בתעשייה המודרנית של כיוונים שונים, חיישני מדידת לחץ נמצאים בשימוש נרחב. הם משמשים למדידה המדויקת ביותר של קריאות בסביבות שונות ולרכישת נתונים נוספת בצורה חשמלית או דיגיטלית. החיישנים העיקריים מחולקים לפיזורוננס אופטי, התנגדות, מגנטי, פיזואלקטרי, קיבולי, כספית
תוֹכֶן
- מכשיר חיישן
- סיווג מכשירים לפי עקרון הפעולה
- סוגי חיישנים
- הבדל ממד לחץ
.
מכשיר חיישן
עם מכשיר זה, הפרמטרים יכולים להשתנות בהתאם לשינויים בפרמטרים במדיום הנמדד, למשל, נוזל, גז או קיטור. בחיישן, המאפיינים של המדיום הנמדד מומרים לקוד אחיד להצגת הקריאות במכשיר החיווי.
החיישן מורכב ממתמר ראשוני הכולל אלמנט חישה - מקלט לחץ, מעגלי עיבוד אותות משניים וחלקים שונים של המארז. במקרים מסוימים, הוא מצויד בחלקי איטום לתנאי עבודה בסביבות לחות ואגרסיביות.
סיווג מכשירים לפי עקרון הפעולה
מעיקרון הפעולה או השיטה המשמשת להמרת אות קלט לפלט חשמלי, חיישני מדידה מסווגים:
- שיטת מד מתח. חלקים רגישים מודדים התנגדות כאשר הם פועלים על מד מתח המחובר לאלמנט אלסטי, אשר מעוות בלחץ.
- שיטה פייזוריסטית. עובד על בסיס חלקי סיליקון רגישים אינטגרליים. ממירי סיליקון רגישים מאוד בשל היכולת לשנות את ההתנגדות של המוליך למחצה. כדי למדוד מאפיינים בסביבות לא אגרסיביות, נעשה שימוש בעלות נמוכה - שיטה לביצוע ציוד כאשר האלמנט הרגיש אינו מצויד בדרגות הגנה כלשהן. במקרה של עבודה בסביבה שבה יתכן שחומר אגרסיבי נחשף לחיישן, האלמנט הרגיש מצויד במעטפת אטומה עם דיאפרגמה מפרידה מפלדה, המעבירה לחץ באמצעות נוזל סיליקון.
- שיטה קיבולית. החלק העיקרי של חיישן בשיטה זו הוא תא קיבולי. תפקידו לשנות את הקיבול החשמלי בין הערימה של הקבל לבין דיאפרגמת המדידה, בהתאם. היתרון העיקרי הוא ההגנה מפני דפורמציה; בהיעדר לחץ, הממברנה חוזרת לצורתה, בעוד כיול של חיישן כזה אינו נדרש. וגם היציבות הגבוהה של המאפיינים נובעת מהשפעה הקטנה של שגיאת הטמפרטורה בשל נפח הנוזל הקטן שממלא את הנפח הפנימי של התא.
- שיטת תהודה. עיקרון זה מבוסס על השינוי בתדר התהודה של האלמנט הרוטט במהלך העיוות שלו. בין החסרונות, ניתן לפרט זמן תגובה ארוך, ואת חוסר האפשרות לעבוד בסביבות אגרסיביות ללא אובדן דיוק המדידה.
- שיטה אינדוקטיבית. מבוסס על רישום של כבלי מערבולת. אלמנט המדידה מורכב משני סלילים מבודדים עם מגן מתכת. המשדר מודד את תזוזה של הדיאפרגמה כאשר אין מגע ממשי בין שני המשטחים. זרם חשמלי נוצר בסלילים באופן שהטעינה והפריקה של הסליל מתרחשים במרווחי זמן שווים. שינוי מיקום הדיאפרגמה יוצר זרם בסליל הקבוע, ולאחריו שינוי בהשראות המערכת. ההטיה של הנתונים של הסליל הראשי מאפשרת להמיר את הנתונים לאות סטנדרטי, שבפרמטרים שלו הוא פרופורציונלי ללחץ המופעל.
- שיטת יינון. זה עובד על העיקרון של רישום זרימת חלקיקים מיוננים, כמו דיודת מנורה. המנורה מצוידת בשתי אלקטרודות, קתודה, אנודה ותנור חימום במקרים מסוימים. היתרון הוא היכולת לרשום נתונים בסביבות עם לחץ נמוך, כולל ואקום, אך לא ניתן להפעיל ציוד כזה בלחץ אטמוספרי.
