Mga sensor ng presyon ng kuryente

Ngayon, upang masukat ang presyon sa iba't ibang mga lugar ng industriya, hindi lamang mga mercury barometer at aneroid ang ginagamit, kundi pati na rin ang iba't ibang mga sensor na naiiba pareho sa prinsipyo ng operasyon at sa mga pakinabang at kawalan na likas sa bawat uri ng naturang mga sensor. Pinapayagan ng mga modernong electronics ang pagpapatupad ng mga sensor ng presyon nang direkta sa isang elektrikal, elektronikong batayan.

Kaya ano ang ibig sabihin natin sa salitang "electrical pressure sensor"? Ano ang mga de-koryenteng sensor ng presyon? Paano sila nakaayos at anong mga function ang mayroon sila? Panghuli, aling pressure sensor ang dapat mong piliin upang ito ay pinakaangkop para sa isang partikular na layunin? Malalaman natin sa kurso ng artikulong ito.

Una, tukuyin natin ang mismong termino. Ang pressure sensor ay isang aparato na ang mga parameter ng output ay nakasalalay sa sinusukat na presyon. Ang test medium ay maaaring isang singaw, isang likido, o ilang gas, depende sa paggamit ng isang partikular na sensor.

Ang mga makabagong sistema ay nangangailangan ng mga tool sa katumpakan ng ganitong uri bilang mahalagang bahagi ng mga sistema ng automation para sa kuryente, langis, gas, pagkain at marami pang ibang industriya.Ang mga miniature pressure transducer ay mahalaga sa medisina.

Ang bawat electrical pressure sensor ay kinabibilangan ng: isang sensitibong elemento na nagsisilbing magpadala ng shock sa pangunahing transduser, isang signal processing circuit at isang housing. Pangunahin ang mga de-koryenteng sensor ng presyon ay nahahati sa:

• Lumalaban (tensoresistive);

• Piezoelectric;

• Piezo resonance;

• Capacitive;

• Inductive (magnetic);

• Optoelectronic.

Resistive o strain gauge pressure sensor Ito ay isang device na ang sensitibong elemento ay nagbabago sa electrical resistance nito sa ilalim ng pagkilos ng isang deforming load. Ang mga strain gauge ay inilalagay sa isang sensitibong lamad na yumuyuko sa ilalim ng presyon at binabaluktot ang mga strain gauge na nakakabit dito. Ang paglaban ng mga strain gauge ay nagbabago at ang magnitude ng kasalukuyang sa pangunahing circuit ng converter ay nagbabago nang naaayon.

Ang pag-stretch ng conductive elements ng bawat strain gauge ay nagdudulot ng pagtaas ng haba at pagbaba sa cross-section, na nagreresulta sa pagtaas ng resistensya. Sa compression ito ay kabaligtaran. Ang mga kamag-anak na pagbabago sa paglaban ay sinusukat sa ikasanlibo, kaya ang mga precision amplifier na may mga ADC ay ginagamit sa mga signal processing circuit. Kaya, ang strain ay na-convert sa isang pagbabago sa electrical resistance ng isang semiconductor o conductor at pagkatapos ay sa isang signal ng boltahe.

Ang mga strain gauge ay karaniwang isang zigzag conductive o semiconductor na elemento na inilapat sa isang nababaluktot na base na nakadikit sa lamad. Ang substrate ay karaniwang gawa sa mika, papel, o polymer film, at ang conductive element ay isang foil, manipis na wire, o semiconductor na na-vacuum-sprayed sa metal.Ang koneksyon ng sensitibong elemento ng strain gauge sa pagsukat ng circuit ay isinasagawa gamit ang mga contact pad o wire. Ang mga strain gauge mismo ay karaniwang may sukat na 2 hanggang 10 sq. mm.

Mga sensor ng load cell mahusay para sa pagtantya ng mga antas ng presyon, lakas ng compressive at pagsukat ng timbang.

Ang susunod na uri ng electric pressure sensor ay piezoelectric... Dito, ang piezoelectric na elemento ay gumaganap bilang isang sensitibong elemento. Ang isang piezoelectric na elemento na batay sa isang piezoelectric ay bumubuo ng isang electrical signal kapag ito ay deformed, ito ay ang tinatawag na direktang piezoelectric effect. Ang elemento ng piezoelectric ay inilalagay sa sinusukat na daluyan at pagkatapos ay ang kasalukuyang sa transducer circuit ay magiging proporsyonal sa magnitude sa pagbabago ng presyon sa daluyan na iyon.

