Tegenwoordig worden in de industrie geen barometers met kwik gebruikt, maar vrij moderne en betrouwbare sensoren. Hun werkingsprincipe verschilt afhankelijk van de ontwerpkenmerken. Ze hebben allemaal zowel voordelen als bepaalde nadelen. Dankzij de ontwikkeling van elektronica is het mogelijk sensoren te realiseren voor het meten van druk op halfgeleiderelementen.
Wat zijn elektronische sensoren?
Elektronische druksensoren voor water of een andere vloeistof zijn apparaten waarmee u parameters kunt meten en verwerken met speciale besturings- en weergave-eenheden. Een druksensor is een apparaat waarvan de uitgangsparameters direct afhankelijk zijn van de druk op de gemeten plaats (tank, leidingen, enz.). Bovendien kunnen ze worden gebruikt om elke stof in verschillende aggregatietoestanden te meten - vloeistof, damp, gasvormig.
De behoefte aan zoietsapparaten wordt veroorzaakt doordat bijna de hele industrie is gebouwd op automatische besturingssystemen. Een persoon voert alleen configuratie, kalibratie, onderhoud en opstarten (stop) uit. Elk systeem werkt automatisch. Maar dergelijke apparaten worden ook vaak gebruikt in de geneeskunde.
Element ontwerpkenmerken
Elke sensor bestaat uit een gevoelig element - het is met zijn hulp dat het effect op de converter wordt overgedragen. Ook in het ontwerp zit een schakeling voor signaalverwerking en een behuizing. De volgende typen druksensoren kunnen worden onderscheiden:
- Piëzo-elektrisch.
- Resistief.
- Capacitieve.
- Piezo resonant.
- Magnetisch (inductief).
- Opto-elektronisch.
En laten we nu elk type apparaat in meer detail bekijken.
Weerstandselementen
Dit zijn apparaten waarbij het sensorelement zijn weerstand verandert onder invloed van een belasting. Op het gevoelige membraan is een rekstrookje geïnstalleerd. Het membraan buigt onder druk, ook de rekstrookjes beginnen te bewegen. Tegelijkertijd verandert hun weerstand. Als gevolg hiervan is er een verandering in de stroomsterkte in het convertercircuit.
Bij het uitrekken van de elementen van rekstrookjes neemt de lengte toe en neemt het dwarsdoorsnede-oppervlak af. Het resultaat is een toename van de weerstand. Het omgekeerde proces wordt waargenomen wanneer de elementen worden gecomprimeerd. Natuurlijk verandert de weerstand met duizendsten van een ohm, dus om dit op te vangen, heb je nodigzet speciale versterkers op halfgeleiders.
Piëzo-elektrische sensoren
Het piëzo-elektrische element vormt de basis van het ontwerp van het apparaat. Wanneer vervorming optreedt, begint het piëzo-element een bepaald signaal te genereren. Het element wordt geïnstalleerd in het medium waarvan de druk moet worden gemeten. Tijdens bedrijf zal de stroom in het circuit recht evenredig zijn met de verandering in druk.
Dergelijke apparaten hebben één functie: u kunt de druk niet volgen als deze constant is. Daarom wordt het uitsluitend gebruikt in het geval dat de druk voortdurend verandert. Bij een constante waarde van de gemeten waarde wordt er geen elektrische impuls gegenereerd.
Piezo-resonante elementen
Deze elementen werken een beetje anders. Wanneer er spanning wordt aangelegd, vervormt het piëzo-elektrische element. Hoe hoger de spanning, hoe groter de vervorming. De basis van het apparaat is een resonatorplaat gemaakt van piëzo-elektrisch materiaal. Het heeft aan beide zijden elektroden. Zodra er spanning op staat, begint het materiaal te trillen. In dit geval wordt de plaat in de ene of de andere richting gebogen. De trillingssnelheid hangt af van de frequentie van de stroom die op de elektroden wordt toegepast.
Maar als een kracht van buitenaf op de plaat inwerkt, zal er een verandering zijn in de oscillatiefrequentie van de plaat. De elektronische luchtdruksensor die in auto's wordt gebruikt, werkt volgens dit principe. Hiermee kunt u de absolute druk evalueren van de lucht die naar het brandstofsysteem van het voertuig wordt gevoerd.
Capacitieve apparaten
Deze apparaten zijn het populairst,omdat ze een eenvoudig ontwerp hebben, werken ze stabiel en zijn ze pretentieloos in onderhoud. Het ontwerp bestaat uit twee elektroden die zich op een bepaalde afstand van elkaar bevinden. Het blijkt een soort condensator te zijn. Een van de platen is een membraan, er wordt druk (gemeten) op uitgeoefend. Hierdoor verandert de spleet tussen de platen (evenredig met de druk). Van je natuurkundecursus op school weet je dat de capaciteit van een condensator afhangt van het oppervlak van de platen en de afstand ertussen.
Bij het werken in een druksensor verandert alleen de afstand tussen de platen - dit is voldoende om de parameters te meten. Elektronische oliedruksensoren zijn precies volgens dit schema gebouwd. De voordelen van dit soort constructies liggen voor de hand: ze kunnen in elke omgeving werken, zelfs in agressieve. Ze worden niet beïnvloed door grote temperatuurverschillen, elektromagnetische golven.
Inductieve sensoren
Het werkingsprincipe is in de verte vergelijkbaar met de hierboven besproken capacitieve. Op een bepaalde afstand van het magnetische circuit is een drukgevoelig geleidend membraan geïnstalleerd in de vorm van de letter Ш (er is een spoel omheen gewikkeld).
Wanneer er spanning op de spoel wordt gezet, wordt een magnetische flux gecreëerd. Het gaat zowel langs de kern als door de opening, het geleidende membraan. De stroom sluit zich en aangezien de opening een doorlaatbaarheid heeft van ongeveer 1000 keer minder dan die van de kern, leidt zelfs een kleine verandering daarin tot proportionele fluctuaties in de inductantiewaarden.
Opto-elektronischsensoren
Ze detecteren eenvoudig druk, hebben een hoge resolutie. Ze hebben een hoge gevoeligheid en thermische stabiliteit. Ze werken op basis van lichtinterferentie en gebruiken een Fabry-Perot interferometer om kleine verplaatsingen te meten. Dergelijke elektronische druksensoren zijn uiterst zeldzaam, maar ze zijn veelbelovend.
De belangrijkste componenten van het apparaat:
- Optisch transducerkristal.
- Diafragma.
- LED.
- Detector (bestaat uit drie fotodiodes).
Faby-Perot optische filters, die een klein verschil in dikte hebben, zijn bevestigd aan twee fotodiodes. Filters zijn siliconen spiegels met een reflecterend vooroppervlak. Ze zijn bedekt met een laag siliciumoxide, op het oppervlak wordt een dunne laag aluminium aangebracht. Een optische transducer lijkt erg op een capacitieve druksensor.
