Oggi nell'industria non vengono utilizzati barometri a mercurio, ma sensori abbastanza moderni e affidabili. Il loro principio di funzionamento varia a seconda delle caratteristiche del design. Tutti hanno sia vantaggi che alcuni svantaggi. Grazie allo sviluppo dell'elettronica, è possibile realizzare sensori per la misura della pressione su elementi semiconduttori.
Cosa sono i sensori elettronici?
I sensori di pressione elettronici per acqua o qualsiasi altro liquido sono dispositivi che consentono di misurare parametri ed elaborarli con apposite unità di controllo e visualizzazione. Un sensore di pressione è un dispositivo i cui parametri di uscita dipendono direttamente dalla pressione nel luogo misurato (serbatoio, tubi, ecc.). Inoltre, possono essere utilizzati per misurare qualsiasi sostanza in vari stati aggregati: liquido, vapore, gassoso.
Il bisogno di questodispositivi è causato dal fatto che quasi l'intero settore è costruito su sistemi di controllo automatico. Una persona esegue solo la configurazione, la calibrazione, la manutenzione e l'avviamento (arresto). Qualsiasi sistema funziona automaticamente. Ma tali dispositivi sono spesso usati anche in medicina.
Caratteristiche del design degli elementi
Qualsiasi sensore è costituito da un elemento sensibile - è con il suo aiuto che viene trasmesso l'effetto sul convertitore. Anche nel design è presente un circuito per l'elaborazione del segnale e un alloggiamento. Si possono distinguere i seguenti tipi di sensori di pressione:
- Piezoelettrico.
- Resistivo.
- Capacitivo.
- Risonanza piezoelettrica.
- Magnetico (induttivo).
- Optoelettronica.
E ora esaminiamo ogni tipo di dispositivo in modo più dettagliato.
Elementi resistivi
Si tratta di dispositivi in cui l'elemento sensibile cambia la sua resistenza sotto l'influenza di un carico. Un estensimetro è installato sulla membrana sensibile. La membrana si piega sotto pressione, anche gli estensimetri iniziano a muoversi. Allo stesso tempo, la loro resistenza cambia. Di conseguenza, c'è un cambiamento nell'intensità della corrente nel circuito del convertitore.
Quando si allungano gli elementi degli estensimetri, la lunghezza aumenta e l'area della sezione trasversale diminuisce. Il risultato è un aumento della resistenza. Il processo inverso si osserva quando gli elementi vengono compressi. Naturalmente, la resistenza cambia di millesimi di ohm, quindi per catturarlo, è necessariometti amplificatori speciali sui semiconduttori.
Sensori piezoelettrici
L'elemento piezoelettrico è alla base del design del dispositivo. Quando si verifica la deformazione, l'elemento piezoelettrico inizia a generare un certo segnale. L'elemento è installato nel fluido di cui si vuole misurare la pressione. Durante il funzionamento, la corrente nel circuito sarà direttamente proporzionale alla variazione di pressione.
Tali dispositivi hanno una caratteristica: non consentono di monitorare la pressione se è costante. Pertanto, viene utilizzato esclusivamente nel caso in cui la pressione sia in continua evoluzione. A valore costante del valore misurato, la generazione di un impulso elettrico non verrà eseguita.
Elementi risonanti piezoelettrici
Questi elementi funzionano in modo leggermente diverso. Quando viene applicata la tensione, l'elemento piezoelettrico si deforma. Maggiore è lo stress, maggiore è la deformazione. La base del dispositivo è una piastra risonante in materiale piezoelettrico. Ha elettrodi su entrambi i lati. Non appena viene applicata la tensione, il materiale inizia a vibrare. In questo caso, la piastra è piegata in una direzione o nell' altra. La velocità di vibrazione dipende dalla frequenza della corrente applicata agli elettrodi.
Ma se una forza dall'esterno agisce sul piatto, allora ci sarà un cambiamento nella frequenza di oscillazione del piatto. Il sensore elettronico della pressione dell'aria utilizzato nelle automobili funziona secondo questo principio. Consente di valutare la pressione assoluta dell'aria fornita al sistema di alimentazione del veicolo.
Dispositivi capacitivi
Questi dispositivi sono i più popolari,poiché hanno un design semplice, funzionano in modo stabile e sono senza pretese nella manutenzione. Il design è costituito da due elettrodi situati a una certa distanza l'uno dall' altro. Si scopre una specie di condensatore. Una delle sue piastre è una membrana, la pressione (misurata) agisce su di essa. Di conseguenza, lo spazio tra le piastre cambia (in proporzione alla pressione). Dal corso di fisica della tua scuola, sai che la capacità di un condensatore dipende dalla superficie delle piastre e dalla distanza tra loro.
Quando si lavora in un sensore di pressione, cambia solo la distanza tra le piastre - questo è abbastanza per misurare i parametri. I sensori elettronici di pressione dell'olio sono costruiti esattamente secondo questo schema. I vantaggi di questo tipo di strutture sono evidenti: possono funzionare in qualsiasi ambiente, anche aggressivo. Non sono influenzati da grandi differenze di temperatura, onde elettromagnetiche.
Sensori induttivi
Il principio di funzionamento è lontanamente simile a quelli capacitivi discussi sopra. Una membrana conduttiva sensibile alla pressione è installata a una certa distanza dal circuito magnetico a forma di lettera Ш (un induttore è avvolto attorno ad essa).
Quando viene applicata tensione alla bobina, viene creato un flusso magnetico. Passa sia lungo il nucleo che attraverso la fessura, la membrana conduttiva. Il flusso si chiude e poiché il gap ha una permeabilità di circa 1000 volte inferiore a quella del nucleo, anche un minimo cambiamento in esso porta a fluttuazioni proporzionali nei valori di induttanza.
Optoelettronicasensori
Rilevano semplicemente la pressione, hanno un' alta risoluzione. Hanno un'elevata sensibilità e stabilità termica. Funzionano sulla base dell'interferenza della luce, utilizzando un interferometro Fabry-Perot per misurare piccoli spostamenti. Tali sensori di pressione elettronici sono estremamente rari, ma sono piuttosto promettenti.
I componenti principali del dispositivo:
- Cristallo trasduttore ottico.
- Apertura.
- LED.
- Rivelatore (composto da tre fotodiodi).
Filtri ottici Faby-Perot, che hanno una leggera differenza di spessore, sono attaccati a due fotodiodi. I filtri sono specchi in silicone con una superficie frontale riflettente. Sono ricoperti da uno strato di ossido di silicio, sulla superficie viene applicato un sottile strato di alluminio. Un trasduttore ottico è molto simile a un sensore di pressione capacitivo.
