Σήμερα, στη βιομηχανία δεν χρησιμοποιούνται βαρόμετρα με υδράργυρο, αλλά αρκετά σύγχρονοι και αξιόπιστοι αισθητήρες. Η αρχή λειτουργίας τους διαφέρει ανάλογα με τα σχεδιαστικά χαρακτηριστικά. Όλα έχουν και πλεονεκτήματα και ορισμένα μειονεκτήματα. Χάρη στην ανάπτυξη των ηλεκτρονικών, είναι δυνατή η κατασκευή αισθητήρων για τη μέτρηση της πίεσης σε στοιχεία ημιαγωγών.
Τι είναι οι ηλεκτρονικοί αισθητήρες;
Οι ηλεκτρονικοί αισθητήρες πίεσης για νερό ή οποιοδήποτε άλλο υγρό είναι συσκευές που σας επιτρέπουν να μετράτε παραμέτρους και να τις επεξεργάζεστε με ειδικές μονάδες ελέγχου και οθόνης. Ο αισθητήρας πίεσης είναι μια συσκευή της οποίας οι παράμετροι εξόδου εξαρτώνται άμεσα από την πίεση στο σημείο μέτρησης (δεξαμενή, σωλήνες κ.λπ.). Επιπλέον, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση οποιασδήποτε ουσίας σε διάφορες αθροιστικές καταστάσεις - υγρό, ατμό, αέριο.
Η ανάγκη για τέτοιασυσκευές προκαλείται από το γεγονός ότι σχεδόν ολόκληρη η βιομηχανία βασίζεται σε συστήματα αυτόματου ελέγχου. Ένα άτομο εκτελεί μόνο διαμόρφωση, βαθμονόμηση, συντήρηση και εκκίνηση (διακοπή). Οποιοδήποτε σύστημα λειτουργεί αυτόματα. Αλλά τέτοιες συσκευές χρησιμοποιούνται συχνά και στην ιατρική.
Λειτουργίες σχεδίασης στοιχείων
Οποιοιδήποτε αισθητήρες αποτελούνται από ένα ευαίσθητο στοιχείο - με τη βοήθειά του μεταδίδεται η επίδραση στον μετατροπέα. Επίσης στο σχέδιο υπάρχει ένα κύκλωμα για την επεξεργασία σήματος και ένα περίβλημα. Μπορούν να διακριθούν οι ακόλουθοι τύποι αισθητήρων πίεσης:
- Piezoelectric.
- Resistive.
- Χωρητική.
- Piezo resonant.
- Μαγνητικό (επαγωγικό).
- Optoelectronic.
Και τώρα ας δούμε κάθε τύπο συσκευής με περισσότερες λεπτομέρειες.
Στοιχεία αντίστασης
Πρόκειται για συσκευές στις οποίες το αισθητήριο στοιχείο αλλάζει την αντίστασή του υπό την επίδραση φορτίου. Στην ευαίσθητη μεμβράνη τοποθετείται μετρητής τάσης. Η μεμβράνη κάμπτεται υπό πίεση, οι μετρητές καταπόνησης αρχίζουν επίσης να κινούνται. Ταυτόχρονα αλλάζει η αντίστασή τους. Ως αποτέλεσμα, υπάρχει μια αλλαγή στην ισχύ του ρεύματος στο κύκλωμα του μετατροπέα.
Κατά την τάνυση των στοιχείων των μετρητών καταπόνησης, το μήκος αυξάνεται και το εμβαδόν της διατομής μειώνεται. Το αποτέλεσμα είναι η αύξηση της αντίστασης. Η αντίστροφη διαδικασία παρατηρείται όταν τα στοιχεία συμπιέζονται. Φυσικά, η αντίσταση αλλάζει κατά χιλιοστά του ωμ, οπότε για να το πιάσετε, χρειάζεστετοποθετήστε ειδικούς ενισχυτές σε ημιαγωγούς.
Πιεζοηλεκτρικοί αισθητήρες
Το πιεζοηλεκτρικό στοιχείο είναι η βάση του σχεδιασμού της συσκευής. Όταν συμβαίνει παραμόρφωση, το πιεζοστοιχείο αρχίζει να παράγει ένα συγκεκριμένο σήμα. Το στοιχείο εγκαθίσταται στο μέσο του οποίου η πίεση πρόκειται να μετρηθεί. Κατά τη λειτουργία, το ρεύμα στο κύκλωμα θα είναι ευθέως ανάλογο με τη μεταβολή της πίεσης.
Τέτοιες συσκευές έχουν ένα χαρακτηριστικό - δεν σας επιτρέπουν να παρακολουθείτε την πίεση εάν είναι σταθερή. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται αποκλειστικά στην περίπτωση που η πίεση αλλάζει συνεχώς. Σε μια σταθερή τιμή της μετρούμενης τιμής, η παραγωγή ηλεκτρικής ώθησης δεν θα εκτελεστεί.
