Dnes se v průmyslu nepoužívají barometry se rtutí, ale celkem moderní a spolehlivé senzory. Jejich princip fungování se liší v závislosti na konstrukčních prvcích. Všechny mají výhody i určité nevýhody. Díky vývoji elektroniky je možné realizovat senzory pro měření tlaku na polovodičové prvky.
Co jsou elektronické senzory?
Elektronické tlakové senzory pro vodu nebo jakoukoli jinou kapalinu jsou zařízení, která umožňují měřit parametry a zpracovávat je speciálními řídicími a zobrazovacími jednotkami. Snímač tlaku je zařízení, jehož výstupní parametry přímo závisí na tlaku v měřeném místě (nádrž, potrubí apod.). Navíc je lze použít k měření jakékoli látky v různých agregovaných skupenstvích - kapalné, páry, plyny.
Potřeba takovéhozařízení je způsobeno tím, že téměř celý průmysl je postaven na automatických řídicích systémech. Osoba provádí pouze konfiguraci, kalibraci, údržbu a spuštění (stop). Jakýkoli systém funguje automaticky. Ale taková zařízení se také často používají v lékařství.
Funkce designu prvků
Jakékoli snímače se skládají z citlivého prvku - s jeho pomocí se přenáší vliv na převodník. V návrhu je také obvod pro zpracování signálu a pouzdro. Lze rozlišit následující typy tlakových senzorů:
- Piezoelektrický.
- Resistive.
- Kapacitní.
- Piezo rezonanční.
- Magnetické (indukční).
- Optoelektronika.
A nyní se podíváme na jednotlivé typy zařízení podrobněji.
Odporové prvky
Jedná se o zařízení, ve kterých čidlo mění svůj odpor vlivem zátěže. Na citlivé membráně je instalován tenzometr. Membrána se pod tlakem prohne, tenzometry se také začnou pohybovat. Zároveň se mění jejich odpor. V důsledku toho dochází ke změně intenzity proudu v obvodu měniče.
Při natahování prvků tenzometrů se délka zvětšuje a plocha průřezu se zmenšuje. Výsledkem je zvýšení odporu. Opačný proces je pozorován, když jsou prvky komprimovány. Odpor se samozřejmě mění o tisíciny ohmu, takže k zachycení potřebujeteumístit speciální zesilovače na polovodiče.
Piezoelektrické senzory
Základem konstrukce zařízení je piezoelektrický prvek. Když dojde k deformaci, piezoelektrický prvek začne generovat určitý signál. Prvek je instalován v médiu, jehož tlak má být měřen. Během provozu bude proud v okruhu přímo úměrný změně tlaku.
Taková zařízení mají jednu vlastnost – neumožňují vám sledovat tlak, pokud je konstantní. Proto se používá výhradně v případě, kdy se tlak neustále mění. Při konstantní hodnotě měřené hodnoty se generování elektrického impulsu neprovede.
Piezo rezonanční prvky
Tyto prvky fungují trochu jinak. Při použití napětí se piezoelektrický prvek deformuje. Čím vyšší napětí, tím větší deformace. Základem zařízení je rezonanční deska z piezoelektrického materiálu. Na obou stranách má elektrody. Jakmile se na ně přivede napětí, materiál začne vibrovat. V tomto případě je deska ohnuta v jednom nebo druhém směru. Rychlost vibrací závisí na frekvenci proudu, který je aplikován na elektrody.
Pokud ale na desku působí síla zvenčí, pak dojde ke změně frekvence kmitání desky. Na tomto principu funguje elektronický snímač tlaku vzduchu používaný v automobilech. Umožňuje vyhodnotit absolutní tlak vzduchu přiváděného do palivového systému vozidla.
Kapacitní zařízení
Tato zařízení jsou nejoblíbenější,protože mají jednoduchý design, fungují stabilně a jsou nenáročné na údržbu. Konstrukce se skládá ze dvou elektrod umístěných v určité vzdálenosti od sebe. Ukazuje se jakýsi kondenzátor. Jedna z jeho desek je membrána, působí na ni tlak (měřený). V důsledku toho se mezera mezi deskami mění (úměrně tlaku). Z vašeho školního kurzu fyziky víte, že kapacita kondenzátoru závisí na ploše povrchu desek a vzdálenosti mezi nimi.
Při práci v tlakovém senzoru se mění pouze vzdálenost mezi deskami - to je docela dost pro měření parametrů. Elektronické snímače tlaku oleje jsou postaveny přesně podle tohoto schématu. Výhody tohoto typu konstrukcí jsou zřejmé - mohou fungovat v jakémkoli prostředí, dokonce i agresivním. Neovlivňují je velké teplotní rozdíly, elektromagnetické vlny.
Indukční senzory
Princip činnosti je vzdáleně podobný výše uvedeným kapacitním. V určité vzdálenosti od magnetického obvodu je instalována vodivá membrána citlivá na tlak ve tvaru písmene Ш (okolo ní je navinuta cívka).
Když je na cívku přivedeno napětí, vzniká magnetický tok. Prochází jak podél jádra, tak skrz mezeru, vodivou membránu. Tok se uzavře, a protože mezera má propustnost asi 1000krát menší než propustnost jádra, i malá změna v ní vede k úměrnému kolísání hodnot indukčnosti.
Optoelektronikasenzory
Jednoduše detekují tlak, mají vysoké rozlišení. Mají vysokou citlivost a tepelnou stabilitu. Pracují na bázi interference světla, k měření malých posunů využívají Fabry-Perotův interferometr. Takové elektronické tlakové senzory jsou extrémně vzácné, ale jsou docela slibné.
Hlavní součásti zařízení:
- Krystal optického převodníku.
- Apertura.
- LED.
- Detektor (skládá se ze tří fotodiod).
Faby-Perot optické filtry, které mají nepatrný rozdíl v tloušťce, jsou připojeny ke dvěma fotodiodám. Filtry jsou silikonová zrcadla s reflexní přední plochou. Jsou pokryty vrstvou oxidu křemíku, na povrchu je nanesena tenká vrstva hliníku. Optický převodník je velmi podobný kapacitnímu snímači tlaku.
