इलेक्ट्रिक प्रेशर सेन्सर्स

आज, उद्योगाच्या विविध क्षेत्रांमध्ये दबाव मोजण्यासाठी, केवळ पारा बॅरोमीटर आणि ऍनेरॉइड्सच वापरले जात नाहीत तर विविध सेन्सर्स देखील वापरले जातात जे ऑपरेशनच्या तत्त्वामध्ये आणि अशा प्रत्येक प्रकारच्या सेन्सरमध्ये अंतर्भूत असलेल्या फायदे आणि तोटे या दोन्हीमध्ये भिन्न असतात. आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स थेट इलेक्ट्रिकल, इलेक्ट्रॉनिक आधारावर प्रेशर सेन्सरची अंमलबजावणी करण्यास परवानगी देतात.

तर "इलेक्ट्रिकल प्रेशर सेन्सर" या शब्दाचा अर्थ काय आहे? इलेक्ट्रिकल प्रेशर सेन्सर्स काय आहेत? ते कसे व्यवस्थित केले जातात आणि त्यांच्याकडे कोणती कार्ये आहेत? शेवटी, तुम्ही कोणता प्रेशर सेन्सर निवडला पाहिजे जेणेकरून ते एखाद्या विशिष्ट उद्देशासाठी सर्वात योग्य असेल? आम्ही या लेखाच्या ओघात शोधू.

प्रथम, संज्ञा स्वतःच परिभाषित करूया. प्रेशर सेन्सर हे असे उपकरण आहे ज्याचे आउटपुट पॅरामीटर्स मोजलेल्या दाबावर अवलंबून असतात. विशिष्ट सेन्सरच्या वापरावर अवलंबून, चाचणी माध्यम बाष्प, द्रव किंवा काही वायू असू शकते.

वीज, तेल, वायू, अन्न आणि इतर अनेक उद्योगांसाठी ऑटोमेशन सिस्टमचे महत्त्वाचे घटक म्हणून आधुनिक प्रणालींना या प्रकारच्या अचूक साधनांची आवश्यकता असते.औषधात सूक्ष्म दाब ट्रान्सड्यूसर महत्त्वपूर्ण आहेत.

प्रत्येक इलेक्ट्रिकल प्रेशर सेन्सरमध्ये हे समाविष्ट आहे: एक संवेदनशील घटक जो प्राथमिक ट्रान्सड्यूसरला शॉक प्रसारित करण्यासाठी काम करतो, एक सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट आणि एक गृहनिर्माण. मुख्यतः इलेक्ट्रिकल प्रेशर सेन्सर्समध्ये विभागलेले आहेत:

• प्रतिरोधक (टेन्सोरेसिस्टिव);

• पायझोइलेक्ट्रिक;

• पायझो अनुनाद;

• कॅपेसिटिव्ह;

• प्रेरक (चुंबकीय);

• ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक.

रेझिस्टिव्ह किंवा स्ट्रेन गेज प्रेशर सेन्सर हे असे उपकरण आहे ज्याचे संवेदनशील घटक विकृत लोडच्या क्रियेखाली त्याचा विद्युत प्रतिकार बदलतो. स्ट्रेन गेज एका संवेदनशील पडद्यावर बसवलेले असतात जे दाबाखाली वाकतात आणि त्याला जोडलेले स्ट्रेन गेज वाकतात. स्ट्रेन गेजचा प्रतिकार बदलतो आणि कन्व्हर्टरच्या प्राथमिक सर्किटमधील विद्युत् प्रवाहाची तीव्रता त्यानुसार बदलते.

प्रत्येक स्ट्रेन गेजच्या प्रवाहकीय घटकांना ताणल्यामुळे लांबी वाढते आणि क्रॉस-सेक्शन कमी होते, परिणामी प्रतिकार वाढतो. कॉम्प्रेशनमध्ये ते उलट आहे. प्रतिकारातील सापेक्ष बदल हजारव्या संख्येत मोजले जातात, म्हणून सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट्समध्ये एडीसीसह अचूक अॅम्प्लिफायर्स वापरले जातात. अशाप्रकारे, सेमीकंडक्टर किंवा कंडक्टरच्या विद्युत प्रतिकारातील बदलामध्ये आणि नंतर व्होल्टेज सिग्नलमध्ये स्ट्रेनचे रूपांतर होते.

