اليوم ، لا يتم استخدام مقاييس مع الزئبق في الصناعة ، ولكن أجهزة استشعار حديثة وموثوقة تمامًا. يختلف مبدأ عملها اعتمادًا على ميزات التصميم. جميعها لها مزايا وعيوب معينة. بفضل تطور الإلكترونيات ، أصبح من الممكن تحقيق مستشعرات لقياس الضغط على عناصر أشباه الموصلات.
ما هي المستشعرات الإلكترونية؟
مستشعرات الضغط الإلكترونية للمياه أو أي سائل آخر هي أجهزة تسمح لك بقياس المعلمات ومعالجتها بوحدات تحكم وعرض خاصة. مستشعر الضغط هو جهاز تعتمد معلمات خرجه بشكل مباشر على الضغط في المكان المقاس (الخزان ، الأنابيب ، إلخ). علاوة على ذلك ، يمكن استخدامها لقياس أي مادة في حالات مجمعة مختلفة - سائل ، بخار ، غازي.
الحاجة لمثل هذايرجع السبب في ذلك إلى حقيقة أن الصناعة بأكملها تقريبًا مبنية على أنظمة التحكم الآلي. يقوم الشخص فقط بإجراء التكوين والمعايرة والصيانة وبدء التشغيل (الإيقاف). أي نظام يعمل بشكل آلي. لكن غالبًا ما تستخدم مثل هذه الأجهزة في الطب.
ميزات تصميم العنصر
تتكون أي مستشعرات من عنصر حساس - بمساعدتها يتم نقل التأثير على المحول. يوجد أيضًا في التصميم دائرة لمعالجة الإشارات ومبيت. يمكن تمييز الأنواع التالية من مجسات الضغط:
- كهرضغطية.
- مقاوم.
- بالسعة.
- رنين بيزو.
- مغناطيسي (حثي).
- الكتروضوئي.
والآن دعونا نلقي نظرة على كل نوع من الأجهزة بمزيد من التفصيل.
عناصر مقاومة
هذه هي الأجهزة التي يغير فيها عنصر الاستشعار مقاومته تحت تأثير الحمل. يتم تثبيت مقياس الضغط على الغشاء الحساس. ينحني الغشاء تحت الضغط ، وتبدأ مقاييس الإجهاد أيضًا في التحرك. في نفس الوقت تتغير مقاومتهم. نتيجة لذلك ، هناك تغيير في القوة الحالية في دارة المحول.
عند تمديد عناصر مقاييس الإجهاد ، يزداد الطول وتقل مساحة المقطع العرضي. والنتيجة هي زيادة المقاومة. تتم ملاحظة العملية العكسية عند ضغط العناصر. بالطبع ، تتغير المقاومة بمقدار جزء من الألف من أوم ، لذلك تحتاج إلى التقاط هذاوضع مضخمات خاصة على أشباه الموصلات.
مستشعرات كهرضغطية
العنصر الكهرضغطية هو أساس تصميم الجهاز. عندما يحدث التشوه ، يبدأ عنصر بيزو في توليد إشارة معينة. يتم تثبيت العنصر في الوسط المراد قياس ضغطه. أثناء التشغيل ، سيكون التيار في الدائرة متناسبًا طرديًا مع التغير في الضغط.
تتمتع هذه الأجهزة بميزة واحدة - فهي لا تسمح لك بتتبع الضغط إذا كان ثابتًا. لذلك ، يتم استخدامه حصريًا في حالة تغير الضغط باستمرار. عند قيمة ثابتة للقيمة المقاسة ، لن يتم تنفيذ توليد نبضة كهربائية.
عناصر رنانة بيزو
تعمل هذه العناصر بشكل مختلف قليلاً. عندما يتم تطبيق الجهد ، يتشوه عنصر كهرضغطية. كلما زاد الضغط ، زاد التشوه. أساس الجهاز عبارة عن لوحة مرنان مصنوعة من مادة كهرضغطية. لديها أقطاب كهربائية على كلا الجانبين. بمجرد تطبيق الجهد عليها ، تبدأ المادة في الاهتزاز. في هذه الحالة ، تنحني اللوحة في اتجاه واحد أو آخر. تعتمد سرعة الاهتزاز على تردد التيار المطبق على الأقطاب.
ولكن إذا أثرت قوة من الخارج على اللوحة ، فسيكون هناك تغيير في وتيرة اهتزاز اللوحة. يعمل مستشعر ضغط الهواء الإلكتروني المستخدم في السيارات على هذا المبدأ. يسمح لك بتقييم الضغط المطلق للهواء المزود لنظام وقود السيارة.
أجهزة سعوية
هذه الأجهزة هي الأكثر شيوعًا ،نظرًا لأن لديهم تصميمًا بسيطًا ، فإنهم يعملون بثبات ومتواضعون في الصيانة. يتكون التصميم من قطبين كهربائيين يقعان على مسافة معينة من بعضهما البعض. اتضح نوعًا من المكثف. إحدى لوحاته عبارة عن غشاء ، يعمل الضغط (المقاس) عليه. نتيجة لذلك ، تتغير الفجوة بين الصفائح (بما يتناسب مع الضغط). من خلال دورة الفيزياء في مدرستك ، تعلم أن سعة المكثف تعتمد على مساحة سطح الألواح والمسافة بينهما.
عند العمل في مستشعر الضغط ، تتغير المسافة بين الألواح فقط - وهذا يكفي تمامًا لقياس المعلمات. تم تصميم مستشعرات ضغط الزيت الإلكترونية تمامًا وفقًا لهذا المخطط. مزايا هذا النوع من الهياكل واضحة - يمكنها العمل في أي بيئة ، حتى في البيئات العدوانية. لا تتأثر بالاختلافات الكبيرة في درجات الحرارة ، الموجات الكهرومغناطيسية.
أجهزة استشعار حثي
مبدأ التشغيل يشبه إلى حد بعيد المبادئ السعوية التي نوقشت أعلاه. يتم تثبيت غشاء موصل حساس للضغط على مسافة معينة من الدائرة المغناطيسية على شكل الحرف Ш (ملفوف حوله مغو).
عندما يتم تطبيق الجهد على الملف ، يتم إنشاء تدفق مغناطيسي. يمر على طول النواة ومن خلال الفجوة ، الغشاء الموصل. يغلق التدفق ، وبما أن نفاذية الفجوة تقل بحوالي 1000 مرة عن تلك الموجودة في اللب ، فإن أي تغيير طفيف فيه يؤدي إلى تقلبات تناسبية في قيم الحث.
الكتروضوئيمجسات
إنهم ببساطة يكتشفون الضغط ، ولديهم دقة عالية. لديهم حساسية عالية واستقرار حراري. إنهم يعملون على أساس تداخل الضوء ، باستخدام مقياس التداخل Fabry-Perot لقياس النزوح الصغير. مجسات الضغط الإلكترونية نادرة للغاية ، لكنها واعدة جدًا
المكونات الرئيسية للجهاز:
- بلورة محول الطاقة البصري.
- فتحة.
- LED.
- كاشف (يتكون من ثلاث صمامات ضوئية).
مرشحات Faby-Perot البصرية ، التي لها اختلاف طفيف في السماكة ، متصلة بصمامين ثنائيين ضوئيين. المرشحات عبارة عن مرايا من السيليكون ذات سطح أمامي عاكس. وهي مغطاة بطبقة من أكسيد السيليكون ، يتم وضع طبقة رقيقة من الألومنيوم على السطح. محول الطاقة البصري يشبه إلى حد بعيد مستشعر الضغط السعوي.
