Šodien rūpniecībā izmanto nevis barometrus ar dzīvsudrabu, bet gan diezgan modernus un uzticamus sensorus. To darbības princips atšķiras atkarībā no konstrukcijas iezīmēm. Visiem ir gan priekšrocības, gan daži trūkumi. Pateicoties elektronikas attīstībai, ir iespējams realizēt sensorus spiediena mērīšanai uz pusvadītāju elementiem.
Kas ir elektroniskie sensori?
Elektroniskie spiediena sensori ūdenim vai jebkuram citam šķidrumam ir ierīces, kas ļauj izmērīt parametrus un apstrādāt tos ar speciāliem vadības un displeja blokiem. Spiediena sensors ir ierīce, kuras izejas parametri ir tieši atkarīgi no spiediena mērītajā vietā (tvertnē, caurulēs utt.). Turklāt tos var izmantot, lai izmērītu jebkuru vielu dažādos agregātu stāvokļos - šķidrā, tvaiku, gāzveida.
Nepieciešamība pēc tādaierīces izraisa fakts, ka gandrīz visa nozare ir balstīta uz automātiskajām vadības sistēmām. Persona veic tikai konfigurēšanu, kalibrēšanu, apkopi un palaišanu (stop). Jebkura sistēma darbojas automātiski. Taču šādas ierīces bieži izmanto arī medicīnā.
Elementa dizaina iezīmes
Jebkuri sensori sastāv no jutīga elementa - ar tā palīdzību tiek pārraidīts efekts uz pārveidotāju. Arī dizainā ir ķēde signālu apstrādei un korpuss. Var izšķirt šādus spiediena sensoru veidus:
- Pjezoelektrisks.
- Pretestības.
- Kapacitatīvs.
- Piezo rezonanses.
- Magnētisks (induktīvs).
- Optoelectronic.
Un tagad apskatīsim katru ierīces veidu sīkāk.
Pretestības elementi
Tās ir ierīces, kurās sensora elements slodzes ietekmē maina savu pretestību. Uz jutīgās membrānas ir uzstādīts deformācijas mērītājs. Membrāna zem spiediena izliecas, arī deformācijas mērītāji sāk kustēties. Tajā pašā laikā mainās viņu pretestība. Tā rezultātā pārveidotāja ķēdē notiek strāvas stipruma izmaiņas.
Izstiepjot deformācijas mērītāju elementus, garums palielinās un šķērsgriezuma laukums samazinās. Rezultāts ir pretestības palielināšanās. Apgrieztais process tiek novērots, kad elementi tiek saspiesti. Protams, pretestība mainās par omu tūkstošdaļām, tāpēc, lai to uztvertu, jums ir nepieciešamsuzlieciet īpašus pastiprinātājus uz pusvadītājiem.
Pjezoelektriskie sensori
Pjezoelektriskais elements ir ierīces dizaina pamatā. Kad notiek deformācija, pjezo elements sāk ģenerēt noteiktu signālu. Elements ir uzstādīts vidē, kuras spiediens jāmēra. Darbības laikā strāva ķēdē būs tieši proporcionāla spiediena izmaiņām.
Šādām ierīcēm ir viena funkcija – tās neļauj izsekot spiedienam, ja tas ir nemainīgs. Tāpēc to izmanto tikai tad, ja spiediens pastāvīgi mainās. Pie nemainīgas izmērītās vērtības elektriskā impulsa ģenerēšana netiks veikta.
Pjezo rezonējošie elementi
Šie elementi darbojas nedaudz savādāk. Pieliekot spriegumu, pjezoelektriskais elements deformējas. Jo lielāks spriegums, jo lielāka deformācija. Ierīces pamatā ir rezonatora plāksne, kas izgatavota no pjezoelektriska materiāla. Tam abās pusēs ir elektrodi. Tiklīdz tiem tiek pielikts spriegums, materiāls sāk vibrēt. Šajā gadījumā plāksne ir saliekta vienā vai otrā virzienā. Vibrācijas ātrums ir atkarīgs no strāvas frekvences, kas tiek pievadīta uz elektrodiem.
Bet, ja uz plāksni iedarbojas spēks no ārpuses, tad būs izmaiņas plāksnes svārstību frekvencē. Elektroniskais gaisa spiediena sensors, ko izmanto automašīnās, darbojas pēc šī principa. Tas ļauj novērtēt transportlīdzekļa degvielas sistēmai piegādātā gaisa absolūto spiedienu.
Kapacitatīvās ierīces
Šīs ierīces ir vispopulārākās,Tā kā tiem ir vienkāršs dizains, tie darbojas stabili un ir nepretenciozi apkopes laikā. Dizains sastāv no diviem elektrodiem, kas atrodas noteiktā attālumā viens no otra. Izrādās sava veida kondensators. Viena no tās plāksnēm ir membrāna, uz to iedarbojas spiediens (mērīts). Rezultātā plaisa starp plāksnēm mainās (proporcionāli spiedienam). No jūsu skolas fizikas kursa jūs zināt, ka kondensatora kapacitāte ir atkarīga no plākšņu virsmas laukuma un attāluma starp tām.
Strādājot spiediena sensorā, mainās tikai attālums starp plāksnēm - tas ir pilnīgi pietiekami, lai izmērītu parametrus. Elektroniskie eļļas spiediena sensori ir izgatavoti tieši saskaņā ar šo shēmu. Šāda veida konstrukciju priekšrocības ir acīmredzamas - tās var darboties jebkurā vidē, pat agresīvā. Tos neietekmē lielas temperatūras atšķirības, elektromagnētiskie viļņi.
Induktīvie sensori
Darbības princips ir attāli līdzīgs iepriekš apskatītajiem kapacitatīviem. Noteiktā attālumā no magnētiskās ķēdes burta Ш formā ir uzstādīta spiedienjutīga vadoša membrāna (ap to ir uztīts induktors).
Kad spolei tiek pievienots spriegums, tiek radīta magnētiskā plūsma. Tas iet gan gar serdi, gan caur spraugu, vadošo membrānu. Plūsma aizveras, un, tā kā spraugas caurlaidība ir aptuveni 1000 reižu mazāka nekā serdeņa caurlaidība, pat nelielas izmaiņas tajā izraisa proporcionālas induktivitātes vērtību svārstības.
Optoelektronikasensori
Tie vienkārši nosaka spiedienu, tiem ir augsta izšķirtspēja. Viņiem ir augsta jutība un termiskā stabilitāte. Tie darbojas, pamatojoties uz gaismas traucējumiem, izmantojot Fabry-Perot interferometru, lai izmērītu nelielus pārvietojumus. Šādi elektroniskie spiediena sensori ir ārkārtīgi reti, taču tie ir diezgan daudzsološi.
Ierīces galvenās sastāvdaļas:
- Optiskā devēja kristāls.
- Aperture.
- LED.
- Detektors (sastāv no trim fotodiodēm).
Faby-Perot optiskie filtri, kuriem ir neliela biezuma atšķirība, ir piestiprināti pie divām fotodiodēm. Filtri ir silīcija spoguļi ar atstarojošu priekšējo virsmu. Tie ir pārklāti ar silīcija oksīda slāni, uz virsmas tiek uzklāts plāns alumīnija slānis. Optiskais devējs ir ļoti līdzīgs kapacitatīvā spiediena sensoram.