स्ट्रेन गेज हे सहसा झिगझॅग कंडक्टिव किंवा सेमीकंडक्टर घटक असतात जे लवचिक बेसवर लागू केले जातात जे झिल्लीला चिकटतात. सब्सट्रेट सामान्यतः अभ्रक, कागद किंवा पॉलिमर फिल्मपासून बनविलेले असते आणि प्रवाहकीय घटक फॉइल, पातळ वायर किंवा सेमीकंडक्टर व्हॅक्यूम-धातूवर स्प्रे केलेले असते.मापन सर्किटशी स्ट्रेन गेजच्या संवेदनशील घटकाचे कनेक्शन संपर्क पॅड किंवा वायर वापरून केले जाते. स्ट्रेन गेजचे स्वतःचे क्षेत्रफळ सहसा 2 ते 10 चौरस मिमी असते.

सेल सेन्सर लोड करा दाब पातळी, संकुचित शक्ती आणि वजन मोजण्यासाठी उत्तम.

इलेक्ट्रिक प्रेशर सेन्सरचा पुढील प्रकार आहे पायझोइलेक्ट्रिक… येथे, पायझोइलेक्ट्रिक घटक संवेदनशील घटक म्हणून काम करतो. पायझोइलेक्ट्रिकवर आधारित पायझोइलेक्ट्रिक घटक विकृत झाल्यावर विद्युत सिग्नल तयार करतो, हा तथाकथित डायरेक्ट पीझोइलेक्ट्रिक प्रभाव आहे. पायझोइलेक्ट्रिक घटक मोजलेल्या माध्यमात ठेवला जातो आणि नंतर ट्रान्सड्यूसर सर्किटमधील विद्युत् प्रवाह त्या माध्यमातील दाब बदलाच्या परिमाणात प्रमाणात असेल.

पायझोइलेक्ट्रिक इफेक्ट दिसण्यासाठी स्थिर दाबाऐवजी दाबामध्ये अचूक बदल आवश्यक असल्याने, या प्रकारचे दाब ट्रान्सड्यूसर केवळ डायनॅमिक दाब मोजण्यासाठी योग्य आहे. जर दाब स्थिर असेल, तर पायझोइलेक्ट्रिक घटकाची विकृती प्रक्रिया होणार नाही आणि पीझोइलेक्ट्रिकद्वारे विद्युत प्रवाह निर्माण होणार नाही.

पायझोइलेक्ट्रिक प्रेशर सेन्सर वापरले जातात, उदाहरणार्थ, पाणी, वाफ, वायू आणि इतर एकसंध माध्यमांसाठी व्हर्टेक्स मीटरच्या प्राथमिक प्रवाह ट्रान्सड्यूसरमध्ये. असे सेन्सर प्रवाहाच्या मुख्य भागाच्या मागे दहा ते शेकडो मिलीमीटर नाममात्र ओपनिंगसह पाइपलाइनमध्ये जोड्यांमध्ये स्थापित केले जातात आणि अशा प्रकारे व्हर्टिसेस नोंदणी करतात ज्यांची वारंवारता आणि संख्या व्हॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर आणि प्रवाह दर यांच्या प्रमाणात असते.

पुढील पायझो-रेझोनंट प्रेशर सेन्सर्सचा विचार करा... पायझो-रेझोनंट प्रेशर सेन्सर्समध्ये, रिव्हर्स पायझोइलेक्ट्रिक प्रभाव कार्य करतो, ज्यामध्ये लागू व्होल्टेजच्या क्रियेखाली पायझोइलेक्ट्रिक विकृत होते आणि व्होल्टेज जितके जास्त असेल तितके विरूपण अधिक मजबूत होते. सेन्सर पिझोइलेक्ट्रिक प्लेटच्या स्वरूपात रेझोनेटरवर आधारित आहे, ज्याच्या दोन्ही बाजूंना इलेक्ट्रोड जोडलेले आहेत.

जेव्हा इलेक्ट्रोड्सवर पर्यायी व्होल्टेज लागू केले जाते, तेव्हा प्लेट सामग्री कंपन करते, एका दिशेने किंवा दुसर्‍या दिशेने वाकते आणि कंपनांची वारंवारता लागू केलेल्या व्होल्टेजच्या वारंवारतेइतकी असते. तथापि, जर प्लेट आता त्यावर बाह्य शक्ती लागू करून विकृत झाली असेल, उदाहरणार्थ दबाव-संवेदनशील पडद्याद्वारे, तर रेझोनेटरच्या मुक्त दोलनांची वारंवारता बदलेल.

तर, रेझोनेटरची नैसर्गिक वारंवारता रेझोनेटरवर दाबणाऱ्या पडद्यावरील दाबाचे प्रमाण प्रतिबिंबित करेल, परिणामी वारंवारता बदलेल. उदाहरण म्हणून, पिझो रेझोनान्सवर आधारित निरपेक्ष दाब ​​सेन्सरचा विचार करा.

