Днес в индустрията се използват не барометри с живак, а доста модерни и надеждни сензори. Техният принцип на работа се различава в зависимост от конструктивните характеристики. Всички имат както предимства, така и определени недостатъци. Благодарение на развитието на електрониката е възможно да се реализират сензори за измерване на налягането върху полупроводникови елементи.
Какво представляват електронните сензори?
Електронните сензори за налягане за вода или друга течност са устройства, които ви позволяват да измервате параметри и да ги обработвате със специални блокове за управление и дисплей. Сензорът за налягане е устройство, чиито изходни параметри директно зависят от налягането в измерваното място (резервоар, тръби и др.). Освен това те могат да се използват за измерване на всяко вещество в различни агрегатни състояния - течно, пара, газообразно.
Нуждата от такиваустройства се причинява от факта, че почти цялата индустрия е изградена върху системи за автоматично управление. Човек извършва само конфигуриране, калибриране, поддръжка и стартиране (стоп). Всяка система работи автоматично. Но такива устройства често се използват и в медицината.
Елементен дизайн
Всички сензори се състоят от чувствителен елемент - именно с негова помощ се предава ефектът върху преобразувателя. Също така в дизайна има схема за обработка на сигнали и корпус. Могат да се разграничат следните типове сензори за налягане:
- Пиезоелектричен.
- Резистивен.
- Капацитивен.
- Пиезо резонанс.
- Магнитни (индуктивни).
- Оптоелектроника.
А сега нека разгледаме всеки тип устройство по-подробно.
Резистивни елементи
Това са устройства, при които чувствителният елемент променя съпротивлението си под въздействието на натоварване. На чувствителната мембрана е инсталиран тензометър. Мембраната се огъва под налягане, тензомерите също започват да се движат. В същото време тяхната устойчивост се променя. В резултат на това има промяна в силата на тока във веригата на преобразувателя.
При разтягане на елементите на тензометъра дължината се увеличава и площта на напречното сечение намалява. Резултатът е повишаване на съпротивлението. Обратният процес се наблюдава при компресиране на елементите. Разбира се, съпротивлението се променя с хилядни от ома, така че, за да хванете това, имате нуждапоставете специални усилватели на полупроводници.
Пиезоелектрични сензори
Пиезоелектричният елемент е в основата на дизайна на устройството. Когато се появи деформация, пиезоелементът започва да генерира определен сигнал. Елементът е монтиран в средата, чието налягане трябва да се измерва. По време на работа токът във веригата ще бъде право пропорционален на промяната в налягането.
Такива устройства имат една особеност - те не ви позволяват да следите налягането, ако е постоянно. Следователно, той се използва изключително в случай, когато налягането постоянно се променя. При постоянна стойност на измерената стойност, генерирането на електрически импулс няма да се извърши.
Пиезо резонансни елементи
Тези елементи работят малко по-различно. Когато се приложи напрежение, пиезоелектричният елемент се деформира. Колкото по-голямо е напрежението, толкова по-голяма е деформацията. Основата на устройството е резонаторна плоча, изработена от пиезоелектричен материал. Има електроди от двете страни. Веднага след като към тях се приложи напрежение, материалът започва да вибрира. В този случай плочата е огъната в една или друга посока. Скоростта на вибрациите зависи от честотата на тока, който се прилага към електродите.
Но ако сила отвън действа върху плочата, тогава ще има промяна в честотата на трептене на плочата. Електронният сензор за въздушно налягане, използван в автомобилите, работи на този принцип. Позволява ви да оцените абсолютното налягане на въздуха, подаван към горивната система на автомобила.
Капацитивни устройства
Тези устройства са най-популярните,тъй като имат опростен дизайн, работят стабилно и са непретенциозни при поддръжка. Конструкцията се състои от два електрода, разположени на определено разстояние един от друг. Оказва се един вид кондензатор. Една от пластините му е мембрана, върху нея действа налягане (измерено). В резултат на това разликата между плочите се променя (пропорционално на налягането). От училищния курс по физика знаете, че капацитетът на кондензатора зависи от повърхността на плочите и разстоянието между тях.
При работа в сензор за налягане се променя само разстоянието между плочите - това е напълно достатъчно за измерване на параметрите. Електронните сензори за налягане на маслото са изградени точно по тази схема. Предимствата на този тип конструкции са очевидни - те могат да работят във всяка среда, дори и агресивна. Не се влияят от големи температурни разлики, електромагнитни вълни.
Индуктивни сензори
Принципът на действие е отдалечено подобен на капацитивните, обсъдени по-горе. На определено разстояние от магнитната верига е инсталирана чувствителна на натиск проводяща мембрана под формата на буквата Ш (около нея е навита индуктор).
Когато напрежението е приложено към бобината, се създава магнитен поток. Той преминава както покрай сърцевината, така и през пролуката, проводящата мембрана. Потокът се затваря и тъй като пролуката има пропускливост около 1000 пъти по-малка от тази на сърцевината, дори малка промяна в нея води до пропорционални флуктуации в стойностите на индуктивността.
Оптоелектроннасензори
Те просто откриват налягане, имат висока разделителна способност. Те имат висока чувствителност и термична стабилност. Те работят на базата на светлинни смущения, като използват интерферометър на Фабри-Перо за измерване на малки премествания. Такива електронни сензори за налягане са изключително редки, но са доста обещаващи.
Основните компоненти на устройството:
- Кристал за оптичен трансдюсер.
- Апертура.
- LED.
- Детектор (състои се от три фотодиода).
Оптичните филтри на Faby-Perot, които имат лека разлика в дебелината, са прикрепени към два фотодиода. Филтрите са силициеви огледала с отразяваща предна повърхност. Те са покрити със слой от силициев оксид, върху повърхността се нанася тънък слой алуминий. Оптичният преобразувател е много подобен на капацитивен сензор за налягане.