- שיטה פיזואלקטרית. הרעיון מבוסס על האפקט הפיאזואלקטרי, שבו אלמנט פיזואלקטרי יוצר אות חשמלי פרופורציונלי להשפעת המדיום הנמדד עליו. משמש למדידת מדיה אקוסטית ודחף המשתנים ללא הרף. בעל מגוון רחב של מדידת נתונים דינמית ופרטית. יש לו משקל נמוך, ממדים ואמינות גבוהה בפעולה בתנאים קשים.
סוגי חיישנים
קיבולי. יש לו את העיצוב הפשוט ביותר, הכולל שתי אלקטרודות שטוחות עם מרווח ביניהן. אחד מהם עשוי בצורת ממברנה, המושפעת מהמדיום הנמדד, וכתוצאה מכך הפער בין האלקטרודות משתנה. במהותו, סוג זה דומה לקבל מרווח משתנה. חיישן כזה מסוגל לרשום אפילו שינוי קטן בקריאות.
פיזואלקטרי. האלמנט המבני העיקרי הוא אלמנט פיזואלקטרי, חומר שמוציא אות כאשר מיושמים עליו מאפיינים נמדדים. הוא ממוקם בתווך הנמדד, ופולט זרם בהתאם לגודל שינוי הלחץ. אבל בשל העובדה שאלמנט זה משנה את התפוקה שלו רק כאשר הסביבה משתנה, אז עם קבוע פרמטרים, הוא לא יציג נתונים, והוא מתאים לעבודה רק בסביבה שבה הלחץ הוא לסירוגין שינויים.
אופטיקה.
מכשיר הפעולה של חיישנים כאלה יכול להתבסס על שני עקרונות פעולה:
- סיב אופטי. זה המדויק ביותר ועבודת המדידה אינה תלויה בשינויים בתנאי הטמפרטורה. החלק העיקרי למדידה הוא מוליך גל אופטי. מסקנה לגבי גודל מדידת הלחץ במכשירים כאלה על ידי השינוי באמפליטודה והקוטביות של האור המועבר דרך החלק הרגיש.
-
אופטואלקטרוניקה. מורכב ממבנה שקוף רב שכבתי שדרכו עובר אור. יתרה מכך, אחת מהשכבות הללו יכולה לשנות את מקדם השבירה ואת עובי השכבה בהתאם ללחץ המופעל.
האיור שלהלן מציג באופן סכמטי את שתי שיטות הפעולה. איור, א' - שינוי בשבירה, איור ב' - שינוי בעובי השכבה.
כַּספִּית.
חיישן אלמנטרי ופשוט מבחינה טכנית. זה עובד על בסיס שני כלי תקשורת, אחד מהם בלחץ, והשני הוא נתונים המופקים באופן אנלוגי, והוא נקבע על ידי סולם מדידה מיושר במקביל.
מַגנֶטִי.
עובד על בסיס השיטה האינדוקטיבית. החלק הרגיש מורכב מפס בצורת E, שבאמצעו יש סליל, וממברנה רגישה, שדרכו מועברים הפרמטרים הנמדדים. הממברנה ממוקמת ליד הצלחת, במרחק קצר מהקצה. הסליל, כאשר הוא מופעל, יוצר שטף מגנטי, אשר בתורו עוקב דרך המוט, הפער והממברנה. החדירות של הפער המגנטי קטנה פי כמה מאות מחדירות הרצועה והממברנה, לכן, השראות משתנה גם עם שינוי קל בגודל הפער.
Piezoresonance.
הוא פועל על בסיס האפקט הפיאזואלקטרי, אך בהבדל אחד - במקרה זה, נעשה שימוש בהשפעה ההפוכה של האלמנט הפייזואלקטרי, על בסיס השינוי בצורת החומר בהתאם לזרם הנכנס. חיישן זה משתמש במהוד שעליו ממוקמות שתי אלקטרודות בצדדים מנוגדים, עליהן לסירוגין מסופק זרם בעל קוטביות שונה, וכתוצאה מכך, הצלחת מכופפת לכיוונים שונים, תוך התחשבות בספק תדירות.
הבדל ממד לחץ
ההבדל העיקרי בין סוג זה של חיישן למנומטר הוא שמדובר במכשיר שנועד למדוד מאפיינים מבלי להמיר אותם. במנומטר, קריאות המכשיר תלויות במאפיינים הנמדדים, המוצגים במכשיר האנלוגי או הצג שלו.
