Senzor tlaka: princip delovanja

V sodobnih industrijah različnih smeri se široko uporabljajo senzorji za merjenje tlaka. Uporabljajo se za najbolj natančno merjenje odčitkov v različnih okoljih in nadaljnje pridobivanje podatkov v električni ali digitalni obliki. Glavni senzorji so razdeljeni na optične, uporne, magnetne, piezoelektrične, kapacitivne, živosrebrne piezorezonance

.

Senzorska naprava

V tem instrumentu se lahko parametri razlikujejo glede na spremembo parametrov v mediju, ki ga je treba izmeriti, na primer, tekočine, plina ali hlapov. V senzorju se lastnosti medija, ki jih je treba izmeriti, pretvorijo v enotno kodo za izpis kazalnikov kazalni napravi.

Senzor je sestavljen iz primarnega senzorja, ki vključuje tipalo tlaka, sekundarno vezje za obdelavo signala in različne dele ohišja. V nekaterih primerih je opremljen s tesnilnimi deli za delovne pogoje v vlažnih in jedkih okoljih.

Razvrstitev naprav po načelu delovanja

Iz načela delovanja ali metode, uporabljene pri pretvorbi vhodnega signala v električni izhod, so merilni senzorji razvrščeni:

• Metoda strenastega merilnika. Občutljivi deli merijo odpornost, kadar so izpostavljeni senzorju, pritrjenemu na elastični element, ki se deformira pri tlaku.
• Piezoresistična metoda. Deluje na osnovi integralnih občutljivih delov silicija. silicijeve pretvorniki imajo visoko občutljivost zaradi možnosti spreminjanja upornosti polprevodnika. Za merjenje uspešnosti v neagresivnimi okoljih uporabljajo nizko ceno - način oprema za izvedbo, ko je senzor ni opremljen z vsemi stopnjami zaščite. Pri delu v okolju, kjer se lahko pomaga pri senzorju agresivne snovi, če je tipalo opremljena z zaprto komoro z ločitvijo membrano iz jekla, ki prepušča tlak fluida skozi silicij.
• Kapacitativna metoda. Glavni del senzorja, ki deluje po tej metodi, je kapacitivna celica. Njegova naloga je spreminjanje električne kapacitivnosti med pakiranjem kondenzatorja in merilne membrane v odvisnosti. Glavna prednost je zaščita pred deformacijo, pri odsotnosti tlaka pa membrana obnovi svojo obliko, medtem ko kalibracija takšnega senzorja ni potrebna. In tudi visoka stabilnost lastnosti je posledica majhnega vpliva temperature napake zaradi majhne količine tekočine, ki napolni notranjo prostornino celice.
• Resonančna metoda. Osnova za delo na tem principu je sprememba frekvence resonanc nihajočega elementa med njegovo deformacijo. Zaradi pomanjkljivosti je mogoče dodeliti velik odzivni čas in nezmožnost za delo v agresivnih medijih brez izgube merilne natančnosti.
• Induktivna metoda. Temelji na registraciji vrtinčastih verig. Merilni element je sestavljen iz dveh izoliranih tuljav s kovinskim zaslonom. Pretvornik meri premik membrane v odsotnosti dejanskega stika med obema površinama. Električni tok se generira v tuljavah tako, da se polnitev in izpust tuljave pojavi v enakih intervalih časovnega intervala. Ko se položaj membrane spremeni, se v fiksni tuljavi ustvari tok, ki mu sledi sprememba induktivnosti sistema. Premikanje podatkov glavne tuljave omogoča pretvorbo podatkov v standardni signal, ki je v njenih parametrih sorazmeren z uporabljenim tlakom.
• Ionizacijska metoda. Deluje na principu zapisovanja pretoka ioniziranih delcev, kot je cevna dioda. Svetilka je v nekaterih primerih opremljena z dvema elektrodama, katodo, anodo in grelcem. Prednost je zmožnost snemanja podatkov v okoljih z nizkim tlakom, vključno z vakuumom, vendar pri atmosferskem tlaku takšne opreme ni mogoče upravljati.
• Piezoelektrična metoda. Ideja temelji na piezoelektričnem učinku, pri katerem piezoelektrični element ustvari električni signal v sorazmerju z učinkom medija na njem. Uporablja se za merjenje stalno spreminjajočih se akustičnih in pulznih medijev. Ima široko paleto dinamičnih in zasebnih meritev podatkov. Ima majhno maso, dimenzije in visoko zanesljivost v težkih pogojih.

