Sensors elèctrics de pressió

Avui dia, per mesurar la pressió en diverses àrees de la indústria, no només s'utilitzen baròmetres de mercuri i aneroides, sinó també diversos sensors que es diferencien tant pel principi de funcionament com pels avantatges i inconvenients inherents a cada tipus d'aquests sensors. L'electrònica moderna permet la implementació de sensors de pressió directament sobre una base elèctrica i electrònica.

Aleshores, què entenem amb el terme "sensor de pressió elèctrica"? Què són els sensors elèctrics de pressió? Com estan disposats i quines funcions tenen? Finalment, quin sensor de pressió hauríeu de triar perquè sigui el més adequat per a un propòsit concret? Ho descobrirem al llarg d'aquest article.

En primer lloc, anem a definir el terme en si. Un sensor de pressió és un dispositiu els paràmetres de sortida del qual depenen de la pressió mesurada. El medi de prova pot ser un vapor, un líquid o algun gas, depenent de l'aplicació d'un sensor particular.

Els sistemes moderns requereixen eines de precisió d'aquest tipus com a components importants dels sistemes d'automatització per a l'energia, el petroli, el gas, l'alimentació i moltes altres indústries.Els transductors de pressió en miniatura són vitals en medicina.

Cada sensor de pressió elèctrica inclou: un element sensible que serveix per transmetre el xoc al transductor primari, un circuit de processament de senyal i una carcassa. Principalment els sensors de pressió elèctrics es divideixen en:

• Resistiu (tensoresistiu);

• Piezoelèctric;

• Piezoressonància;

• Capacitiu;

• Inductiu (magnètic);

• Optoelectrònica.

Sensor de pressió resistent o extensomètric Aquest és un dispositiu l'element sensible del qual modifica la seva resistència elèctrica sota l'acció d'una càrrega deformant. Els extensòmetres es munten sobre una membrana sensible que es doblega sota pressió i doblega els extensímetres que hi estan connectats. La resistència dels extensometres canvia i la magnitud del corrent al circuit primari del convertidor canvia en conseqüència.

Estirar els elements conductors de cada extensímetre provoca un augment de la longitud i una disminució de la secció transversal, donant lloc a un augment de la resistència. En compressió és el contrari. Els canvis relatius en la resistència es mesuren en mil·lèsimes, de manera que s'utilitzen amplificadors de precisió amb ADC en circuits de processament de senyal. Així, la deformació es converteix en un canvi en la resistència elèctrica d'un semiconductor o conductor i després en un senyal de tensió.

Els extensometres solen ser un element conductor o semiconductor en ziga-zaga aplicat a una base flexible que s'adhereix a la membrana. El substrat sol estar fet de mica, paper o pel·lícula de polímer, i l'element conductor és una làmina, un cable prim o un semiconductor ruixat al buit sobre metall.La connexió de l'element sensible de la galga extensomètrica al circuit de mesura es realitza mitjançant coixinets o cables de contacte. Els extensometres solen tenir una àrea de 2 a 10 mm quadrats.

Sensors de cèl·lules de càrrega ideal per estimar els nivells de pressió, la resistència a la compressió i la mesura del pes.

El següent tipus de sensor de pressió elèctrica és el piezoelèctric... Aquí, l'element piezoelèctric actua com a element sensible, un element piezoelèctric basat en un piezoelèctric genera un senyal elèctric quan es deforma, aquest és l'anomenat efecte piezoelèctric directe. L'element piezoelèctric es col·loca al medi mesurat i aleshores el corrent al circuit del transductor serà proporcional en magnitud al canvi de pressió en aquest medi.

Com que l'aparició de l'efecte piezoelèctric requereix un canvi precís de pressió en lloc d'una pressió constant, aquest tipus de transductor de pressió només és adequat per a la mesura de pressió dinàmica. Si la pressió és constant, el procés de deformació de l'element piezoelèctric no es produirà i el corrent no serà generat pel piezoelèctric.

Els sensors de pressió piezoelèctrics s'utilitzen, per exemple, en transductors de flux primari de comptadors de vòrtex per a aigua, vapor, gas i altres mitjans homogenis. Aquests sensors s'instal·len per parells en una canonada amb una obertura nominal de desenes a centenars de mil·límetres darrere del cos del flux i registren així vòrtexs la freqüència i el nombre dels quals són proporcionals al cabal volumètric i al cabal.

Considereu més sensors de pressió piezoressonants... En els sensors de pressió piezoressonants, funciona l'efecte piezoelèctric invers, en el qual el piezoelèctric es deforma sota l'acció de la tensió aplicada, i com més gran és la tensió, més forta és la deformació. El sensor es basa en un ressonador en forma de placa piezoelèctrica, a ambdós costats de la qual s'adjunten elèctrodes.

Quan s'aplica una tensió alterna als elèctrodes, el material de la placa vibra, es doblega en una direcció o una altra, i la freqüència de les vibracions és igual a la freqüència de la tensió aplicada. Tanmateix, si ara la placa es deforma aplicant-hi una força externa, per exemple a través d'una membrana sensible a la pressió, la freqüència de les oscil·lacions lliures del ressonador canviarà.

Per tant, la freqüència natural del ressonador reflectirà la quantitat de pressió sobre la membrana que pressiona el ressonador, donant lloc a un canvi de freqüència. Com a exemple, considereu un sensor de pressió absoluta basat en la ressonància piezoeléctrica.

