Ma már nem higanyos barométereket használnak az iparban, hanem meglehetősen modern és megbízható érzékelőket. Működési elvük a tervezési jellemzőktől függően eltérő. Mindegyiknek vannak előnyei és bizonyos hátrányai is. Az elektronika fejlődésének köszönhetően lehetőség nyílik a félvezető elemek nyomásmérésére szolgáló szenzorok megvalósítására.
Mik azok az elektronikus érzékelők?
A víz vagy bármely más folyadék elektronikus nyomásérzékelői olyan eszközök, amelyek lehetővé teszik a paraméterek mérését és speciális vezérlő- és kijelzőegységekkel történő feldolgozását. A nyomásérzékelő olyan eszköz, amelynek kimeneti paraméterei közvetlenül függenek a mért helyen (tartály, csövek stb.) uralkodó nyomástól. Ezenkívül bármilyen aggregált halmazállapotú anyag mérésére használhatók – folyékony, gőz, gáz halmazállapotú.
Szükség van ilyenekreeszközöket az okozza, hogy szinte az egész iparág automata vezérlőrendszerekre épül. Egy személy csak konfigurálást, kalibrálást, karbantartást és indítást (stop) végez. Bármely rendszer automatikusan működik. De az ilyen eszközöket gyakran használják az orvostudományban is.
Az elemek tervezési jellemzői
Bármely érzékelő érzékeny elemből áll - ennek segítségével továbbítják a konverterre gyakorolt hatást. A kialakításban van egy jelfeldolgozási áramkör és egy ház is. A nyomásérzékelők következő típusai különböztethetők meg:
- Piezoelectric.
- Rezisztív.
- Kapacitív.
- Piezo rezonáns.
- Mágneses (induktív).
- Optoelektronika.
És most nézzük meg részletesebben az egyes eszköztípusokat.
Rezisztív elemek
Ezek olyan eszközök, amelyekben az érzékelő elem terhelés hatására megváltoztatja ellenállását. Az érzékeny membránra nyúlásmérő van felszerelve. A membrán nyomás hatására meghajlik, a nyúlásmérők is mozogni kezdenek. Ezzel párhuzamosan az ellenállásuk is megváltozik. Ennek eredményeként megváltozik az áramerősség az átalakító áramkörében.
A nyúlásmérő elemeinek nyújtásakor a hossz nő, a keresztmetszeti terület pedig csökken. Az eredmény az ellenállás növekedése. Az elemek összenyomásakor fordított folyamat figyelhető meg. Természetesen az ellenállás ezred ohmokkal változik, így ennek elkapásához szükség vantegyen speciális erősítőket a félvezetőkre.
Piezoelektromos érzékelők
A piezoelektromos elem az eszköz kialakításának alapja. Amikor deformáció lép fel, a piezo elem elkezd egy bizonyos jelet generálni. Az elemet abba a közegbe kell beépíteni, amelynek nyomását mérni kell. Működés közben az áramkörben lévő áram egyenesen arányos a nyomásváltozással.
Az ilyen eszközöknek van egy funkciója – nem teszik lehetővé a nyomás nyomon követését, ha az állandó. Ezért kizárólag olyan esetekben használják, amikor a nyomás folyamatosan változik. A mért érték állandó értékénél az elektromos impulzus generálása nem történik meg.
Piezo rezonáns elemek
Ezek az elemek egy kicsit másképp működnek. Feszültség alkalmazásakor a piezoelektromos elem deformálódik. Minél nagyobb a feszültség, annál nagyobb a deformáció. A készülék alapja egy piezoelektromos anyagból készült rezonátorlemez. Mindkét oldalán elektródák vannak. Amint feszültséget kapcsolnak rájuk, az anyag vibrálni kezd. Ebben az esetben a lemez egyik vagy másik irányba hajlik. A rezgés sebessége az elektródákra alkalmazott áram frekvenciájától függ.
De ha kívülről jövő erő hat a lemezre, akkor a lemez rezgési frekvenciája megváltozik. Az autókban használt elektronikus légnyomás-érzékelő ezen az elven működik. Lehetővé teszi a jármű üzemanyagrendszerébe szállított levegő abszolút nyomásának értékelését.
Kapacitív eszközök
Ezek az eszközök a legnépszerűbbek,egyszerű felépítésüknek köszönhetően stabilan működnek, karbantartásuk nem igényes. A kialakítás két elektródából áll, amelyek egymástól bizonyos távolságra vannak elhelyezve. Kiderült, hogy egyfajta kondenzátor. Egyik lemeze membrán, nyomás (mért) hat rá. Ennek eredményeként a lemezek közötti rés megváltozik (a nyomással arányosan). Az iskolai fizikatanfolyamból tudja, hogy egy kondenzátor kapacitása a lemezek felületétől és a köztük lévő távolságtól függ.
Nyomásérzékelőben végzett munka során csak a lemezek közötti távolság változik - ez elég a paraméterek méréséhez. Az elektronikus olajnyomás-érzékelők pontosan ennek a séma szerint készülnek. Az ilyen típusú szerkezetek előnyei nyilvánvalóak - bármilyen környezetben, még agresszív környezetben is működhetnek. Nem hatnak rájuk a nagy hőmérséklet-különbségek, az elektromágneses hullámok.
Induktív érzékelők
A működési elv távolról hasonló a fentebb tárgy alt kapacitívekhez. A mágneses áramkörtől bizonyos távolságra egy nyomásérzékeny, vezetőképes membránt szerelnek fel Ш betű alakjában (egy tekercs van köré tekerve).
Amikor feszültséget kapcsolunk a tekercsre, mágneses fluxus jön létre. Mind a magon, mind a résen, a vezető membránon áthalad. Az áramlás bezárul, és mivel a rés áteresztőképessége körülbelül 1000-szer kisebb, mint a magé, még egy apró változás is az induktivitás értékeinek arányos ingadozásához vezet.
Optoelektronikaérzékelők
Egyszerűen érzékelik a nyomást, nagy felbontásúak. Nagy érzékenységgel és termikus stabilitással rendelkeznek. Fény interferencia alapján működnek, Fabry-Perot interferométerrel mérik a kis elmozdulásokat. Az ilyen elektronikus nyomásérzékelők rendkívül ritkák, de nagyon ígéretesek.
A készülék fő összetevői:
- Optikai jelátalakító kristály.
- Rekesz.
- LED.
- Érzékelő (három fotodiódából áll).
Faby-Perot optikai szűrők, amelyek vastagsága kismértékben különbözik, két fotodiódára van rögzítve. A szűrők szilikon tükrök fényvisszaverő elülső felülettel. Szilícium-oxid réteggel vannak bevonva, vékony alumíniumréteget visznek fel a felületre. Az optikai jelátalakító nagyon hasonlít a kapacitív nyomásérzékelőhöz.