Πιεζοηχητικά στοιχεία
Αυτά τα στοιχεία λειτουργούν λίγο διαφορετικά. Όταν εφαρμόζεται τάση, το πιεζοηλεκτρικό στοιχείο παραμορφώνεται. Όσο μεγαλύτερη είναι η τάση, τόσο μεγαλύτερη είναι η παραμόρφωση. Η βάση της συσκευής είναι μια πλάκα συντονισμού από πιεζοηλεκτρικό υλικό. Διαθέτει ηλεκτρόδια και στις δύο πλευρές. Μόλις εφαρμοστεί τάση σε αυτά, το υλικό αρχίζει να δονείται. Σε αυτή την περίπτωση, η πλάκα κάμπτεται προς τη μία ή την άλλη κατεύθυνση. Η ταχύτητα της δόνησης εξαρτάται από τη συχνότητα του ρεύματος που εφαρμόζεται στα ηλεκτρόδια.
Αλλά εάν μια δύναμη από το εξωτερικό ενεργεί στην πλάκα, τότε θα υπάρξει αλλαγή στη συχνότητα ταλάντωσης της πλάκας. Ο ηλεκτρονικός αισθητήρας πίεσης αέρα που χρησιμοποιείται στα αυτοκίνητα λειτουργεί με αυτήν την αρχή. Σας επιτρέπει να αξιολογήσετε την απόλυτη πίεση του αέρα που παρέχεται στο σύστημα καυσίμου του οχήματος.
Χωρητικές συσκευές
Αυτές οι συσκευές είναι οι πιο δημοφιλείς,καθώς έχουν απλό σχεδιασμό, λειτουργούν σταθερά και είναι ανεπιτήδευτα στη συντήρηση. Ο σχεδιασμός αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια που βρίσκονται σε μια ορισμένη απόσταση το ένα από το άλλο. Αποδεικνύεται ένα είδος πυκνωτή. Μία από τις πλάκες του είναι μια μεμβράνη, η πίεση (μετρημένη) δρα σε αυτήν. Ως αποτέλεσμα, το κενό μεταξύ των πλακών αλλάζει (αναλογικά με την πίεση). Από το μάθημα της σχολικής σας φυσικής, γνωρίζετε ότι η χωρητικότητα ενός πυκνωτή εξαρτάται από την επιφάνεια των πλακών και την απόσταση μεταξύ τους.
Όταν εργάζεστε σε έναν αισθητήρα πίεσης, αλλάζει μόνο η απόσταση μεταξύ των πλακών - αυτό αρκεί για τη μέτρηση των παραμέτρων. Οι ηλεκτρονικοί αισθητήρες πίεσης λαδιού είναι κατασκευασμένοι ακριβώς σύμφωνα με αυτό το σχέδιο. Τα πλεονεκτήματα αυτού του τύπου δομών είναι προφανή - μπορούν να λειτουργήσουν σε οποιοδήποτε περιβάλλον, ακόμη και σε επιθετικά. Δεν επηρεάζονται από μεγάλες διαφορές θερμοκρασίας, ηλεκτρομαγνητικά κύματα.
Επαγωγικοί αισθητήρες
Η αρχή λειτουργίας είναι εξ αποστάσεως παρόμοια με τις χωρητικές που συζητήθηκαν παραπάνω. Μια ευαίσθητη στην πίεση αγώγιμη μεμβράνη είναι εγκατεστημένη σε μια ορισμένη απόσταση από το μαγνητικό κύκλωμα με τη μορφή του γράμματος Ш (ένας επαγωγέας τυλίγεται γύρω του).
Όταν εφαρμόζεται τάση στο πηνίο, δημιουργείται μια μαγνητική ροή. Περνά τόσο κατά μήκος του πυρήνα όσο και μέσα από το διάκενο, την αγώγιμη μεμβράνη. Η ροή κλείνει και δεδομένου ότι το διάκενο έχει διαπερατότητα περίπου 1000 φορές μικρότερη από αυτή του πυρήνα, ακόμη και μια μικροσκοπική αλλαγή σε αυτό οδηγεί σε αναλογικές διακυμάνσεις στις τιμές επαγωγής.
Οπτοηλεκτρονικόαισθητήρες
Απλώς ανιχνεύουν πίεση, έχουν υψηλή ανάλυση. Έχουν υψηλή ευαισθησία και θερμική σταθερότητα. Λειτουργούν με βάση την παρεμβολή φωτός, χρησιμοποιώντας ένα συμβολόμετρο Fabry-Perot για τη μέτρηση μικρών μετατοπίσεων. Τέτοιοι ηλεκτρονικοί αισθητήρες πίεσης είναι εξαιρετικά σπάνιοι, αλλά είναι πολλά υποσχόμενοι.
Τα κύρια εξαρτήματα της συσκευής:
- Οπτικός μορφοτροπέας κρύσταλλος.
- Διάφραγμα.
- LED.
- Ανιχνευτής (αποτελείται από τρεις φωτοδίοδοι).
Τα οπτικά φίλτρα Faby-Perot, τα οποία έχουν μικρή διαφορά στο πάχος, συνδέονται σε δύο φωτοδίοδοι. Τα φίλτρα είναι καθρέφτες πυριτίου με ανακλαστική μπροστινή επιφάνεια. Καλύπτονται με ένα στρώμα οξειδίου του πυριτίου, εφαρμόζεται ένα λεπτό στρώμα αλουμινίου στην επιφάνεια. Ένας οπτικός μετατροπέας μοιάζει πολύ με έναν χωρητικό αισθητήρα πίεσης.