La pressió mesurada es transmet a la cambra 1 a través de la connexió 12. La cambra 1 està separada per una membrana de la part sensible de mesura del dispositiu. El cos 2, la base 6 i la membrana 10 estan segellats junts per formar una segona cambra segellada. A la segona cambra segellada de la base 6 es fixen els suports 9 i 4, el segon dels quals està unit a la base 6 mitjançant un pont 3. El suport 4 serveix per fixar el ressonador sensible 5. El ressonador de suport 8 és fixat pel titular 9.

Sota l'acció de la pressió mesurada, la membrana 10 pressiona a través de la màniga 13 sobre la bola 14, que també està fixada al suport 4.La bola 14, al seu torn, prem el ressonador sensible 5. Els cables 7, fixats a la base 6, connecten els ressonadors 8 i 5 als generadors 16 i 17, respectivament. Per generar un senyal proporcional a la magnitud de la pressió absoluta, s'utilitza el circuit 15, que genera un senyal de sortida a partir de la diferència de freqüències del ressonador. El sensor en si es col·loca en un termòstat actiu 18, que manté una temperatura constant de 40 ° C.

Alguns dels més senzills són sensors de pressió capacitius... Els dos elèctrodes plans i el buit entre ells formen un condensador. Un dels elèctrodes és una membrana sobre la qual actua la pressió mesurada, la qual cosa comporta un canvi en el gruix de l'espai entre les plaques realment del condensador. És ben sabut que la capacitat d'un condensador pla canvia amb un canvi en la mida de l'espai per a una àrea constant de les plaques, per tant, per detectar fins i tot canvis molt petits de pressió, els sensors capacitius són molt, molt efectius.

Els sensors de pressió capacitius de petites dimensions permeten mesurar la sobrepressió en líquids, gasos, vapor. Els sensors de pressió capacitius són útils en diversos processos industrials amb sistemes hidràulics i pneumàtics, en compressors, en bombes, en màquines eina. El disseny del sensor és resistent a temperatures extremes i vibracions, immune a interferències electromagnètiques i condicions ambientals agressives.

Un altre tipus de sensors de pressió elèctrics, remotament similars als sensors capacitius - inductius o magnètics... La membrana conductora sensible a la pressió es troba a una certa distància del circuit magnètic prim en forma de W, al nucli central del qual s'enrotlla la bobina.S'estableix un cert espai d'aire entre la membrana i el circuit magnètic.

Quan s'aplica una tensió a la bobina, el corrent que hi ha crea un flux magnètic que passa tant pel propi circuit magnètic com per l'entrefer i per la membrana, tancant-se. Com que la permeabilitat magnètica al buit és aproximadament 1000 vegades més petita que al circuit magnètic i a la membrana, fins i tot un petit canvi en el gruix del buit condueix a un canvi notable en la inductància del circuit.

Sota la influència de la pressió mesurada, el diafragma del sensor es doblega i la complexa resistència de la bobina canvia. El transductor converteix aquest canvi en un senyal elèctric. La part de mesura del convertidor es fa segons el circuit del pont, on la bobina del sensor està inclosa en un dels braços. Mitjançant un ADC, el senyal de la part de mesura es converteix en un senyal elèctric proporcional a la pressió mesurada.

L'últim tipus de sensor de pressió que veurem són els sensors optoelectrònics... Són bastant senzills de detectar pressió, tenen una alta resolució, tenen una gran sensibilitat i són tèrmicament estables. Funcionant sobre la base de la interferència de la llum, utilitzant un interferòmetre Fabry-Perot per mesurar petits desplaçaments, aquests sensors són especialment prometedors. Un cristall convertidor òptic amb una obertura, un LED i un detector format per tres fotodíodes són les parts principals d'aquest sensor.

Els filtres òptics Fabi-Perot amb una petita diferència de gruix estan connectats a dos fotodíodes. Aquests filtres són miralls de silici reflectants de la superfície frontal coberts amb una capa d'òxid de silici, a la superfície de la qual es diposita una fina capa d'alumini.

El transductor òptic és similar a un sensor de pressió capacitiu, el diafragma format per gravat en un substrat de silici monocristal·lí està cobert amb una fina capa de metall. La part inferior de la placa de vidre també té un recobriment metàl·lic. Hi ha un buit d'amplada w entre la placa de vidre i el substrat de silici, obtingut mitjançant dos separadors.

Dues capes de metall formen un interferòmetre Fabia-Perot amb un entrefer w variable, que inclou: un mirall mòbil situat a la membrana, que canvia de posició quan la pressió canvia, i un mirall translúcid estacionari paral·lel a aquest sobre una placa de vidre.

Sobre aquesta base, FISO Technologies produeix transductors de pressió microscòpics sensibles amb un diàmetre de només 0,55 mm que passen fàcilment per l'ull de l'agulla. Amb l'ajuda d'un catèter, s'insereix un mini-sensor al volum estudiat, dins del qual es mesura la pressió.

La fibra òptica està connectada a un sensor intel·ligent, en el qual, sota el control d'un microprocessador, s'encén una font de llum monocromàtica introduïda a la fibra, es mesura la intensitat del flux de llum retroreflectat, la pressió externa sobre el El sensor es calcula a partir de les dades de calibratge i es mostra a la pantalla. En medicina, per exemple, aquests sensors s'utilitzen per controlar la pressió intracranial, per mesurar la pressió arterial a les artèries pulmonars, a la qual no es pot arribar de cap altra manera.