Danes se v industriji ne uporabljajo barometri z živim srebrom, ampak precej sodobni in zanesljivi senzorji. Njihovo načelo delovanja se razlikuje glede na oblikovne značilnosti. Vsi imajo tako prednosti kot določene slabosti. Zahvaljujoč razvoju elektronike je možno realizirati senzorje za merjenje tlaka na polprevodniških elementih.
Kaj so elektronski senzorji?
Elektronski senzorji tlaka za vodo ali katero koli drugo tekočino so naprave, ki omogočajo merjenje parametrov in njihovo obdelavo s posebnimi krmilnimi in prikazovalnimi enotami. Tlačni senzor je naprava, katere izhodni parametri so neposredno odvisni od tlaka na merjenem mestu (cisterna, cevi itd.). Poleg tega jih je mogoče uporabiti za merjenje katere koli snovi v različnih agregatnih stanjih - tekočina, hlapi, plinasti.
Potreba po takemnaprav je posledica dejstva, da je skoraj celotna industrija zgrajena na avtomatskih krmilnih sistemih. Oseba izvaja samo konfiguracijo, kalibracijo, vzdrževanje in zagon (ustavitev). Vsak sistem deluje samodejno. Toda takšne naprave se pogosto uporabljajo tudi v medicini.
Možnosti oblikovanja elementov
Vsak senzor je sestavljen iz občutljivega elementa - z njegovo pomočjo se prenaša učinek na pretvornik. Tudi v zasnovi je vezje za obdelavo signalov in ohišje. Razlikujemo lahko naslednje vrste tlačnih senzorjev:
- piezoelektrični.
- odporni.
- kapacitivna.
- Piezo resonančno.
- magnetno (induktivno).
- Optoelektronski.
In zdaj si oglejmo vsako vrsto naprave podrobneje.
uporni elementi
To so naprave, pri katerih zaznavni element pod vplivom obremenitve spremeni svoj upor. Na občutljivo membrano je nameščen merilnik napetosti. Membrana se pod pritiskom upogne, premikati se začnejo tudi merilniki napetosti. Hkrati se njihov upor spremeni. Posledično pride do spremembe jakosti toka v tokokrogu pretvornika.
Pri raztezanju elementov merilnikov napetosti se dolžina poveča in površina prečnega prereza zmanjša. Rezultat je povečanje odpornosti. Obratni proces opazimo, ko so elementi stisnjeni. Seveda se upor spremeni za tisočinke ohma, zato ga potrebujete, da ga ujametepostavite posebne ojačevalnike na polprevodnike.
Piezoelektrični senzorji
Piezoelektrični element je osnova zasnove naprave. Ko pride do deformacije, začne piezo element generirati določen signal. Element je nameščen v medij, katerega tlak je treba izmeriti. Med delovanjem bo tok v tokokrogu neposredno sorazmeren s spremembo tlaka.
Takšne naprave imajo eno lastnost - ne omogočajo sledenja tlaku, če je ta stalen. Zato se uporablja izključno v primeru, ko se tlak nenehno spreminja. Pri konstantni vrednosti izmerjene vrednosti generiranje električnega impulza ne bo izvedeno.
piezo resonančni elementi
Ti elementi delujejo nekoliko drugače. Ko pride do napetosti, se piezoelektrični element deformira. Večja kot je napetost, večja je deformacija. Osnova naprave je resonatorska plošča iz piezoelektričnega materiala. Na obeh straneh ima elektrode. Takoj, ko se nanje priklopi napetost, material začne vibrirati. V tem primeru je plošča upognjena v eno ali drugo smer. Hitrost tresljajev je odvisna od frekvence toka, ki teče na elektrode.
Toda če na ploščo deluje sila od zunaj, bo prišlo do spremembe frekvence nihanja plošče. Elektronski senzor zračnega tlaka, ki se uporablja v avtomobilih, deluje na tem principu. Omogoča vam oceno absolutnega tlaka zraka, ki se dovaja v sistem za gorivo vozila.
kapacitivne naprave
Te naprave so najbolj priljubljene,ker imajo preprosto zasnovo, delujejo stabilno in so nezahtevni pri vzdrževanju. Zasnova je sestavljena iz dveh elektrod, ki se nahajata na določeni razdalji drug od drugega. Izkaže se nekakšen kondenzator. Ena od njegovih plošč je membrana, nanjo deluje tlak (izmerjen). Posledično se vrzel med ploščami spremeni (sorazmerno s tlakom). Iz šolskega tečaja fizike veste, da je kapacitivnost kondenzatorja odvisna od površine plošč in razdalje med njimi.
Pri delu v senzorju tlaka se spreminja le razdalja med ploščami - to je povsem dovolj za merjenje parametrov. Elektronski senzorji tlaka olja so izdelani natančno po tej shemi. Prednosti te vrste struktur so očitne - lahko delujejo v katerem koli okolju, tudi v agresivnem. Nanje ne vplivajo velike temperaturne razlike, elektromagnetno valovanje.
Induktivni senzorji
Načelo delovanja je približno podobno kapacitivnim, ki smo jih obravnavali zgoraj. Prevodna membrana, občutljiva na pritisk, je nameščena na določeni razdalji od magnetnega vezja v obliki črke Š (nanjo je navit induktor).
Ko se na tuljavo uporabi napetost, se ustvari magnetni tok. Prehaja tako vzdolž jedra kot skozi režo, prevodno membrano. Pretok se zapre in ker ima reža približno 1000-krat manjšo prepustnost kot jedro, že majhna sprememba v njej vodi do sorazmernih nihanj v vrednostih induktivnosti.
Optoelektronskisenzorji
Preprosto zaznajo pritisk, imajo visoko ločljivost. Imajo visoko občutljivost in toplotno stabilnost. Delujejo na podlagi svetlobnih motenj, pri čemer uporabljajo interferometer Fabry-Perot za merjenje majhnih premikov. Takšni elektronski tlačni senzorji so izjemno redki, vendar so precej obetavni.
Glavne komponente naprave:
- Kristal optičnega pretvornika.
- Zaslonka.
- LED.
- Detektor (sestavljen iz treh fotodiod).
Faby-Perot optični filtri, ki imajo rahlo razliko v debelini, so pritrjeni na dve fotodiodi. Filtri so silikonska ogledala z odsevno sprednjo površino. Pokriti so s plastjo silicijevega oksida, na površino se nanese tanek sloj aluminija. Optični pretvornik je zelo podoben kapacitivnemu senzorju tlaka.
