Ngày nay, không phải khí áp kế có thủy ngân được sử dụng trong công nghiệp, mà là các cảm biến khá hiện đại và đáng tin cậy. Nguyên tắc hoạt động của chúng khác nhau tùy thuộc vào tính năng thiết kế. Tất cả đều có cả ưu điểm và nhược điểm nhất định. Nhờ sự phát triển của điện tử, người ta có thể nhận ra các cảm biến để đo áp suất trên các phần tử bán dẫn.
Cảm biến điện tử là gì?
Cảm biến áp suất điện tử cho nước hoặc bất kỳ chất lỏng nào khác là thiết bị cho phép bạn đo các thông số và xử lý chúng với các bộ phận điều khiển và hiển thị đặc biệt. Cảm biến áp suất là một thiết bị có các thông số đầu ra phụ thuộc trực tiếp vào áp suất tại nơi được đo (bể chứa, đường ống, v.v.). Hơn nữa, chúng có thể được sử dụng để đo bất kỳ chất nào ở các trạng thái tổng hợp khác nhau - lỏng, hơi, khí.
Nhu cầu như vậythiết bị gây ra bởi thực tế là hầu như toàn bộ ngành công nghiệp được xây dựng trên hệ thống điều khiển tự động. Một người chỉ thực hiện cấu hình, hiệu chuẩn, bảo trì và khởi động (dừng). Bất kỳ hệ thống nào cũng hoạt động tự động. Nhưng những thiết bị như vậy cũng thường được sử dụng trong y tế.
Tính năng thiết kế phần tử
Bất kỳ cảm biến nào cũng bao gồm một phần tử nhạy cảm - với sự trợ giúp của nó thì hiệu ứng trên bộ chuyển đổi sẽ được truyền đi. Ngoài ra trong thiết kế còn có một mạch xử lý tín hiệu và một vỏ bọc. Có thể phân biệt các loại cảm biến áp suất sau:
- Áp điện.
- Điện trở.
- Điện dung.
- Piezo cộng hưởng.
- Từ tính (quy nạp).
- Quang điện tử.
Và bây giờ chúng ta hãy xem xét từng loại thiết bị chi tiết hơn.
Phần tử điện trở
Đây là các thiết bị trong đó phần tử cảm biến thay đổi điện trở của nó dưới tác động của tải. Một máy đo biến dạng được lắp trên màng nhạy cảm. Màng uốn cong dưới áp lực, đồng hồ đo biến dạng cũng bắt đầu di chuyển. Đồng thời, sức đề kháng của họ cũng thay đổi. Do đó, có sự thay đổi cường độ dòng điện trong mạch chuyển đổi.
Khi kéo căng các phần tử của đồng hồ đo biến dạng, chiều dài tăng lên và diện tích mặt cắt ngang giảm. Kết quả là tăng sức đề kháng. Quá trình ngược lại được quan sát khi các phần tử được nén. Tất nhiên, điện trở thay đổi theo phần nghìn ohm, vì vậy để nắm bắt được điều này, bạn cầnđặt các bộ khuếch đại đặc biệt trên chất bán dẫn.
Cảm biến áp điện
Phần tử áp điện là cơ sở thiết kế của thiết bị. Khi biến dạng xảy ra, phần tử piezo bắt đầu tạo ra một tín hiệu nhất định. Phần tử được lắp đặt trong môi trường có áp suất được đo. Trong quá trình hoạt động, dòng điện trong mạch sẽ tỷ lệ thuận với sự thay đổi của áp suất.
Những thiết bị như vậy có một tính năng - chúng không cho phép bạn theo dõi áp suất nếu nó không đổi. Do đó, nó được sử dụng riêng trong trường hợp áp suất liên tục thay đổi. Ở một giá trị không đổi của giá trị đo được, việc tạo ra xung điện sẽ không được thực hiện.
