כיום, לא נעשה שימוש בברומטרים עם כספית בתעשייה, אלא בחיישנים די מודרניים ואמינים. עקרון הפעולה שלהם שונה בהתאם לתכונות העיצוב. לכולם יש גם יתרונות וגם חסרונות מסוימים. הודות לפיתוח האלקטרוניקה, ניתן לממש חיישנים למדידת לחץ על אלמנטים מוליכים למחצה.
מהם חיישנים אלקטרוניים?
חיישני לחץ אלקטרוניים למים או לכל נוזל אחר הם מכשירים המאפשרים למדוד פרמטרים ולעבד אותם עם יחידות בקרה ותצוגה מיוחדות. חיישן לחץ הוא מכשיר שפרמטרי התפוקה שלו תלויים ישירות בלחץ במקום הנמדד (טנק, צינורות וכו'). יתרה מכך, ניתן להשתמש בהם למדידת כל חומר במצבי צבירה שונים - נוזל, אדים, גז.
הצורך בכאלההתקנים נגרמת מהעובדה שכמעט כל התעשייה בנויה על מערכות בקרה אוטומטיות. אדם מבצע רק תצורה, כיול, תחזוקה והתנעה (עצירה). כל מערכת פועלת באופן אוטומטי. אבל מכשירים כאלה משמשים לעתים קרובות גם ברפואה.
תכונות עיצוב אלמנט
כל חיישנים מורכבים מאלמנט רגיש - בעזרתו מועברת ההשפעה על הממיר. כמו כן בעיצוב יש מעגל לעיבוד אותות ומארז. ניתן להבחין בין הסוגים הבאים של חיישני לחץ:
- Piezoelectric.
- התנגדות.
- Capacitive.
- תהודה פיזו.
- מגנטי (אינדוקטיבי).
- אופטואלקטרוניק.
ועכשיו בואו נסתכל על כל סוג של מכשיר ביתר פירוט.
אלמנטים התנגדות
אלה הם מכשירים שבהם אלמנט החישה משנה את ההתנגדות שלו בהשפעת עומס. על הממברנה הרגישה מותקן מד מתח. הממברנה מתכופפת בלחץ, גם מדי המתח מתחילים לנוע. במקביל, ההתנגדות שלהם משתנה. כתוצאה מכך, חל שינוי בעוצמת הזרם במעגל הממיר.
בעת מתיחת האלמנטים של מדי מתח, האורך גדל ושטח החתך יורד. התוצאה היא עלייה בהתנגדות. התהליך ההפוך נצפה כאשר האלמנטים נדחסים. כמובן, ההתנגדות משתנה באלפיות אוהם, אז כדי לתפוס את זה, אתה צריךלשים מגברים מיוחדים על מוליכים למחצה.
חיישנים פיזואלקטריים
האלמנט הפיאזואלקטרי הוא הבסיס לעיצוב המכשיר. כאשר מתרחש דפורמציה, אלמנט ה-piezo מתחיל ליצור אות מסוים. האלמנט מותקן בתווך שאת הלחץ שלו יש למדוד. במהלך הפעולה, הזרם במעגל יהיה פרופורציונלי ישר לשינוי בלחץ.
למכשירים כאלה יש תכונה אחת - הם לא מאפשרים לך לעקוב אחר הלחץ אם הוא קבוע. לכן, הוא משמש אך ורק במקרה שבו הלחץ משתנה כל הזמן. בערך קבוע של הערך הנמדד, לא יבוצע יצירת דחף חשמלי.
Piezo resonant elements
האלמנטים האלה עובדים קצת אחרת. כאשר מופעל מתח, האלמנט הפייזואלקטרי מתעוות. ככל שהמתח גבוה יותר, כך הדפורמציה גדולה יותר. הבסיס של המכשיר הוא לוח תהודה עשוי מחומר פיזואלקטרי. יש לו אלקטרודות משני הצדדים. ברגע שמופעל עליהם מתח, החומר מתחיל לרטוט. במקרה זה, הצלחת כפופה לכיוון זה או אחר. מהירות הרטט תלויה בתדירות הזרם המופעל על האלקטרודות.
אבל אם כוח מבחוץ פועל על הצלחת, אז יהיה שינוי בתדירות התנודה של הצלחת. חיישן לחץ האוויר האלקטרוני המשמש במכוניות פועל על עיקרון זה. זה מאפשר לך להעריך את הלחץ המוחלט של האוויר המסופק למערכת הדלק של הרכב.
מכשירים קיבוליים
המכשירים האלה הם הפופולריים ביותר,מכיוון שיש להם עיצוב פשוט, הם עובדים ביציבות ואינם יומרניים בתחזוקה. העיצוב מורכב משתי אלקטרודות הממוקמות במרחק מסוים זו מזו. מתברר סוג של קבלים. אחד הלוחות שלו הוא קרום, לחץ (נמדד) פועל עליו. כתוצאה מכך, הפער בין הלוחות משתנה (ביחס ללחץ). מהקורס שלך בפיזיקה בבית הספר, אתה יודע שהקיבול של קבל תלוי בשטח הפנים של הלוחות ובמרחק ביניהם.
כשעובדים בחיישן לחץ, רק המרחק בין הלוחות משתנה - זה מספיק למדי למדידת הפרמטרים. חיישני לחץ שמן אלקטרוניים בנויים בדיוק לפי תכנית זו. היתרונות של סוג זה של מבנים ברורים - הם יכולים לעבוד בכל סביבה, אפילו אגרסיבית. הם אינם מושפעים מהפרשי טמפרטורה גדולים, גלים אלקטרומגנטיים.
חיישנים אינדוקטיביים
עקרון הפעולה דומה מרחוק לאלה הקיבוליים שנדונו לעיל. קרום מוליך רגיש ללחץ מותקן במרחק מסוים מהמעגל המגנטי בצורת האות Ш (משרן כרוך סביבו).
כאשר מופעל מתח על הסליל, נוצר שטף מגנטי. הוא עובר גם לאורך הליבה וגם דרך הפער, הקרום המוליך. הזרימה נסגרת, ומכיוון שלפער יש חדירות של בערך פי 1000 פחות מזו של הליבה, אפילו שינוי זעיר בו מוביל לתנודות פרופורציונליות בערכי השראות.
אופטואלקטרוניקהחיישנים
הם פשוט מזהים לחץ, יש להם רזולוציה גבוהה. יש להם רגישות גבוהה ויציבות תרמית. הם עובדים על בסיס הפרעות אור, תוך שימוש באינטרפרומטר של Fabry-Perot למדידת תזוזות קטנות. חיישני לחץ אלקטרוניים כאלה הם נדירים ביותר, אבל הם די מבטיחים.
הרכיבים העיקריים של המכשיר:
- קריסטל מתמר אופטי.
- צמצם.
- LED.
- גלאי (מורכב משלוש פוטודיודות).
מסננים אופטיים של Faby-Perot, בעלי הבדל קל בעובי, מחוברים לשתי פוטודיודות. מסננים הם מראות סיליקון עם משטח קדמי רפלקטיבי. הם מכוסים בשכבה של תחמוצת סיליקון, שכבה דקה של אלומיניום מונחת על פני השטח. מתמר אופטי דומה מאוד לחיישן לחץ קיבולי.