मोजलेले दाब चेंबर 1 मध्ये कनेक्शन 12 द्वारे प्रसारित केले जाते. चेंबर 1 हे उपकरणाच्या संवेदनशील मोजणी भागापासून पडद्याद्वारे वेगळे केले जाते. बॉडी 2, बेस 6 आणि मेम्ब्रेन 10 एकत्र करून दुसरा सीलबंद कक्ष तयार केला जातो. बेस 6 च्या दुसऱ्या सीलबंद चेंबरमध्ये, धारक 9 आणि 4 निश्चित केले आहेत, त्यापैकी दुसरा पुलाच्या सहाय्याने पाया 6 ला जोडलेला आहे 3. धारक 4 संवेदनशील रेझोनेटर 5 निश्चित करण्यासाठी काम करतो. आधार देणारा रेझोनेटर 8 आहे धारकाने निश्चित केले आहे 9.

मोजलेल्या दाबाच्या कृती अंतर्गत, पडदा 10 स्लीव्ह 13 द्वारे बॉल 14 वर दाबतो, जो धारक 4 मध्ये देखील निश्चित केला जातो.बॉल 14, यामधून, संवेदनशील रेझोनेटर 5 दाबतो. वायर 7, बेस 6 मध्ये निश्चित केलेले, रेझोनेटर 8 आणि 5 यांना अनुक्रमे 16 आणि 17 जनरेटरशी जोडतात. निरपेक्ष दाबाच्या परिमाणाच्या प्रमाणात सिग्नल व्युत्पन्न करण्यासाठी, सर्किट 15 वापरला जातो, जो रेझोनेटरच्या फ्रिक्वेन्सीमधील फरकातून आउटपुट सिग्नल तयार करतो. सेन्सर स्वतः सक्रिय थर्मोस्टॅट 18 मध्ये ठेवलेला आहे, जो 40 डिग्री सेल्सियस सतत तापमान राखतो.

काही सर्वात सोप्या कॅपेसिटिव्ह प्रेशर सेन्सर्स आहेत... दोन सपाट इलेक्ट्रोड आणि त्यांच्यामधील अंतर एक कॅपेसिटर बनवतात. इलेक्ट्रोडपैकी एक एक पडदा आहे ज्यावर मोजलेले दाब कार्य करते, ज्यामुळे वास्तविक कॅपेसिटर प्लेट्समधील अंतराच्या जाडीत बदल होतो. हे सर्वज्ञात आहे की प्लेट्सच्या स्थिर क्षेत्रासाठी अंतराच्या आकारात बदल झाल्यामुळे फ्लॅट कॅपेसिटरची कॅपेसिटन्स बदलते, म्हणून, दाबातील अगदी लहान बदल शोधण्यासाठी, कॅपेसिटिव्ह सेन्सर खूप प्रभावी आहेत.

लहान आकारमानांसह कॅपेसिटिव्ह प्रेशर सेन्सर द्रव, वायू, वाफेमध्ये अतिदाब मोजण्याची परवानगी देतात. कॅपेसिटिव्ह प्रेशर सेन्सर हायड्रॉलिक आणि वायवीय प्रणाली वापरून विविध औद्योगिक प्रक्रियांमध्ये, कॉम्प्रेसरमध्ये, पंपांमध्ये, मशीन टूल्सवर उपयुक्त आहेत. सेन्सरची रचना तापमानाच्या तीव्रतेला आणि कंपनांना प्रतिरोधक आहे, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक हस्तक्षेप आणि आक्रमक पर्यावरणीय परिस्थितींपासून प्रतिरोधक आहे.

विद्युत दाब सेन्सर्सचा आणखी एक प्रकार, दूरस्थपणे कॅपेसिटिव्ह - प्रेरक किंवा चुंबकीय सेन्सर्स सारखाच असतो... दाब-संवेदनशील प्रवाहकीय पडदा पातळ W-आकाराच्या चुंबकीय सर्किटपासून काही अंतरावर स्थित असतो, ज्याच्या मध्यभागी कॉइल जखमेच्या असतात.झिल्ली आणि चुंबकीय सर्किट दरम्यान एक विशिष्ट वायु अंतर सेट केले जाते.

जेव्हा कॉइलवर व्होल्टेज लावला जातो, तेव्हा त्यातील विद्युत प्रवाह चुंबकीय प्रवाह तयार करतो जो चुंबकीय सर्किटमधून आणि हवेच्या अंतरातून आणि पडद्याद्वारे बंद होतो. गॅपमधील चुंबकीय पारगम्यता चुंबकीय सर्किट आणि झिल्लीच्या तुलनेत अंदाजे 1000 पट लहान असल्याने, अंतराच्या जाडीमध्ये थोडासा बदल देखील सर्किटच्या इंडक्टन्समध्ये लक्षणीय बदल घडवून आणतो.

