Sensor tekanan listrik

Saat ini, untuk mengukur tekanan di berbagai bidang industri, tidak hanya barometer merkuri dan aneroid yang digunakan, tetapi juga berbagai sensor yang berbeda baik dalam prinsip operasi maupun kelebihan dan kekurangan yang melekat pada setiap jenis sensor tersebut. Elektronik modern memungkinkan penerapan sensor tekanan secara langsung berbasis listrik dan elektronik.

Jadi apa yang kami maksud dengan istilah "sensor tekanan listrik"? Apa itu sensor tekanan listrik? Bagaimana mereka diatur dan apa fungsinya? Terakhir, sensor tekanan mana yang harus Anda pilih agar paling cocok untuk tujuan tertentu? Kami akan mencari tahu selama artikel ini.

Pertama, mari kita definisikan istilah itu sendiri. Sensor tekanan adalah perangkat yang parameter keluarannya bergantung pada tekanan yang diukur. Media uji dapat berupa uap, cairan, atau gas, tergantung pada penerapan sensor tertentu.

Sistem modern membutuhkan alat presisi jenis ini sebagai komponen penting sistem otomasi untuk listrik, minyak, gas, makanan, dan banyak industri lainnya.Transduser tekanan miniatur sangat penting dalam kedokteran.

Setiap sensor tekanan listrik meliputi: elemen sensitif yang berfungsi untuk mengirimkan kejut ke transduser utama, sirkuit pemrosesan sinyal, dan rumahan. Terutama sensor tekanan listrik dibagi menjadi:

• Resistif (tensoresistif);

• piezoelektrik;

• resonansi piezo;

• Kapasitif;

• Induktif (magnetik);

• Optoelektronik.

Sensor tekanan resistif atau strain gauge Ini adalah perangkat yang elemen sensitifnya mengubah hambatan listriknya di bawah aksi beban yang berubah bentuk. Pengukur regangan dipasang pada membran sensitif yang membengkok di bawah tekanan dan membengkokkan pengukur regangan yang melekat padanya. Resistansi pengukur regangan berubah dan besarnya arus di sirkuit utama konverter juga berubah.

Peregangan elemen konduktif dari masing-masing pengukur regangan menyebabkan peningkatan panjang dan penurunan penampang, menghasilkan peningkatan resistensi. Dalam kompresi justru sebaliknya. Perubahan resistansi relatif diukur dalam seperseribu, sehingga penguat presisi dengan ADC digunakan dalam sirkuit pemrosesan sinyal. Dengan demikian, regangan diubah menjadi perubahan hambatan listrik semikonduktor atau konduktor dan kemudian menjadi sinyal tegangan.

Pengukur regangan biasanya merupakan elemen konduktif atau semikonduktor zigzag yang diterapkan pada dasar fleksibel yang melekat pada membran. Substrat biasanya terbuat dari mika, kertas, atau film polimer, dan elemen konduktifnya adalah foil, kawat tipis, atau semikonduktor yang disemprot vakum ke logam.Sambungan elemen sensitif pengukur regangan ke sirkuit pengukur dilakukan menggunakan bantalan kontak atau kabel. Strain gauge sendiri biasanya memiliki luas 2 sampai 10 sq. mm.

Muat sensor sel bagus untuk memperkirakan tingkat tekanan, kekuatan tekan dan pengukuran berat.

Jenis sensor tekanan listrik berikutnya adalah piezoelektrik… Di sini, elemen piezoelektrik bertindak sebagai elemen sensitif.Elemen piezoelektrik berdasarkan piezoelektrik menghasilkan sinyal listrik ketika dideformasi, inilah yang disebut efek piezoelektrik langsung. Elemen piezoelektrik ditempatkan di media yang diukur dan kemudian arus di rangkaian transduser akan sebanding besarnya dengan perubahan tekanan di media itu.

