Snímač tlaku: prevádzkový princíp

V moderných odvetviach rôznych smerov sú senzory merania tlaku široko používané. Slúžia na čo najpresnejšie meranie hodnôt v rôznych prostrediach a ďalšie vyhľadávanie údajov v elektrickej alebo digitálnej forme. Hlavné snímače sú rozdelené na optické, odporové, magnetické, piezoelektrické, kapacitné, ortuťové piezoresonancie

.

Senzorové zariadenie

V tomto prístroji sa môžu parametre meniť v závislosti od zmeny parametrov v médiu, ktorý sa má merať, napríklad kvapalina, plyn alebo para. V snímači sa charakteristiky média, ktoré sa majú merať, premenia na jednotný kód výstupu indikátorov na ukazovacie zariadenie.

Snímač pozostáva z primárneho meniča, ktorý obsahuje snímač tlaku, obvod na spracovanie sekundárnych signálov a rôzne časti krytu. V niektorých prípadoch je vybavený tesniacimi časťami pre pracovné podmienky vo vlhkom a korozívnom prostredí.

Klasifikácia pomôcok podľa princípu činnosti

Z princípu činnosti alebo metódy použitej na konverziu vstupného signálu na elektrický výstup sú meracie senzory klasifikované:

• Metóda tenzometrov. Citlivé položky produkujú meranie odporu, keď je podrobený tenzometer pripojené k pružnému členu, ktorý je deformovaný, keď je podrobený tlak.
• Piezorezívna metóda. Pracuje na základe citlivých častí kremíka. Prevodníky vyrobené z kremíka majú vysokú citlivosť vďaka možnosti meniť odpor polovodiča. Na meranie charakteristík v neagresívnom prostredí sa používa nízka cena, spôsob realizácie zariadenia, ak nie je senzor vybavený žiadnym stupňom ochrany. Pri prácu v prostredí, kde môže pomáhať v senzore agresívne látkou, snímač je vybavený utesnenom s oddeľovacou membránu z ocele, ktorá prenáša tlak tekutiny skrz kremík.
• Kapacitná metóda. Hlavnou časťou senzora, ktorý pracuje touto metódou, je kapacitná bunka. Jeho práca spočíva v zmene elektrickej kapacity medzi náplňou kondenzátora a meracej membrány v závislosti. Hlavnou výhodou je ochrana pred deformáciou, pri absencii tlaku membrána obnovuje svoj tvar, zatiaľ čo kalibrácia takéhoto snímača nie je potrebná. A tiež vysoká stabilita vlastností je spôsobená malým vplyvom teplotnej chyby spôsobenej malým objemom kvapaliny, ktorá vyplňuje vnútorný objem článku.
• Rezonančná metóda. Základom práce na tomto princípe je zmena frekvencie rezonancií oscilačného prvku počas jeho deformácie. Z nedostatkov je možné prideliť veľký čas odozvy a neschopnosť pracovať v agresívnych médiách bez straty presnosti merania.
• Indukčná metóda. Je založená na registrácii vortexových pút. Merací prvok sa skladá z dvoch izolovaných cievok s kovovou stenou. Snímač meria posun membrány pri absencii skutočného kontaktu medzi oboma povrchmi. Elektrický prúd je generovaný v cievkach takým spôsobom, že náboj a výboj cievky sa vyskytuje v rovnakých intervaloch časového intervalu. Po zmene pozície membrány sa v pevnej cievke vytvorí prúd, po ktorom nasleduje zmena indukčnosti systému. Posun dát hlavnej cievky umožňuje konverziu dát na štandardný signál, ktorý je vo svojich parametroch úmerný aplikovanému tlaku.
• Ionizačná metóda. Pracuje na princípe zaznamenávania toku ionizovaných častíc, ako je dióda rúrky. Svietidlo je v niektorých prípadoch vybavené dvoma elektródami, katódou, anódou a ohrievačom. Výhodou je schopnosť zaznamenávať údaje v prostrediach s nízkym tlakom, vrátane vákua, ale pri atmosférickom tlaku takéto zariadenie nemôže byť prevádzkované.
• Piezoelektrická metóda. Myšlienka je založená na piezoelektrickom efekte, v ktorom piezoelektrický prvok vytvára elektrický signál v pomere k účinku média na ňom. Používa sa na meranie plynule sa meniaceho akustického a pulzného média. Má široké spektrum dynamického a súkromného merania údajov. Má malú hmotnosť, rozmery a vysokú spoľahlivosť pri ťažkých prevádzkach.

