Snímač tlaku: popis a zařízení, princip činnosti, klasifikace

V moderním průmyslu různých směrů jsou snímače měření tlaku široce používány. Slouží k co nejpřesnějšímu měření odečtů v různých prostředích ak dalšímu získávání dat v elektrické nebo digitální podobě. Hlavní senzory se dělí na optické, odporové, magnetické, piezoelektrické, kapacitní, rtuťové piezorezonanční

.

Senzorové zařízení

Pomocí tohoto zařízení se mohou parametry měnit v závislosti na změnách parametrů v měřeném médiu, například kapalině, plynu nebo páře. Charakteristiky měřeného média jsou ve snímači převedeny do jednotného kódu pro zobrazení odečtů na indikačním zařízení.

Snímač se skládá z primárního převodníku, který obsahuje snímací prvek - tlakový přijímač, sekundární obvody pro zpracování signálu a různé části pouzdra. V některých případech je vybaven těsnícími díly pro pracovní podmínky ve vlhkém a agresivním prostředí.

Klasifikace zařízení podle principu činnosti

Z principu činnosti nebo metody použité při převodu vstupního signálu na elektrický výstup jsou měřicí senzory klasifikovány:

• Tenzometrické metody. Citlivé části měří odpor při působení na tenzometr připevněný k pružnému prvku, který se pod tlakem deformuje.
• Piezorezistivní metoda. Funguje na bázi integrovaných citlivých křemíkových částí. Křemíkové měniče jsou vysoce citlivé díky schopnosti měnit odpor polovodiče. Pro měření charakteristik v neagresivním prostředí se používá Low cost - způsob provedení zařízení, kdy citlivý prvek není vybaven žádným stupněm ochrany. V případě práce v prostředí, kde je možné, že je senzor vystaven agresivní látce, citlivý prvek vybavena utěsněným pláštěm s ocelovou oddělovací membránou, která přenáší tlak pomocí silikonová kapalina.
• Kapacitní metoda. Hlavní částí senzoru využívajícího tuto metodu je kapacitní článek. Jeho úkolem je měnit elektrickou kapacitu mezi stohováním kondenzátoru a měřicí membránou v závislosti na. Hlavní výhodou je ochrana proti deformaci, při absenci tlaku membrána znovu získá svůj tvar, přičemž není nutná kalibrace takového snímače. A také vysoká stabilita charakteristik je způsobena malým vlivem teplotní chyby v důsledku malého objemu kapaliny, která vyplňuje vnitřní objem článku.
• Rezonanční metoda. Tento princip je založen na změně rezonanční frekvence vibračního prvku při jeho deformaci. Mezi nedostatky lze vyzdvihnout dlouhou dobu odezvy a nemožnost práce v agresivním prostředí bez ztráty přesnosti měření.
• Indukční metoda. Na základě registrace vírových pout. Měřicí prvek se skládá ze dvou izolovaných cívek s kovovým stíněním. Vysílač měří posunutí membrány, když mezi dvěma povrchy není žádný skutečný kontakt. Elektrický proud je generován v cívkách takovým způsobem, že nabíjení a vybíjení cívky probíhá ve stejných časových intervalech. Změnou polohy membrány vzniká proud v pevné cívce, po kterém následuje změna indukčnosti systému. Vychýlení dat hlavní cívky umožňuje převést data na standardní signál, který je svými parametry úměrný použitému tlaku.
• Ionizační metoda. Funguje na principu registrace toku ionizovaných částic, jako dioda lampy. Lampa je vybavena dvěma elektrodami, katodou, anodou a v některých případech ohřívačem. Výhodou je možnost záznamu dat v prostředí s nízkým tlakem včetně vakua, ale taková zařízení nelze provozovat při atmosférickém tlaku.
• Piezoelektrická metoda. Myšlenka je založena na piezoelektrickém jevu, ve kterém piezoelektrický prvek vytváří elektrický signál úměrný účinku měřeného média na něj. Používá se k měření neustále se měnících akustických a impulsních médií. Má širokou škálu dynamických a soukromých měření dat. Má nízkou hmotnost, rozměry a vysokou spolehlivost v provozu ve ztížených podmínkách.

Typy snímačů

Kapacitní. Má nejjednodušší konstrukci, která obsahuje dvě ploché elektrody s mezerou mezi nimi. Jedna z nich je vyrobena ve formě membrány, která je ovlivněna měřeným prostředím, v důsledku čehož se mění mezera mezi elektrodami. V podstatě je tento typ podobný kondenzátoru s proměnnou mezerou. Takový senzor je schopen zaregistrovat i malou změnu v naměřených hodnotách.

Piezoelektrický. Hlavním konstrukčním prvkem je piezoelektrický prvek, materiál, který vydává signál, když jsou mu poskytnuty měřené charakteristiky. Nachází se v měřeném médiu a vydává proud v závislosti na velikosti změny tlaku. Ale vzhledem k tomu, že tento prvek mění svá výstupní data pouze při změně prostředí, tak s konstantou parametry, neukáže žádná data a je vhodný pro práci pouze v prostředí, kde je tlak přerušovaný Změny.

Optický.

Zařízení provozu takových senzorů může být založeno na dvou principech činnosti:

• Optické vlákno. Je nejpřesnější a práce měření nezávisí na změnách teplotních podmínek. Hlavní částí pro měření je optický vlnovod. Je učiněn závěr o velikosti měření tlaku v takových zařízeních změnou amplitudy a polarity světla procházejícího citlivou částí.
• Optoelektronické. Skládá se z vícevrstvé průhledné struktury, kterou prochází světlo. V tomto případě může jedna z těchto vrstev měnit index lomu a tloušťku vrstvy v závislosti na použitém tlaku.

Níže uvedený obrázek schematicky znázorňuje oba způsoby provozu. Obrázek, A - změna lomu, obrázek B - změna tloušťky vrstvy.

Rtuť.

Elementární a technicky jednoduchý senzor. Pracuje na bázi dvou komunikujících nádob, z nichž jedna je pod tlakem a druhá analogicky vydává data a je určena paralelně zarovnanou měřicí stupnicí.

Magnetický.

Pracuje na bázi induktivní metody. Citlivá část se skládá z lišty ve tvaru E, v jejímž středu je umístěna cívka, a citlivé membrány, přes kterou jsou přenášeny měřené parametry. Membrána je umístěna v blízkosti desky, v krátké vzdálenosti od okraje. Cívka, když je zapnutá, vytváří magnetický tok, který zase prochází tyčí, mezerou a membránou. Permeabilita magnetické mezery je několikasetkrát menší než permeabilita tyče a membrány, proto se indukčnost mění i při nepatrné změně velikosti mezery.

Piezorezonance.

Funguje na bázi piezoelektrického jevu, ale s jedním rozdílem - v tomto případě se využívá inverzního efektu piezoelektrického prvku, založeného na změně tvaru materiálu v závislosti na příchozím proudu. Tento snímač využívá rezonátor, na kterém jsou umístěny dvě elektrody na opačných stranách, na nich střídavě je přiváděn proud různé polarity a v důsledku toho se deska ohýbá v různých směrech, přičemž se bere v úvahu přiváděná frekvence.

Rozdíl oproti tlakoměru

Hlavním rozdílem mezi tímto druhem senzoru a manometrem je to, že se jedná o zařízení určené k měření charakteristik bez jejich přeměny. U manometru závisí odečty zařízení na naměřených charakteristikách, které jsou zobrazeny na jeho analogovém zařízení nebo displeji.