मोजलेल्या दाबाच्या प्रभावाखाली, सेन्सर डायाफ्राम वाकतो आणि कॉइलचा जटिल प्रतिकार बदलतो. ट्रान्सड्यूसर हा बदल इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित करतो. कन्व्हर्टरचा मापन भाग ब्रिज सर्किटनुसार बनविला जातो, जेथे सेन्सरची कॉइल एका हातामध्ये समाविष्ट केली जाते. एडीसीचा वापर करून, मापन भागातून येणारे सिग्नल मोजलेल्या दाबाच्या प्रमाणात इलेक्ट्रिकल सिग्नलमध्ये रूपांतरित केले जाते.

प्रेशर सेन्सरचा शेवटचा प्रकार आपण ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सेन्सर पाहणार आहोत... ते दाब ओळखण्यास अगदी सोपे आहेत, उच्च रिझोल्यूशन आहेत, उच्च संवेदनशीलता आहेत आणि थर्मलली स्थिर आहेत. लहान विस्थापन मोजण्यासाठी फॅब्री-पेरोट इंटरफेरोमीटर वापरून प्रकाश हस्तक्षेपाच्या आधारावर कार्यरत, हे सेन्सर्स विशेषतः आशादायक आहेत. छिद्र असलेले ऑप्टिकल कन्व्हर्टर क्रिस्टल, एक एलईडी आणि तीन फोटोडायोड्स असलेले डिटेक्टर हे अशा सेन्सरचे मुख्य भाग आहेत.

लहान जाडीच्या फरकासह फॅबी-पेरोट ऑप्टिकल फिल्टर दोन फोटोडायोड्सना जोडलेले आहेत. हे फिल्टर सिलिकॉन ऑक्साईडच्या थराने झाकलेल्या समोरच्या पृष्ठभागावरील प्रतिबिंबित सिलिकॉन मिरर आहेत, ज्याच्या पृष्ठभागावर अॅल्युमिनियमचा पातळ थर जमा केला जातो.

ऑप्टिकल ट्रान्सड्यूसर हे कॅपेसिटिव्ह प्रेशर सेन्सरसारखेच असते, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सब्सट्रेटमध्ये कोरीव काम करून तयार केलेला डायाफ्राम धातूच्या पातळ थराने झाकलेला असतो. काचेच्या प्लेटच्या खालच्या बाजूला देखील धातूचा लेप असतो. ग्लास प्लेट आणि सिलिकॉन सब्सट्रेट यांच्यामध्ये w रुंदीचे अंतर आहे, दोन स्पेसर वापरून प्राप्त केले आहे.

धातूचे दोन थर व्हेरिएबल एअर गॅप डब्ल्यूसह फॅबिया-पेरोट इंटरफेरोमीटर बनवतात, ज्यामध्ये खालील गोष्टींचा समावेश होतो: पडद्यावर स्थित एक जंगम आरसा, जो दाब बदलल्यावर त्याची स्थिती बदलतो आणि काचेच्या प्लेटवर त्याच्या समांतर स्थिर अर्धपारदर्शक आरसा.

या आधारावर, FISO तंत्रज्ञान केवळ 0.55 मिमी व्यासासह सूक्ष्म संवेदनशील दाब ट्रान्सड्यूसर तयार करते जे सुईच्या डोळ्यातून सहज जाते. कॅथेटरच्या मदतीने, अभ्यास केलेल्या व्हॉल्यूममध्ये एक मिनी-सेन्सर घातला जातो, ज्याच्या आत दबाव मोजला जातो.

ऑप्टिकल फायबर एका बुद्धिमान सेन्सरशी जोडलेले आहे, ज्यामध्ये, मायक्रोप्रोसेसरच्या नियंत्रणाखाली, फायबरमध्ये आणलेल्या मोनोक्रोमॅटिक प्रकाशाचा स्रोत चालू केला जातो, बॅक-रिफ्लेक्ड लाईट फ्लक्सची तीव्रता मोजली जाते, बाह्य दाब सेन्सरची गणना कॅलिब्रेशन डेटावरून केली जाते आणि डिस्प्लेवर प्रदर्शित केली जाते. औषधात, उदाहरणार्थ, अशा सेन्सर्सचा वापर इंट्राक्रॅनियल प्रेशरचे निरीक्षण करण्यासाठी, फुफ्फुसाच्या धमन्यांमधील रक्तदाब मोजण्यासाठी केला जातो, ज्यापर्यंत इतर कोणत्याही प्रकारे पोहोचता येत नाही.