Các yếu tố cộng hưởngPiezo
Những yếu tố này hoạt động hơi khác một chút. Khi có hiệu điện thế thì phần tử áp điện biến dạng. Ứng suất càng cao thì độ biến dạng càng lớn. Cơ sở của thiết bị là một tấm cộng hưởng làm bằng vật liệu áp điện. Nó có các điện cực ở cả hai mặt. Ngay sau khi điện áp được đặt vào chúng, vật liệu bắt đầu dao động. Trong trường hợp này, tấm được uốn cong theo hướng này hoặc hướng khác. Tốc độ dao động phụ thuộc vào tần số của dòng điện chạy vào các điện cực.
Nhưng nếu một lực từ bên ngoài tác dụng lên tấm thì tần số dao động của tấm sẽ thay đổi. Cảm biến áp suất không khí điện tử dùng trong ô tô hoạt động dựa trên nguyên lý này. Nó cho phép bạn đánh giá áp suất tuyệt đối của không khí được cung cấp cho hệ thống nhiên liệu của xe.
Thiết bị điện dung
Những thiết bị này là phổ biến nhất,vì chúng có thiết kế đơn giản, chúng hoạt động ổn định và không tốn kém trong việc bảo trì. Thiết kế gồm hai điện cực nằm cách nhau một khoảng nhất định. Nó chỉ ra một loại tụ điện. Một trong những tấm của nó là một màng, áp suất (đo được) tác động lên nó. Kết quả là, khoảng cách giữa các tấm thay đổi (tỷ lệ với áp suất). Từ khóa học vật lý ở trường của bạn, bạn biết rằng điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bề mặt của các tấm và khoảng cách giữa chúng.
Khi làm việc trong cảm biến áp suất, chỉ có khoảng cách giữa các tấm thay đổi - điều này khá đủ để đo các thông số. Cảm biến áp suất dầu điện tử được chế tạo chính xác theo sơ đồ này. Ưu điểm của loại cấu trúc này là rõ ràng - chúng có thể hoạt động trong mọi môi trường, ngay cả những môi trường hung hãn. Chúng không bị ảnh hưởng bởi sự chênh lệch nhiệt độ lớn, sóng điện từ.
Cảm ứng
Nguyên tắc hoạt động từ xa tương tự như các nguyên lý hoạt động điện dung đã thảo luận ở trên. Một màng dẫn điện nhạy cảm với áp suất được lắp đặt ở một khoảng cách nhất định từ mạch từ theo hình dạng của chữ Ш (một cuộn cảm được quấn xung quanh nó).
Khi đặt điện áp vào cuộn dây, một từ thông được tạo ra. Nó đi qua cả lõi và qua khe hở, màng dẫn điện. Dòng chảy đóng lại, và vì khe hở có độ từ thẩm thấp hơn khoảng 1000 lần so với lõi, nên ngay cả một sự thay đổi nhỏ trong nó cũng dẫn đến biến động tỷ lệ trong các giá trị điện cảm.
Quang điện tửcảm biến
Chúng chỉ đơn giản là phát hiện áp suất, có độ phân giải cao. Chúng có độ nhạy và độ ổn định nhiệt cao. Chúng hoạt động trên cơ sở giao thoa ánh sáng, sử dụng giao thoa kế Fabry-Perot để đo các dịch chuyển nhỏ. Cảm biến áp suất điện tử như vậy cực kỳ hiếm, nhưng chúng khá hứa hẹn.
Các thành phần chính của thiết bị:
- Tinh thể đầu dò quang học.
- Khẩu độ.
- LED.
- Detector (bao gồm ba điốt quang).
Bộ lọc quang họcFaby-Perot, có độ dày khác biệt một chút, được gắn vào hai điốt quang. Bộ lọc là những tấm gương silicon với bề mặt phản chiếu phía trước. Chúng được bao phủ bởi một lớp oxit silic, một lớp nhôm mỏng được phủ lên bề mặt. Bộ chuyển đổi quang học rất giống với cảm biến áp suất điện dung.