Karena munculnya efek piezoelektrik memerlukan perubahan tekanan yang tepat daripada tekanan konstan, transduser tekanan jenis ini hanya cocok untuk pengukuran tekanan dinamis. Jika tekanan konstan, maka proses deformasi elemen piezoelektrik tidak akan terjadi dan arus tidak akan dihasilkan oleh piezoelektrik.

Sensor tekanan piezoelektrik digunakan, misalnya, pada transduser aliran primer meter pusaran untuk air, uap, gas, dan media homogen lainnya. Sensor semacam itu dipasang berpasangan dalam pipa dengan bukaan nominal puluhan hingga ratusan milimeter di belakang badan aliran dan dengan demikian mencatat pusaran yang frekuensi dan jumlahnya sebanding dengan laju aliran volumetrik dan laju aliran.

Pertimbangkan sensor tekanan resonansi piezo lebih lanjut... Pada sensor tekanan resonansi piezo, efek piezoelektrik terbalik bekerja, di mana piezoelektrik berubah bentuk di bawah aksi tegangan yang diberikan, dan semakin tinggi tegangan, semakin kuat deformasi. Sensor tersebut didasarkan pada resonator berupa pelat piezoelektrik, yang kedua sisinya dipasangi elektroda.

Ketika tegangan bolak-balik diterapkan ke elektroda, bahan pelat bergetar, menekuk ke satu arah atau lainnya, dan frekuensi getaran sama dengan frekuensi tegangan yang diberikan. Namun, jika pelat sekarang berubah bentuk dengan menerapkan gaya eksternal padanya, misalnya melalui membran yang peka terhadap tekanan, maka frekuensi osilasi bebas resonator akan berubah.

Jadi frekuensi natural resonator akan mencerminkan besarnya tekanan pada membran yang menekan resonator sehingga terjadi perubahan frekuensi. Sebagai contoh, pertimbangkan sensor tekanan absolut berdasarkan resonansi piezo.

Tekanan terukur ditransmisikan ke ruang 1 melalui sambungan 12. Ruang 1 dipisahkan oleh membran dari bagian pengukur sensitif perangkat. Tubuh 2, basis 6 dan membran 10 disegel bersama untuk membentuk ruang tertutup kedua. Di ruang tertutup kedua dari alas 6, dudukan 9 dan 4 dipasang, yang kedua dipasang ke alas 6 melalui jembatan 3. Dudukan 4 berfungsi untuk memasang resonator sensitif 5. Resonator pendukung 8 adalah ditetapkan oleh pemegang 9.

Di bawah aksi tekanan terukur, membran 10 menekan melalui selongsong 13 pada bola 14, yang juga dipasang di dudukan 4.Bola 14, pada gilirannya, menekan resonator sensitif 5. Kabel 7, dipasang di pangkalan 6, masing-masing menghubungkan resonator 8 dan 5 ke generator 16 dan 17. Untuk menghasilkan sinyal yang sebanding dengan besarnya tekanan absolut, rangkaian 15 digunakan, yang menghasilkan sinyal keluaran dari perbedaan frekuensi resonator. Sensor itu sendiri ditempatkan di termostat aktif 18, yang mempertahankan suhu konstan 40 ° C.

Beberapa yang paling sederhana adalah sensor tekanan kapasitif... Dua elektroda datar dan celah di antara keduanya membentuk kapasitor. Salah satu elektroda adalah membran tempat tekanan terukur bekerja, yang menyebabkan perubahan ketebalan celah antara pelat kapasitor yang sebenarnya. Diketahui bahwa kapasitansi kapasitor datar berubah dengan perubahan ukuran celah untuk area pelat yang konstan, oleh karena itu, untuk mendeteksi perubahan tekanan yang sangat kecil sekalipun, sensor kapasitif sangat, sangat efektif.