Typy snímačov

kapacitné. Má najjednoduchší dizajn, ktorý zahŕňa dve ploché elektródy s medzerou medzi nimi. Jeden z nich je vytvorený vo forme membrány, na ktorej je vystavený vplyv média, čím sa mení medzera medzi elektródami. V skutočnosti je tento typ podobný kondenzátoru s premenlivou medzerou. Takýto snímač dokáže rozpoznať aj malú zmenu údajov.

piezoelektrický. Hlavným konštrukčným prvkom je piezoelektrický prvok, materiál, ktorý vydáva signál, keď poskytuje merané charakteristiky. Je umiestnený v meranom médiu a vyžaruje prúd v závislosti od veľkosti zmeny tlaku. Ale vzhľadom na skutočnosť, že tento prvok mení svoje výstupné dáta len vtedy, keď sa životné prostredie zmení, potom pri konštantných parametroch nezobrazia žiadne údaje a sú vhodné na prácu len v prostrediach, kde sa tlak pravidelne mení.

optický.

Zariadenie prevádzky takýchto senzorov môže byť založené na dvoch princípoch činnosti:

• Vláknová optika. Je to najpresnejšia a meracie práce nezávisia od zmeny teplotného režimu. Hlavnou časťou merania je optický vlnovod. Veľkosť merania tlaku v takýchto prístrojoch vedie k záveru o zmene amplitúdy a polarity prenášaného svetla cez citlivú časť.
• Optoelektronické. Skladá sa z viacvrstvovej priehľadnej štruktúry, cez ktorú prechádza svetlo. Jedna z týchto vrstiev môže zmeniť index lomu a hrúbku vrstvy v závislosti od použitého tlaku.

Nižšie uvedený obrázok schematicky zobrazuje obe metódy činnosti. Obrázok, A - refrakčná zmena, obrázok B - zmena hrúbky.

ortuť.

Základný a technicky jednoduchý snímač. Beží dvoch spojených nádob, z ktorých jedna je pod tlakom a druhým analógovým výstupom dát prostriedkov a je definovaný paralelný zhodného meracom rozsahu.

magnetický.

Pracuje na základe indukčnej metódy. Citlivá časť pozostáva z pásu v tvare písmena "E", v ktorom je umiestnená cievka a citlivej membrány, pričom merané parametre sa prenášajú pozdĺž nej. Membrána je umiestnená v blízkosti dosky, v krátkej vzdialenosti od okraja. Cievka, keď je zapnutá, vytvára magnetický tok, ktorý následne prechádza cez tyč, medzeru a membránu. Priepustnosť magnetickej medzery je niekoľko stokrát menšia ako priepustnosť popruhu a membrány, takže zmena indukčnosti nastáva aj pri malej zmene veľkosti medzery.

piezoresonance.

Beží na piezoelektrický efekt, ale s tým rozdielom, - v tomto prípade spätný účinok piezoelektrického bunky, na základe zmeny tvaru materiálu podľa vstupného prúdu. Tento snímač sa vzťahuje rezonátor, v ktorom sú obe elektródy umiestnené na opačných stranách, sú striedavo opačnej polarity je aplikovaný prúd, a tým sa doštička zakrivené v rôznych smeroch vzhľadom k prichádzajúcej frekvenciu.

Rozdiel od manometra

Hlavným rozdielom tohto druhu snímačov z manometra je to, že ide o nástroj určený na meranie vlastností bez jeho premeny. V manometri závisí nameraná hodnota od hodnoty prístroja, ktorá sa vyvedie na analógový prístroj alebo displej.