens hovedkomponenter:
- Optisk transducerkrystal.
- Aperture.
- LED.
- Detektor (består af tre fotodioder).
Faby-Perot optiske filtre, som har en lille forskel i tykkelsen, er fastgjort til to fotodioder. Filtre er siliciumspejle med en reflekterende frontflade. De er dækket af et lag siliciumoxid, et tyndt lag aluminium påføres overfladen. En optisk transducer minder meget om en kapacitiv tryksensor.