Sensor tekanan kapasitif dengan dimensi kecil memungkinkan pengukuran tekanan berlebih dalam cairan, gas, uap. Sensor tekanan kapasitif berguna dalam berbagai proses industri menggunakan sistem hidrolik dan pneumatik, pada kompresor, pada pompa, pada peralatan mesin. Desain sensor tahan terhadap suhu ekstrem dan getaran, kebal terhadap interferensi elektromagnetik, dan kondisi lingkungan yang agresif.

Jenis lain dari sensor tekanan listrik, mirip dari jarak jauh dengan kapasitif - induktif atau sensor magnetik... Membran konduktif yang peka terhadap tekanan terletak agak jauh dari sirkuit magnetik tipis berbentuk W, di inti tengahnya di mana koil dililitkan.Celah udara tertentu diatur antara membran dan sirkuit magnetik.

Ketika tegangan diterapkan ke koil, arus di dalamnya menciptakan fluks magnet yang melewati sirkuit magnet itu sendiri dan melalui celah udara dan melalui membran, menutup. Karena permeabilitas magnetik di celah kira-kira 1000 kali lebih kecil daripada di sirkuit magnetik dan di membran, bahkan perubahan kecil pada ketebalan celah menyebabkan perubahan nyata pada induktansi sirkuit.

Di bawah pengaruh tekanan terukur, diafragma sensor membengkok dan resistansi kompleks koil berubah. Transduser mengubah perubahan ini menjadi sinyal listrik. Bagian pengukur konverter dibuat sesuai dengan rangkaian jembatan, di mana kumparan sensor dimasukkan ke dalam salah satu lengan. Menggunakan ADC, sinyal dari bagian pengukur diubah menjadi sinyal listrik sebanding dengan tekanan yang diukur.

Jenis sensor tekanan terakhir yang akan kita lihat adalah sensor optoelektronik… Mereka cukup sederhana untuk mendeteksi tekanan, memiliki resolusi tinggi, memiliki sensitivitas tinggi, dan stabil secara termal. Beroperasi berdasarkan interferensi cahaya, menggunakan interferometer Fabry-Perot untuk mengukur perpindahan kecil, sensor ini sangat menjanjikan. Kristal konverter optik dengan bukaan, LED, dan detektor yang terdiri dari tiga fotodioda adalah bagian utama dari sensor semacam itu.

Filter optik Fabi-Perot dengan perbedaan ketebalan kecil dipasang pada dua fotodioda. Filter ini adalah cermin silikon reflektif dari permukaan depan yang dilapisi dengan lapisan silikon oksida, pada permukaannya diendapkan lapisan tipis aluminium.

Transduser optik mirip dengan sensor tekanan kapasitif, diafragma yang dibentuk oleh etsa dalam substrat silikon monokristalin ditutupi dengan lapisan tipis logam. Bagian bawah pelat kaca juga memiliki lapisan logam. Ada celah selebar w antara pelat kaca dan substrat silikon, diperoleh dengan menggunakan dua spacer.

Dua lapisan logam membentuk interferometer Fabia-Perot dengan celah udara variabel w, yang meliputi: cermin bergerak yang terletak di membran, yang mengubah posisinya saat tekanan berubah, dan cermin tembus pandang stasioner yang sejajar dengan pelat kaca.

Atas dasar ini, FISO Technologies memproduksi transduser tekanan sensitif mikroskopis dengan diameter hanya 0,55 mm yang dengan mudah melewati lubang jarum. Dengan bantuan kateter, sensor mini dimasukkan ke dalam volume yang dipelajari, di dalamnya tekanan diukur.

Serat optik terhubung ke sensor cerdas, di mana, di bawah kendali mikroprosesor, sumber cahaya monokromatik yang dimasukkan ke dalam serat dihidupkan, intensitas fluks cahaya yang dipantulkan kembali diukur, tekanan eksternal pada sensor dihitung dari data kalibrasi dan ditampilkan di layar. Dalam kedokteran, misalnya, sensor semacam itu digunakan untuk memantau tekanan intrakranial, mengukur tekanan darah di arteri paru-paru, yang tidak dapat dicapai dengan cara lain.