Nykyään teollisuudessa ei käytetä elohopeabarometrejä, vaan varsin nykyaikaisia ja luotettavia antureita. Niiden toimintaperiaate vaihtelee suunnitteluominaisuuksien mukaan. Kaikilla on sekä etuja että tiettyjä haittoja. Elektroniikan kehityksen ansiosta on mahdollista toteuttaa antureita puolijohdeelementtien paineen mittaamiseen.
Mitä ovat elektroniset anturit?
Veden tai minkä tahansa muun nesteen elektroniset paineanturit ovat laitteita, joiden avulla voit mitata parametreja ja käsitellä niitä erityisillä ohjaus- ja näyttöyksiköillä. Paineanturi on laite, jonka lähtöparametrit riippuvat suoraan paineesta mitattavassa paikassa (säiliö, putket jne.). Lisäksi niillä voidaan mitata mitä tahansa ainetta eri aggregaattitiloissa - nestemäisiä, höyryjä, kaasumaisia.
Tällaisten tarveLaitteet johtuvat siitä, että lähes koko teollisuus on rakennettu automaattisten ohjausjärjestelmien varaan. Henkilö suorittaa vain konfiguroinnin, kalibroinnin, huollon ja käynnistyksen (pysäytys). Mikä tahansa järjestelmä toimii automaattisesti. Mutta tällaisia laitteita käytetään usein myös lääketieteessä.
Elementin suunnitteluominaisuudet
Kaikki anturit koostuvat herkästä elementistä - sen avulla välitetään vaikutus muuntimeen. Myös suunnittelussa on signaalinkäsittelypiiri ja kotelo. Seuraavat paineanturit voidaan erottaa:
- Pietsosähköinen.
- Resistiivinen.
- Kapasitiivinen.
- Piezo resonant.
- Magneettinen (induktiivinen).
- Optoelektroniikka.
Ja nyt tarkastellaan jokaista laitetyyppiä tarkemmin.
Resistiiviset elementit
Nämä ovat laitteita, joissa anturielementti muuttaa vastustaan kuormituksen vaikutuksesta. Herkälle kalvolle on asennettu venymämittari. Kalvo taipuu paineen alaisena, myös venymämittarit alkavat liikkua. Samalla niiden vastus muuttuu. Tämän seurauksena muuntajapiirin virranvoimakkuus muuttuu.
Vennysmittarien elementtejä venytettäessä pituus kasvaa ja poikkipinta-ala pienenee. Tuloksena on vastustuskyvyn kasvu. Käänteinen prosessi havaitaan, kun elementit puristetaan. Tietenkin vastus muuttuu ohmin tuhannesosilla, joten tarvitset tämän saadaksesi kiinnilaita erikoisvahvistimet puolijohteisiin.
Pietsosähköiset anturit
Pietsosähköinen elementti on laitteen suunnittelun perusta. Kun muodonmuutos tapahtuu, pietsoelementti alkaa tuottaa tietyn signaalin. Elementti asennetaan väliaineeseen, jonka painetta mitataan. Käytön aikana virtapiirissä oleva virta on suoraan verrannollinen paineen muutokseen.
Tällaisilla laitteilla on yksi ominaisuus - ne eivät salli sinun seurata painetta, jos se on vakio. Siksi sitä käytetään yksinomaan siinä tapauksessa, että paine muuttuu jatkuvasti. Mitatun arvon vakioarvolla sähköistä impulssia ei synny.
Pietsoresonanssielementit
Nämä elementit toimivat hieman eri tavalla. Kun jännite kytketään, pietsosähköinen elementti deformoituu. Mitä suurempi jännitys, sitä suurempi muodonmuutos. Laitteen perustana on pietsosähköisestä materiaalista valmistettu resonaattorilevy. Siinä on elektrodit molemmilla puolilla. Heti kun niihin kytketään jännite, materiaali alkaa täristä. Tässä tapauksessa levy taivutetaan yhteen tai toiseen suuntaan. Värähtelyn nopeus riippuu elektrodeihin kohdistetun virran taajuudesta.
Mutta jos ulkopuolelta tuleva voima vaikuttaa levyyn, levyn värähtelytaajuudessa tapahtuu muutos. Autoissa käytetty elektroninen ilmanpaineanturi toimii tällä periaatteella. Sen avulla voit arvioida ajoneuvon polttoainejärjestelmään syötetyn ilman absoluuttisen paineen.
Kapasitiiviset laitteet
Nämä laitteet ovat suosituimpia,koska niiden rakenne on yksinkertainen, ne toimivat vakaasti ja ovat vaatimattomia huollossa. Suunnittelu koostuu kahdesta elektrodista, jotka sijaitsevat tietyllä etäisyydellä toisistaan. Se osoittautuu eräänlaiseksi kondensaattoriksi. Yksi sen levyistä on kalvo, paine (mitattu) vaikuttaa siihen. Tämän seurauksena levyjen välinen rako muuttuu (suhteessa paineeseen). Koulun fysiikan kurssista tiedät, että kondensaattorin kapasitanssi riippuu levyjen pinta-alasta ja niiden välisestä etäisyydestä.
Paineanturissa työskennellessä vain levyjen välinen etäisyys muuttuu - tämä riittää parametrien mittaamiseen. Elektroniset öljynpaineanturit on rakennettu täsmälleen tämän kaavion mukaisesti. Tämän tyyppisten rakenteiden edut ovat ilmeisiä - ne voivat toimia missä tahansa ympäristössä, jopa aggressiivisissa. Suuret lämpötilaerot, sähkömagneettiset aallot eivät vaikuta niihin.
Induktiiviset anturit
Toimintaperiaate on vähän samanlainen kuin edellä käsitellyt kapasitiiviset. Tietylle etäisyydelle magneettipiiristä Ш-kirjaimen muotoinen paineherkkä johtava kalvo (sen ympärille on kierretty kela).
Kun käämiin syötetään jännite, syntyy magneettivuo. Se kulkee sekä ydintä pitkin että raon, johtavan kalvon, läpi. Virtaus sulkeutuu, ja koska raon läpäisevyys on noin 1000 kertaa pienempi kuin sydämen, pienikin muutos siinä johtaa suhteellisiin vaihteluihin induktanssiarvoissa.
Optoelektroniikkaanturit
Ne vain havaitsevat paineen ja niillä on korkea resoluutio. Niillä on korkea herkkyys ja lämpöstabiilisuus. Ne toimivat valon häiriön perusteella käyttämällä Fabry-Perot-interferometriä pienten siirtymien mittaamiseen. Tällaiset elektroniset paineanturit ovat erittäin harvinaisia, mutta ne ovat varsin lupaavia.
Laitteen pääkomponentit:
- Optinen anturikide.
- Aperture.
- LED.
- Ilmasin (koostuu kolmesta valodiodista).
Faby-Perot-optiset suodattimet, joiden paksuus vaihtelee hieman, on kiinnitetty kahteen valodiodiin. Suodattimet ovat piipeilejä, joissa on heijastava etupinta. Ne on peitetty piioksidikerroksella, pinnalle levitetään ohut kerros alumiinia. Optinen muunnin on hyvin samanlainen kuin kapasitiivinen paineanturi.
