Heute werden in der Industrie keine Barometer mit Quecksilber verwendet, sondern recht moderne und zuverlässige Sensoren. Ihr Funktionsprinzip unterscheidet sich je nach Konstruktionsmerkmalen. Alle haben sowohl Vor- als auch gewisse Nachteile. Dank der Entwicklung der Elektronik ist es möglich, Sensoren zur Druckmessung an Halbleiterelementen zu realisieren.
Was sind elektronische Sensoren?
Elektronische Drucksensoren für Wasser oder andere Flüssigkeiten sind Geräte, mit denen Sie Parameter messen und mit speziellen Steuer- und Anzeigeeinheiten verarbeiten können. Ein Drucksensor ist ein Gerät, dessen Ausgangsparameter direkt vom Druck am gemessenen Ort (Tank, Rohre usw.) abhängen. Darüber hinaus können sie zur Messung beliebiger Substanzen in verschiedenen Aggregatzuständen – flüssig, dampfförmig, gasförmig – verwendet werden.
Die Notwendigkeit dafürGeräte wird dadurch verursacht, dass fast die gesamte Industrie auf automatischen Steuerungssystemen aufgebaut ist. Eine Person führt nur Konfiguration, Kalibrierung, Wartung und Inbetriebnahme (Stopp) durch. Jedes System funktioniert automatisch. Aber auch in der Medizin werden solche Geräte oft eingesetzt.
Elementdesignmerkmale
Alle Sensoren bestehen aus einem empfindlichen Element - mit seiner Hilfe wird die Wirkung auf den Konverter übertragen. Auch im Design gibt es eine Sch altung zur Signalverarbeitung und ein Gehäuse. Folgende Arten von Drucksensoren können unterschieden werden:
- Piezoelektrisch.
- Widerstand.
- Kapazitiv.
- Piezo resonant.
- Magnetisch (induktiv).
- Optoelektronisch.
Und nun schauen wir uns jeden Gerätetyp genauer an.
Widerstandselemente
Das sind Geräte, bei denen der Messfühler seinen Widerstand unter dem Einfluss einer Last ändert. Auf der empfindlichen Membran ist ein Dehnungsmessstreifen angebracht. Die Membran biegt sich unter Druck, auch die Dehnungsmessstreifen beginnen sich zu bewegen. Gleichzeitig ändert sich ihr Widerstand. Dadurch ändert sich die Stromstärke im Stromrichterkreis.
Beim Dehnen der Elemente von Dehnungsmessstreifen nimmt die Länge zu und die Querschnittsfläche ab. Die Folge ist eine Erhöhung des Widerstands. Der umgekehrte Vorgang wird beobachtet, wenn die Elemente komprimiert werden. Natürlich ändert sich der Widerstand um Tausendstel Ohm. Um dies zu erfassen, müssen Sie alsoSetzen Sie spezielle Verstärker auf Halbleiter.
Piezoelektrische Sensoren
Das piezoelektrische Element ist die Grundlage für das Design des Geräts. Wenn eine Verformung auftritt, beginnt das Piezoelement, ein bestimmtes Signal zu erzeugen. Das Element wird in das Medium eingebaut, dessen Druck gemessen werden soll. Während des Betriebs ist der Strom im Sch altkreis direkt proportional zur Druckänderung.
Solche Geräte haben eine Funktion - sie erlauben es Ihnen nicht, den Druck zu verfolgen, wenn er konstant ist. Daher wird es ausschließlich in dem Fall verwendet, in dem sich der Druck ständig ändert. Bei einem konstanten Wert des Messwertes erfolgt keine Erzeugung eines elektrischen Impulses.
Piezo-Resonanzelemente
Diese Elemente funktionieren etwas anders. Beim Anlegen einer Spannung verformt sich das piezoelektrische Element. Je höher die Spannung, desto größer die Verformung. Die Basis des Geräts ist eine Resonanzplatte aus piezoelektrischem Material. Es hat Elektroden auf beiden Seiten. Sobald Spannung an sie angelegt wird, beginnt das Material zu schwingen. In diesem Fall wird die Platte in die eine oder andere Richtung gebogen. Die Vibrationsgeschwindigkeit hängt von der Frequenz des Stroms ab, der an die Elektroden angelegt wird.
Wirkt aber eine Kraft von außen auf die Platte, dann ändert sich die Schwingungsfrequenz der Platte. Nach diesem Prinzip arbeitet der elektronische Luftdrucksensor im Automobil. Damit können Sie den absoluten Druck der dem Kraftstoffsystem des Fahrzeugs zugeführten Luft bewerten.
Kapazitive Geräte
Diese Geräte sind die beliebtesten,Da sie ein einfaches Design haben, arbeiten sie stabil und sind unprätentiös in der Wartung. Das Design besteht aus zwei Elektroden, die in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Es stellt sich eine Art Kondensator heraus. Eine ihrer Platten ist eine Membran, auf die Druck (gemessen) einwirkt. Dadurch verändert sich der Sp alt zwischen den Platten (proportional zum Druck). Aus Ihrem Schulphysikkurs wissen Sie, dass die Kapazität eines Kondensators von der Oberfläche der Platten und dem Abstand zwischen ihnen abhängt.
Beim Einarbeiten in einen Drucksensor ändert sich nur der Abstand zwischen den Platten - das reicht völlig aus, um die Parameter zu messen. Elektronische Öldrucksensoren sind genau nach diesem Schema aufgebaut. Die Vorteile dieser Art von Strukturen liegen auf der Hand - sie können in jeder Umgebung funktionieren, sogar in aggressiven. Sie werden nicht von großen Temperaturunterschieden oder elektromagnetischen Wellen beeinflusst.
Induktive Sensoren
Das Funktionsprinzip ähnelt entfernt den oben besprochenen kapazitiven. Eine druckempfindliche leitfähige Membran wird in einem bestimmten Abstand vom Magnetkreis in Form des Buchstabens Ø installiert (um eine Induktivität gewickelt).
Wenn Spannung an die Spule angelegt wird, entsteht ein magnetischer Fluss. Es passiert sowohl entlang des Kerns als auch durch den Sp alt die leitfähige Membran. Die Strömung schließt sich, und da der Sp alt eine etwa 1000-mal geringere Permeabilität als der Kern hat, führt selbst eine winzige Änderung derselben zu proportionalen Schwankungen der Induktivitätswerte.
OptoelektronischSensoren
Sie erkennen einfach Druck, haben eine hohe Auflösung. Sie haben eine hohe Empfindlichkeit und thermische Stabilität. Sie arbeiten auf der Basis von Lichtinterferenz und verwenden ein Fabry-Perot-Interferometer, um kleine Verschiebungen zu messen. Solche elektronischen Drucksensoren sind extrem selten, aber vielversprechend.
Die Hauptkomponenten des Geräts:
- Optischer Wandlerkristall.
- Blende.
- LED.
- Detektor (besteht aus drei Fotodioden).
Optische Filter von Faby-Perot, die einen geringen Dickenunterschied aufweisen, sind an zwei Fotodioden angebracht. Filter sind Siliziumspiegel mit einer reflektierenden Vorderfläche. Sie sind mit einer Schicht aus Siliziumoxid bedeckt, auf die Oberfläche wird eine dünne Aluminiumschicht aufgetragen. Ein optischer Wandler ist einem kapazitiven Drucksensor sehr ähnlich.
