Wstęp
W poprzednim artykule szczegółowo omówiliśmy klasyfikację czujników ciśnienia według odniesienia pomiarowego, w tym czujniki ciśnienia bezwzględnego, czujniki ciśnienia względnego i czujniki ciśnienia różnicowego. Zbadaliśmy ich zasady działania, scenariusze zastosowań i kluczowe czynniki wyboru, kładąc podwaliny pod wybór odpowiedniego czujnika ciśnienia. Jeśli nie czytałeś poprzedniej części, możesz to zrobićkliknij tutajżeby to przeczytać. Jednak oprócz odniesienia pomiarowego czujniki ciśnienia można również klasyfikować według technologii. Zrozumienie różnych typów czujników ciśnienia w zależności od technologii może pomóc nam znaleźć najbardziej odpowiedni i wydajny czujnik do konkretnych zastosowań.
Wybór czujników ciśnienia według technologii jest kluczowy, ponieważ różne technologie różnią się znacznie pod względem zasad pomiaru, dokładności, czasu reakcji, stabilności temperatury i nie tylko. Niezależnie od tego, czy chodzi o automatykę przemysłową, urządzenia medyczne, lotnictwo czy monitorowanie środowiska, wybór odpowiedniego typu czujnika ciśnienia może znacznie zwiększyć niezawodność i wydajność systemu. Dlatego w tym artykule szczegółowo omówimy zasady działania, scenariusze zastosowań oraz zalety i wady czujników ciśnienia piezorezystancyjnych, pojemnościowych, piezoelektrycznych, indukcyjnych i światłowodowych, pomagając w dokonaniu najbardziej świadomego wyboru spośród wielu opcji.
Piezorezystancyjne czujniki ciśnienia
Definicja i zasada działania
Piezorezystancyjne czujniki ciśnienia mierzą ciśnienie poprzez zmiany rezystancji spowodowane przyłożonym ciśnieniem. Zasada działania opiera się naefekt piezorezystancyjny, gdzie opór materiału zmienia się pod wpływem odkształcenia mechanicznego (takiego jak ciśnienie). Zazwyczaj piezorezystancyjne czujniki ciśnienia są wykonane z folii krzemowej, ceramicznej lub metalowej. Po przyłożeniu ciśnienia do tych materiałów zmiany ich rezystancji są przekształcane na sygnały elektryczne.
Scenariusze zastosowań
Piezorezystancyjne czujniki ciśnienia są szeroko stosowane w różnych dziedzinach przemysłu, takich jak motoryzacja, urządzenia medyczne, sprzęt AGD i automatyka przemysłowa. W przemyśle motoryzacyjnym mierzą ciśnienie oleju silnikowego i ciśnienie w oponach. W wyrobach medycznych służą do pomiaru ciśnienia krwi i ciśnienia w układzie oddechowym. W automatyce przemysłowej czujniki piezorezystancyjne monitorują ciśnienie w układach hydraulicznych i pneumatycznych.
Piezorezystancyjne czujniki ciśnienia serii XDB, takie jakXDB315IXDB308serii, jeszcze bardziej poszerzają możliwości tych zastosowań. Przetworniki ciśnienia serii XDB315 wykorzystują wysoce precyzyjne i stabilne membrany sanitarne z płaskiej folii z rozproszonego krzemu, posiadające funkcje zapobiegające blokowaniu, długoterminową niezawodność i wysoką dokładność, dzięki czemu są szczególnie odpowiednie dla branż o wysokich wymaganiach sanitarnych, takich jak żywność i farmaceutyki. Przetworniki ciśnienia serii XDB308, wyposażone w zaawansowaną technologię czujników piezorezystancyjnych i różne opcje wyjścia sygnału, zapewniają doskonałą długoterminową stabilność, odpowiednie dla różnych mediów i środowisk zgodnych z SS316L.
Zalety i wady
Piezorezystancyjne czujniki ciśnienia zapewniają wysoką dokładność, dobrą liniowość i szybki czas reakcji. Ponadto mają zazwyczaj niewielkie rozmiary i nadają się do zastosowań o ograniczonej przestrzeni. Czujniki te mają jednak również pewne wady, takie jak wrażliwość na zmiany temperatury, co może wymagać kompensacji temperatury. Co więcej, ich długoterminowa stabilność w zastosowaniach wysokociśnieniowych może nie być tak dobra, jak w przypadku innych typów czujników.
Pojemnościowe czujniki ciśnienia
Definicja i zasada działania
Pojemnościowe czujniki ciśnienia wykrywają ciśnienie poprzez pomiar zmian pojemności spowodowanych przyłożonym ciśnieniem. Czujniki te zazwyczaj składają się z dwóch równoległych płytek elektrodowych. Po przyłożeniu ciśnienia odległość między tymi płytkami zmienia się, co powoduje zmianę pojemności. Zmiana pojemności jest następnie przekształcana na czytelne sygnały elektryczne.
Scenariusze zastosowań
Pojemnościowe czujniki ciśnienia są szeroko stosowane w pomiarach poziomu cieczy, wykrywaniu gazów i systemach próżniowych. Podczas pomiaru poziomu cieczy określają poziom poprzez pomiar zmian wysokości cieczy. Podczas detekcji gazu mierzą ciśnienie i przepływ gazu. W układach próżniowych monitorują zmiany ciśnienia wewnętrznego.