Dahil ang hitsura ng piezoelectric effect ay nangangailangan ng isang tumpak na pagbabago sa presyon sa halip na isang pare-pareho ang presyon, ang ganitong uri ng pressure transducer ay angkop lamang para sa dynamic na pagsukat ng presyon. Kung ang presyon ay pare-pareho, kung gayon ang proseso ng pagpapapangit ng elemento ng piezoelectric ay hindi mangyayari at ang kasalukuyang ay hindi bubuo ng piezoelectric.

Ang mga sensor ng presyon ng piezoelectric ay ginagamit, halimbawa, sa mga pangunahing transduser ng daloy ng mga vortex meter para sa tubig, singaw, gas at iba pang homogenous na media. Ang ganitong mga sensor ay naka-install sa mga pares sa isang pipeline na may nominal na pagbubukas ng sampu hanggang daan-daang milimetro sa likod ng katawan ng daloy at sa gayon ay nagrerehistro ng mga vortice na ang dalas at bilang ay proporsyonal sa volumetric na rate ng daloy at ang rate ng daloy.

Isaalang-alang ang karagdagang piezo-resonant pressure sensors... Sa piezo-resonant pressure sensors, gumagana ang reverse piezoelectric effect, kung saan ang piezoelectric ay deformed sa ilalim ng pagkilos ng inilapat na boltahe, at mas mataas ang boltahe, mas malakas ang deformation. Ang sensor ay batay sa isang resonator sa anyo ng isang piezoelectric plate, sa magkabilang panig kung saan ang mga electrodes ay nakakabit.

Kapag ang isang alternating boltahe ay inilapat sa mga electrodes, ang materyal ng plato ay nag-vibrate, baluktot sa isang direksyon o iba pa, at ang dalas ng mga vibrations ay katumbas ng dalas ng inilapat na boltahe. Gayunpaman, kung ang plate ay deformed na ngayon sa pamamagitan ng paglalapat ng isang panlabas na puwersa dito, halimbawa sa pamamagitan ng isang pressure-sensitive na lamad, kung gayon ang dalas ng mga libreng oscillations ng resonator ay magbabago.

Kaya, ang natural na dalas ng resonator ay sumasalamin sa dami ng presyon sa lamad na pumipindot sa resonator, na nagreresulta sa pagbabago sa dalas. Bilang halimbawa, isaalang-alang ang isang absolute pressure sensor batay sa piezo resonance.

Ang sinusukat na presyon ay ipinapadala sa silid 1 sa pamamagitan ng koneksyon 12. Ang Chamber 1 ay pinaghihiwalay ng isang lamad mula sa sensitibong bahagi ng pagsukat ng aparato. Ang katawan 2, base 6 at lamad 10 ay pinagsama-sama upang bumuo ng pangalawang selyadong silid. Sa pangalawang selyadong silid ng base 6, ang mga may hawak na 9 at 4 ay naayos, ang pangalawa ay nakakabit sa base 6 sa pamamagitan ng isang tulay 3. Ang may hawak na 4 ay nagsisilbi upang ayusin ang sensitibong resonator 5. Ang sumusuporta sa resonator 8 ay inayos ng may hawak 9.

Sa ilalim ng pagkilos ng sinusukat na presyon, ang lamad 10 ay pumipindot sa manggas 13 sa bola 14, na naayos din sa may hawak na 4.Ang bola 14, naman, ay pinindot ang sensitibong resonator 5. Ang mga wire 7, na naayos sa base 6, ay ikinonekta ang mga resonator 8 at 5 sa mga generator 16 at 17, ayon sa pagkakabanggit. Upang makabuo ng isang signal na proporsyonal sa magnitude ng absolute pressure, ginagamit ang circuit 15, na bumubuo ng isang output signal mula sa pagkakaiba sa mga frequency ng resonator. Ang sensor mismo ay inilalagay sa isang aktibong termostat 18, na nagpapanatili ng pare-parehong temperatura na 40 ° C.

Ang ilan sa mga pinakasimpleng ay capacitive pressure sensors... Ang dalawang flat electrodes at ang gap sa pagitan ng mga ito ay bumubuo ng capacitor. Ang isa sa mga electrodes ay isang lamad kung saan kumikilos ang sinusukat na presyon, na humahantong sa isang pagbabago sa kapal ng puwang sa pagitan ng aktwal na mga plato ng kapasitor. Kilalang-kilala na ang kapasidad ng isang flat capacitor ay nagbabago na may pagbabago sa laki ng puwang para sa isang pare-parehong lugar ng mga plato, samakatuwid, upang makita ang kahit na napakaliit na pagbabago sa presyon, ang mga capacitive sensor ay napaka-epektibo.

