Sensore di misurazione della pressione: descrizione e dispositivo, principio di funzionamento, classificazione

Nell'industria moderna di varie direzioni, i sensori di misurazione della pressione sono ampiamente utilizzati. Servono per la misurazione più accurata delle letture in ambienti diversi e per ulteriori acquisizioni di dati in forma elettrica o digitale. I principali sensori si dividono in ottico, resistivo, magnetico, piezoelettrico, capacitivo, piezorisonanza al mercurio

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Dispositivo sensore

Con questo dispositivo, i parametri possono cambiare a seconda delle variazioni dei parametri nel mezzo misurato, ad esempio liquido, gas o vapore. Nel sensore, le caratteristiche del mezzo misurato vengono convertite in un codice unificato per la visualizzazione delle letture sul dispositivo indicatore.

Il sensore è costituito da un trasduttore primario, che include un elemento sensibile: un ricevitore di pressione, circuiti di elaborazione del segnale secondario e varie parti dell'alloggiamento. In alcuni casi è dotato di parti di tenuta per condizioni di lavoro in ambienti umidi e aggressivi.

Classificazione dei dispositivi secondo il principio di funzionamento

Dal principio di funzionamento o dal metodo utilizzato per convertire un segnale di ingresso in un'uscita elettrica, i sensori di misura sono classificati:

• Metodo dell'estensimetro. Le parti sensibili misurano la resistenza quando agiscono su un estensimetro fissato a un elemento elastico, che si deforma sotto pressione.
• Metodo piezoresistivo. Funziona sulla base di parti sensibili integrali in silicio. I convertitori di silicio sono altamente sensibili grazie alla capacità di modificare la resistenza del semiconduttore. Per misurare le caratteristiche in ambienti non aggressivi, viene utilizzato Basso costo, un metodo di esecuzione dell'apparecchiatura quando l'elemento sensibile non è dotato di alcun grado di protezione. In caso di lavoro in un ambiente in cui è possibile che una sostanza aggressiva sia esposta al sensore, l'elemento sensibile dotato di un involucro a tenuta con membrana di separazione in acciaio, che trasmette la pressione mediante liquido di silicio.
• Metodo capacitivo. La parte principale di un sensore che utilizza questo metodo è una cella capacitiva. Il suo compito è quello di modificare la capacità elettrica tra l'impilamento del condensatore e il diaframma di misura, a seconda. Il vantaggio principale è la protezione contro la deformazione; in assenza di pressione, la membrana riprende la sua forma, mentre non è richiesta la calibrazione di tale sensore. E anche l'elevata stabilità delle caratteristiche è dovuta alla piccola influenza dell'errore di temperatura dovuto al piccolo volume di liquido che riempie il volume interno della cella.
• Metodo risonante. Questo principio si basa sulla variazione della frequenza di risonanza dell'elemento vibrante durante la sua deformazione. Tra le carenze, si può individuare un lungo tempo di risposta e l'impossibilità di lavorare in ambienti aggressivi senza perdita di precisione di misurazione.
• Metodo induttivo. Basato sulla registrazione delle catene a vortice. L'elemento di misura è costituito da due bobine isolate con schermo metallico. Il trasmettitore misura lo spostamento del diaframma quando non c'è contatto effettivo tra le due superfici. La corrente elettrica viene generata nelle bobine in modo tale che la carica e la scarica della bobina avvengano ad intervalli di tempo uguali. La modifica della posizione del diaframma crea una corrente nella bobina fissa, seguita da una variazione dell'induttanza del sistema. La polarizzazione dei dati della bobina principale consente di convertire i dati in un segnale standard, che nei suoi parametri è proporzionale alla pressione applicata.
• Metodo di ionizzazione. Funziona secondo il principio della registrazione del flusso di particelle ionizzate, come un diodo di una lampada. La lampada è dotata di due elettrodi, un catodo, un anodo e in alcuni casi un riscaldatore. Il vantaggio è la capacità di registrare dati in ambienti a bassa pressione, compreso il vuoto, ma tali apparecchiature non possono essere utilizzate a pressione atmosferica.
• Metodo piezoelettrico. L'idea si basa sull'effetto piezoelettrico, in cui un elemento piezoelettrico crea un segnale elettrico proporzionale all'effetto del mezzo misurato su di esso. Utilizzato per misurare mezzi acustici e impulsivi in ​​continua evoluzione. Ha una vasta gamma di misurazione dei dati dinamici e privati. Ha un peso ridotto, dimensioni e un'elevata affidabilità nel funzionamento in condizioni difficili.

