Tänapäeval ei kasutata tööstuses mitte elavhõbedaga baromeetreid, vaid üsna kaasaegseid ja töökindlaid andureid. Nende tööpõhimõte erineb sõltuv alt disainifunktsioonidest. Kõigil on nii eeliseid kui ka teatud puudusi. Tänu elektroonika arengule on võimalik realiseerida andureid pooljuhtelementide rõhu mõõtmiseks.
Mis on elektroonilised andurid?
Vee või mis tahes muu vedeliku elektroonilised rõhuandurid on seadmed, mis võimaldavad mõõta parameetreid ja töödelda neid spetsiaalsete juht- ja kuvaseadmetega. Rõhuandur on seade, mille väljundparameetrid sõltuvad otseselt rõhust mõõdetavas kohas (paak, torud jne). Lisaks saab neid kasutada mis tahes ainete mõõtmiseks erinevates agregaatides – vedel, aur, gaasiline.
Vajadus sellise järeleseadmete põhjuseks on asjaolu, et peaaegu kogu tööstus on üles ehitatud automaatsetele juhtimissüsteemidele. Isik teostab ainult seadistamist, kalibreerimist, hooldust ja käivitamist (seiskamist). Iga süsteem töötab automaatselt. Kuid selliseid seadmeid kasutatakse sageli ka meditsiinis.
Elemendi disainifunktsioonid
Kõik andurid koosnevad tundlikust elemendist - just selle abiga edastatakse mõju muundurile. Samuti on konstruktsioonis signaalitöötluse ahel ja korpus. Eristada saab järgmist tüüpi rõhuandureid:
- Piezoelectric.
- Resistiivne.
- Mahtuvus.
- Piezo resonant.
- Magnetiline (induktiivne).
- Optoelectronic.
Ja nüüd vaatame igat tüüpi seadmeid üksikasjalikum alt.
Takistuselemendid
Need on seadmed, milles sensorelement muudab koormuse mõjul oma takistust. Tundlikule membraanile on paigaldatud pingeandur. Membraan paindub rõhu all, ka tensoandurid hakkavad liikuma. Samal ajal muutub nende vastupanu. Selle tulemusena muutub muunduri ahela voolutugevus.
Tensomõõturite elementide venitamisel pikkus suureneb ja ristlõikepindala väheneb. Tulemuseks on resistentsuse suurenemine. Elementide kokkusurumisel täheldatakse vastupidist protsessi. Muidugi muutub takistus oomi tuhandete kaupa, nii et selle tabamiseks on teil vajapane pooljuhtidele spetsiaalsed võimendid.
Piesoelektrilised andurid
Seadme disaini aluseks on piesoelektriline element. Deformatsiooni ilmnemisel hakkab piesoelement genereerima teatud signaali. Element paigaldatakse keskkonda, mille rõhku tuleb mõõta. Töötamise ajal on voolutugevus vooluringis otseselt võrdeline rõhu muutusega.
Sellistel seadmetel on üks omadus – need ei võimalda rõhku jälgida, kui see on konstantne. Seetõttu kasutatakse seda eranditult juhul, kui rõhk muutub pidev alt. Mõõdetud väärtuse konstantse väärtuse korral ei genereerita elektrilist impulssi.
Piezo resonantselemendid
Need elemendid töötavad veidi erinev alt. Pinge rakendamisel piesoelektriline element deformeerub. Mida suurem on pinge, seda suurem on deformatsioon. Seadme aluseks on piesoelektrilisest materjalist resonaatorplaat. Sellel on mõlemal küljel elektroodid. Niipea, kui neile rakendatakse pinget, hakkab materjal vibreerima. Sellisel juhul on plaat painutatud ühes või teises suunas. Vibratsiooni kiirus sõltub elektroodidele suunatava voolu sagedusest.
Aga kui plaadile mõjub väljast tulev jõud, siis plaadi võnkesagedus muutub. Sellel põhimõttel töötab autodes kasutatav elektrooniline õhurõhuandur. See võimaldab teil hinnata sõiduki kütusesüsteemi juhitava õhu absoluutset rõhku.
Mahtuvusseadmed
Need seadmed on kõige populaarsemad,kuna neil on lihtne disain, töötavad need stabiilselt ja on hoolduses tagasihoidlikud. Disain koosneb kahest elektroodist, mis asuvad üksteisest teatud kaugusel. Selgub, omamoodi kondensaator. Üks selle plaatidest on membraan, sellele mõjub rõhk (mõõdetuna). Selle tulemusena muutub plaatide vahe (proportsionaalselt rõhuga). Oma kooli füüsikakursusest teate, et kondensaatori mahtuvus sõltub plaatide pindalast ja nendevahelisest kaugusest.
Rõhuanduriga töötades muutub ainult plaatide vaheline kaugus - see on parameetrite mõõtmiseks täiesti piisav. Elektroonilised õlirõhuandurid on ehitatud täpselt selle skeemi järgi. Seda tüüpi konstruktsioonide eelised on ilmsed - need võivad töötada igas keskkonnas, isegi agressiivses keskkonnas. Neid ei mõjuta suured temperatuuride erinevused ega elektromagnetlained.
Induktiivsed andurid
Tööpõhimõte on kaugelt sarnane ülalkirjeldatud mahtuvuslikega. Magnetahelast teatud kaugusele on paigaldatud rõhutundlik juhtiv membraan tähe Ш kujul (ümber on keritud induktiivpool).
Kui mähisele rakendatakse pinget, tekib magnetvoog. See läbib nii piki südamikku kui ka läbi pilu, juhtiva membraani. Vooluvool sulgub ja kuna pilu läbilaskvus on umbes 1000 korda väiksem kui südamiku oma, põhjustab isegi väike muutus selles induktiivsuse väärtustes proportsionaalseid kõikumisi.
Optoelektroonikaandurid
Need lihts alt tuvastavad rõhu ja on kõrge eraldusvõimega. Neil on kõrge tundlikkus ja termiline stabiilsus. Need töötavad valguse interferentsi alusel, kasutades Fabry-Perot interferomeetrit väikeste nihkete mõõtmiseks. Sellised elektroonilised rõhuandurid on äärmiselt haruldased, kuid need on üsna paljulubavad.
Seadme põhikomponendid:
- Optilise muunduri kristall.
- Aperture.
- LED.
- Detektor (koosneb kolmest fotodioodist).
Faby-Perot optilised filtrid, mille paksus on väike, on kinnitatud kahe fotodioodi külge. Filtrid on peegeldava esipinnaga silikoonpeeglid. Need on kaetud ränioksiidi kihiga, pinnale kantakse õhuke kiht alumiiniumi. Optiline muundur on väga sarnane mahtuvusliku rõhuanduriga.