Ang mga capacitive pressure sensor na may maliliit na sukat ay nagbibigay-daan sa pagsukat ng overpressure sa mga likido, gas, singaw. Ang mga capacitive pressure sensor ay kapaki-pakinabang sa iba't ibang mga prosesong pang-industriya gamit ang hydraulic at pneumatic system, sa mga compressor, sa mga pump, sa mga machine tool. Ang disenyo ng sensor ay lumalaban sa mga sukdulan ng temperatura at vibrations, immune sa electromagnetic interference at agresibong mga kondisyon sa kapaligiran.

Ang isa pang uri ng mga de-koryenteng pressure sensor, malayuang katulad ng capacitive - inductive o magnetic sensors... Ang pressure-sensitive conductive membrane ay matatagpuan sa ilang distansya mula sa manipis na W-shaped magnetic circuit, sa gitnang core kung saan ang coil ay nasugatan.Ang isang tiyak na puwang ng hangin ay nakatakda sa pagitan ng lamad at ng magnetic circuit.

Kapag ang isang boltahe ay inilapat sa likid, ang kasalukuyang nasa loob nito ay lumilikha ng magnetic flux na pumasa sa parehong magnetic circuit mismo at sa pamamagitan ng air gap at sa pamamagitan ng lamad, pagsasara. Dahil ang magnetic permeability sa gap ay humigit-kumulang 1000 beses na mas maliit kaysa sa magnetic circuit at sa lamad, kahit na ang isang maliit na pagbabago sa kapal ng gap ay humahantong sa isang kapansin-pansing pagbabago sa inductance ng circuit.

Sa ilalim ng impluwensya ng sinusukat na presyon, ang sensor diaphragm ay yumuko at ang kumplikadong paglaban ng coil ay nagbabago. Ang transduser ay nagko-convert ng pagbabagong ito sa isang electrical signal. Ang pagsukat ng bahagi ng converter ay ginawa ayon sa circuit ng tulay, kung saan ang coil ng sensor ay kasama sa isa sa mga armas. Gamit ang isang ADC, ang signal mula sa bahagi ng pagsukat ay na-convert sa isang electrical signal na proporsyonal sa sinusukat na presyon.

Ang huling uri ng pressure sensor na titingnan natin ay ang mga optoelectronic sensor... Ang mga ito ay medyo simple upang makita ang pressure, may mataas na resolution, may mataas na sensitivity at thermally stable. Gumagana sa batayan ng light interference, gamit ang Fabry-Perot interferometer upang sukatin ang maliliit na displacement, ang mga sensor na ito ay partikular na nangangako. Ang isang optical converter crystal na may aperture, isang LED at isang detektor na binubuo ng tatlong photodiodes ay ang mga pangunahing bahagi ng naturang sensor.

Ang mga optical na filter ng Fabi-Perot na may maliit na pagkakaiba sa kapal ay nakakabit sa dalawang photodiode. Ang mga filter na ito ay mga reflective na salamin ng silikon mula sa harap na ibabaw na natatakpan ng isang layer ng silicon oxide, sa ibabaw kung saan ang isang manipis na layer ng aluminyo ay idineposito.

Ang optical transducer ay katulad ng isang capacitive pressure sensor, ang diaphragm na nabuo sa pamamagitan ng pag-ukit sa isang monocrystalline silicon substrate ay natatakpan ng isang manipis na layer ng metal. Ang underside ng glass plate ay mayroon ding metal coating. Mayroong isang puwang ng lapad w sa pagitan ng glass plate at ng silikon na substrate, na nakuha gamit ang dalawang spacer.

Dalawang layer ng metal ang bumubuo ng Fabia-Perot interferometer na may variable na air gap w, na kinabibilangan ng: isang movable mirror na matatagpuan sa lamad, na nagbabago sa posisyon nito kapag nagbabago ang pressure, at isang nakatigil na translucent mirror na kahanay nito sa isang glass plate.

Sa batayan na ito, ang FISO Technologies ay gumagawa ng mga microscopic sensitive pressure transducer na may diameter na 0.55 mm lamang na madaling dumaan sa mata ng karayom. Sa tulong ng isang catheter, ang isang mini-sensor ay ipinasok sa pinag-aralan na dami, sa loob kung saan ang presyon ay sinusukat.

Ang optical fiber ay konektado sa isang intelligent na sensor, kung saan, sa ilalim ng kontrol ng isang microprocessor, ang pinagmumulan ng monochromatic light na ipinakilala sa fiber ay naka-on, ang intensity ng back-reflected light flux ay sinusukat, ang panlabas na presyon sa Ang sensor ay kinakalkula mula sa data ng pagkakalibrate at ipinapakita sa display. Sa gamot, halimbawa, ang mga naturang sensor ay ginagamit upang subaybayan ang intracranial pressure, upang masukat ang presyon ng dugo sa mga pulmonary arteries, na hindi maabot sa anumang iba pang paraan.