Tipi di sensori

capacitivo. Ha il design più semplice, che include due elettrodi piatti con uno spazio tra loro. Uno di questi è realizzato sotto forma di una membrana, che è influenzata dal mezzo misurato, a seguito della quale cambia lo spazio tra gli elettrodi. In sostanza, questo tipo è simile a un condensatore a gap variabile. Tale sensore è in grado di registrare anche un piccolo cambiamento nelle letture.

piezoelettrico. L'elemento strutturale principale è un elemento piezoelettrico, un materiale che emette un segnale quando gli vengono fornite le caratteristiche misurate. Si trova nel mezzo misurato ed emette una corrente a seconda dell'entità della variazione di pressione. Ma a causa del fatto che questo elemento cambia il suo output solo quando l'ambiente cambia, quindi con costante parametri, non mostrerà alcun dato ed è adatto per lavorare solo in un ambiente in cui la pressione è intermittente i cambiamenti.

Ottica.

Il dispositivo di funzionamento di tali sensori può essere basato su due principi di funzionamento:

• Fibra ottica. È il più accurato e il lavoro di misurazione non dipende dalle variazioni delle condizioni di temperatura. La parte principale per la misurazione è una guida d'onda ottica. Viene fatta una conclusione sull'entità della misurazione della pressione in tali dispositivi dalla variazione dell'ampiezza e della polarità della luce trasmessa attraverso la parte sensibile.
• Optoelettronico. È costituito da una struttura trasparente multistrato attraverso la quale passa la luce. Inoltre, uno di questi strati può modificare l'indice di rifrazione e lo spessore dello strato a seconda della pressione applicata.

L'illustrazione seguente mostra schematicamente entrambi i metodi di funzionamento. Figura, A - variazione della rifrazione, figura B - variazione dello spessore dello strato.

Mercurio.

Un sensore elementare e tecnicamente semplice. Funziona sulla base di due vasi comunicanti, uno dei quali è pressurizzato, e il secondo è dati in uscita analogamente, ed è determinato da una scala di misurazione parallela.

Magnetico.

Funziona sulla base del metodo induttivo. La parte sensibile è costituita da una barra a forma di E, al centro della quale si trova una bobina, e una membrana sensibile, attraverso la quale vengono trasmessi i parametri misurati. La membrana si trova vicino alla piastra, a breve distanza dal bordo. La bobina, quando è accesa, crea un flusso magnetico, che a sua volta segue attraverso la barra, il traferro e la membrana. La permeabilità del traferro è diverse centinaia di volte inferiore alla permeabilità della striscia e della membrana, pertanto l'induttanza cambia anche con un leggero cambiamento nella dimensione del traferro.

Piezorisonanza.

Funziona sulla base dell'effetto piezoelettrico, ma con una differenza: in questo caso viene utilizzato l'effetto inverso dell'elemento piezoelettrico, in base al cambiamento della forma del materiale in base alla corrente in ingresso. Questo sensore utilizza un risonatore su cui si trovano due elettrodi su lati opposti, su di essi alternativamente viene fornita una corrente di polarità diversa e, di conseguenza, la piastra si piega in direzioni diverse, tenendo conto della frequenza.

Differenza da un manometro

La principale differenza tra questo tipo di sensore e un manometro è che è un dispositivo progettato per misurare le caratteristiche senza convertirlo. In un manometro, le letture del dispositivo dipendono dalle caratteristiche misurate, che vengono visualizzate sul suo dispositivo analogico o display.