Vrste senzorjev

Kapacitivni. Ima najpreprostejšo zasnovo, ki vključuje dve ploski elektrodi z vrzeljo med njimi. Ena od njih je izdelana v obliki membrane, na kateri je izpostavljen vpliv medija, zaradi česar se razkorak med elektrodama spremeni. Dejansko je ta tip podoben kondenzatorju s spremenljivo vrzeljo. Takšen senzor lahko zazna celo majhno spremembo v branju.

Piezoelektrični. Glavni konstrukcijski del je piezoelektrični element, material, ki oddaja signal, kadar jo zagotavlja v izmerjenih lastnosti. To se nahaja v okolju merjenja, in oddaja tok v odvisnosti od velikosti spremembe tlaka. Toda zaradi dejstva, da je ta element spreminja njegove izhodne podatke le takrat, ko ste spremenili okolje, da ni podatkov, ne bo prikazana na konstantnih parametrov, in je primerna za uporabo le v okolju, kjer je pritisk redno spreminja.

Optični.

Naprava delovanja takih senzorjev lahko temelji na dveh načelih delovanja:

• Optična vlakna. To je najbolj natančno in meritveno delo ni odvisno od spremembe temperaturnega režima. Glavni del za merjenje je optični valovod. Obseg merjenja tlaka v teh instrumentih naredi sklep o spremembi amplitude in polarnosti prenesene svetlobe skozi občutljiv del.
• Optoelektronski. Sestavljen je iz večplastne prozorne strukture, skozi katero poteka svetloba. Ena od teh plasti lahko spremeni lomni količnik in debelino sloja, odvisno od uporabljenega tlaka.

Na sliki spodaj je shematično prikazano obe metodi delovanja. Slika, A - refrakcijska sprememba, slika B - sprememba debeline.

Živo srebro.

Elementarni in tehnično preprost senzor. Deluje na podlagi dveh komunikacijskih posod, od katerih je ena pod tlakom, druga analogna metoda pa izpisuje podatke in se določi z vzporedno merjeno merilno lestvico.

Magnetno.

Deluje na podlagi induktivne metode. Občutljivi del je v obliki črke E, v sredini katere je nameščena tuljava, občutljiva membrana pa se po njej prenašajo izmerjeni parametri. Membrana se nahaja blizu plošče, na kratki razdalji od roba. Tuljava, ko je vklopljena, ustvarja magnetni tok, ki sledi skozi črto, režo in membrano. Prepustnost magnetne reže je več sto krat manjša od prepustnosti traku in membrane, tako da sprememba induktivnosti poteka tudi z majhno spremembo velikosti reže.

Piezoresonance.

Poganja piezoelektrični učinek, vendar z eno razliko - v tem primeru obratni učinek piezoelektričnega celice, ki temelji na spremembi oblike materiala v skladu z vhodnim tokom. To tipalo uporablja resonatorja pri kateri sta dve elektrodi razporejeni na različnih straneh, so se uporabljajo izmenično drugačne polarnosti tok, s čimer je plošča ukrivljena v različnih smereh glede na dohodne frekvence.

Razlika od manometra

Glavna razlika te vrste senzorjev, iz manometra, je, da je instrument, namenjen merjenju karakteristik brez njegove pretvorbe. V manometru je izmerjena vrednost odvisna od odčitka instrumenta, ki se oddaja na njegov analogni instrument ali prikazovalnik.