Hoje, não são utilizados na indústria barômetros com mercúrio, mas sensores bastante modernos e confiáveis. Seu princípio de operação difere dependendo dos recursos de design. Todos têm vantagens e certas desvantagens. Graças ao desenvolvimento da eletrônica, é possível realizar sensores para medição de pressão em elementos semicondutores.
O que são sensores eletrônicos?
Sensores eletrônicos de pressão para água ou qualquer outro líquido são dispositivos que permitem medir parâmetros e processá-los com unidades especiais de controle e exibição. Um sensor de pressão é um dispositivo cujos parâmetros de saída dependem diretamente da pressão no local medido (tanque, tubos, etc.). Além disso, eles podem ser usados para medir qualquer substância em vários estados agregados - líquido, vapor, gasoso.
A necessidade de taldispositivos é causado pelo fato de que quase toda a indústria é construída em sistemas de controle automático. Uma pessoa realiza apenas configuração, calibração, manutenção e start-up (parada). Qualquer sistema funciona automaticamente. Mas esses dispositivos também são frequentemente usados na medicina.
Recursos de design do elemento
Quaisquer sensores consistem em um elemento sensível - é com sua ajuda que o efeito no conversor é transmitido. Também no projeto há um circuito para processamento de sinal e um alojamento. Os seguintes tipos de sensores de pressão podem ser distinguidos:
- Piezoelétrico.
- Resistivo.
- Capacitivo.
- Piezo ressonante.
- Magnético (indutivo).
- Optoeletrônico.
E agora vamos ver cada tipo de dispositivo com mais detalhes.
Elementos resistivos
São dispositivos nos quais o elemento sensor altera sua resistência sob a influência de uma carga. Um medidor de tensão é instalado na membrana sensível. A membrana se dobra sob pressão, os medidores de tensão também começam a se mover. Ao mesmo tempo, sua resistência muda. Como resultado, há uma mudança na intensidade da corrente no circuito do conversor.
Ao esticar os elementos dos strain gages, o comprimento aumenta e a área da seção transversal diminui. O resultado é um aumento na resistência. O processo inverso é observado quando os elementos são comprimidos. Claro, a resistência muda em milésimos de ohm, então para pegar isso, você precisacoloque amplificadores especiais em semicondutores.
Sensores piezoelétricos
O elemento piezoelétrico é a base do projeto do dispositivo. Quando ocorre a deformação, o elemento piezoelétrico começa a gerar um determinado sinal. O elemento é instalado no meio cuja pressão deve ser medida. Durante a operação, a corrente no circuito será diretamente proporcional à mudança na pressão.
Tais dispositivos têm uma característica - eles não permitem que você rastreie a pressão se ela for constante. Portanto, é usado exclusivamente no caso em que a pressão está mudando constantemente. Em um valor constante do valor medido, a geração de um impulso elétrico não será realizada.
Elementos piezo ressonantes
Esses elementos funcionam de forma um pouco diferente. Quando a tensão é aplicada, o elemento piezoelétrico se deforma. Quanto maior a tensão, maior a deformação. A base do dispositivo é uma placa ressonadora feita de material piezoelétrico. Possui eletrodos em ambos os lados. Assim que a tensão é aplicada a eles, o material começa a vibrar. Neste caso, a placa é dobrada em uma direção ou outra. A velocidade de vibração depende da frequência da corrente aplicada aos eletrodos.
Mas se uma força externa agir sobre a placa, haverá uma mudança na frequência de oscilação da placa. O sensor eletrônico de pressão de ar usado em automóveis funciona com base nesse princípio. Permite avaliar a pressão absoluta do ar fornecido ao sistema de combustível do veículo.
Dispositivos capacitivos
Esses dispositivos são os mais populares,como têm um design simples, funcionam de forma estável e são despretensiosas na manutenção. O design consiste em dois eletrodos localizados a uma certa distância um do outro. Acontece uma espécie de capacitor. Uma de suas placas é uma membrana, a pressão (medida) atua sobre ela. Como resultado, o espaço entre as placas muda (em proporção à pressão). Do seu curso de física da escola, você sabe que a capacitância de um capacitor depende da área da superfície das placas e da distância entre elas.
Ao trabalhar em um sensor de pressão, apenas a distância entre as placas muda - isso é suficiente para medir os parâmetros. Os sensores eletrônicos de pressão de óleo são construídos exatamente de acordo com este esquema. As vantagens deste tipo de estrutura são óbvias - podem funcionar em qualquer ambiente, mesmo nos agressivos. Eles não são afetados por grandes diferenças de temperatura, ondas eletromagnéticas.
Sensores indutivos
O princípio de operação é remotamente semelhante aos capacitivos discutidos acima. Uma membrana condutora sensível à pressão é instalada a uma certa distância do circuito magnético na forma da letra Ø (um indutor é enrolado em torno dela).
Quando a tensão é aplicada à bobina, um fluxo magnético é criado. Ele passa ao longo do núcleo e através da abertura, a membrana condutora. O fluxo se fecha e, como a lacuna tem uma permeabilidade cerca de 1.000 vezes menor que a do núcleo, mesmo uma pequena mudança leva a flutuações proporcionais nos valores de indutância.
Optoeletrônicosensores
Eles simplesmente detectam pressão, têm alta resolução. Eles têm alta sensibilidade e estabilidade térmica. Eles trabalham com base na interferência da luz, usando um interferômetro de Fabry-Perot para medir pequenos deslocamentos. Esses sensores de pressão eletrônicos são extremamente raros, mas são bastante promissores.
Os principais componentes do dispositivo:
- Cristal transdutor óptico.
- Abertura.
- LED.
- Detetor (consiste em três fotodiodos).
Os filtros ópticos Faby-Perot, que possuem uma pequena diferença de espessura, são acoplados a dois fotodiodos. Os filtros são espelhos de silicone com uma superfície frontal refletiva. Eles são cobertos com uma camada de óxido de silício, uma fina camada de alumínio é aplicada à superfície. Um transdutor óptico é muito semelhante a um sensor de pressão capacitivo.