Pojemnościowe przetworniki ciśnienia/różnicy ciśnień serii XDB602, z modułową konstrukcją mikroprocesora i zaawansowaną technologią izolacji cyfrowej, zapewniają wyjątkową stabilność i odporność na zakłócenia. Wbudowane czujniki temperatury poprawiają dokładność pomiaru i zmniejszają dryf temperatury, a także solidne możliwości autodiagnostyki, co czyni je idealnymi do zastosowań wymagających dużej precyzji w automatyce przemysłowej i kontroli procesów.
Zalety i wady
Pojemnościowe czujniki ciśnienia oferują wysoką czułość, niskie zużycie energii i dobrą stabilność temperatury. Dodatkowo ich prosta konstrukcja zapewnia im długą żywotność. Są jednak wrażliwe na zmiany wilgotności i mogą wymagać dodatkowej ochrony w środowiskach o wysokiej wilgotności. Ponadto czujniki pojemnościowe mogą nie działać dobrze w zastosowaniach wysokociśnieniowych.
Piezoelektryczne czujniki ciśnienia
Definicja i zasada działania
Piezoelektryczne czujniki ciśnienia mierzą ciśnienie za pomocą efektu piezoelektrycznego, podczas którego określone materiały krystaliczne wytwarzają ładunki elektryczne poddawane naciskowi mechanicznemu. Materiały te obejmują zazwyczaj kwarc, tytanian baru i ceramikę piezoelektryczną. Po przyłożeniu ciśnienia wytwarzają sygnały elektryczne proporcjonalne do przyłożonego ciśnienia.
Scenariusze zastosowań
Piezoelektryczne czujniki ciśnienia są szeroko stosowane w dynamicepomiar ciśnienia, takie jak badania udarności, badania eksplozji i pomiary wibracji. W przemyśle lotniczym i motoryzacyjnym mierzą ciśnienie spalania w silniku i fale uderzeniowe. W automatyce przemysłowej monitorują drgania i naprężenia mechaniczne.
Zalety i wady
Piezoelektryczne czujniki ciśnienia oferują charakterystykę wysokiej częstotliwości, dobrą dynamikę i wysoką czułość, dzięki czemu nadają się do pomiaru szybko zmieniających się ciśnień. Nie można ich jednak używać do pomiaru ciśnienia statycznego, ponieważ nie mogą utrzymać ładunku w czasie. Są również wrażliwe na zmiany temperatury i mogą wymagać kompensacji temperatury.
Indukcyjne czujniki ciśnienia
Definicja i zasada działania
Indukcyjne czujniki ciśnienia wykrywają ciśnienie poprzez pomiar zmian indukcyjności spowodowanych przyłożonym ciśnieniem. Czujniki te składają się zwykle z cewki indukcyjnej i ruchomego rdzenia. Po przyłożeniu ciśnienia położenie rdzenia zmienia się, zmieniając indukcyjność cewki. Zmiana indukcyjności jest następnie przekształcana na czytelne sygnały elektryczne.
Scenariusze zastosowań
Indukcyjne czujniki ciśnienia są stosowane głównie w środowiskach o wysokiej temperaturze i trudnych warunkach przemysłowych, takich jak monitorowanie ciśnienia w turbinach i wysokotemperaturowe systemy płynów. W przemyśle naftowym i gazowym mierzą ciśnienie w odwiercie. W automatyce przemysłowej monitorują ciśnienie gazów i cieczy o wysokiej temperaturze.
Zalety i wady
Indukcyjne czujniki ciśnienia zapewniają dobrą stabilność temperatury i wysoką dokładność, odpowiednie do stosowania w wysokich temperaturach i trudnych warunkach. Ich solidna konstrukcja zapewnia długoterminową niezawodność. Jednakże czujniki te są stosunkowo duże i mogą nie nadawać się do zastosowań o ograniczonej przestrzeni. Ponadto ich szybkość reakcji jest stosunkowo powolna, co czyni je mniej przydatnymi do szybko zmieniających się pomiarów ciśnienia.
Światłowodowe czujniki ciśnienia
Definicja i zasada działania
Światłowodowe czujniki ciśnienia wykrywają ciśnienie, mierząc zmiany sygnałów świetlnych spowodowane przyłożonym ciśnieniem. Czujniki te wykorzystują zmiany natężenia światła, fazy lub długości fali w światłowodzie, aby odzwierciedlić zmiany ciśnienia. Pod wpływem nacisku na włókno zmieniają się jego właściwości fizyczne, zmieniając sygnały świetlne.
Scenariusze zastosowań
Światłowodowe czujniki ciśnienia są szeroko stosowane w medycynie, monitorowaniu środowiska i poszukiwaniach ropy naftowej. W medycynie mierzą ciśnienie krwi i ciśnienie wewnętrzne ciała. W ramach monitorowania środowiska wykrywają ciśnienie oceanów i wód gruntowych. Podczas poszukiwań ropy naftowej mierzą ciśnienie podczas procesów wiertniczych.
Zalety i wady
Światłowodowe czujniki ciśnienia zapewniają odporność na zakłócenia elektromagnetyczne, przydatność do pomiarów na duże odległości i wysoką czułość. Ich właściwości materiałowe pozwalają im stabilnie pracować w trudnych warunkach. Czujniki te są jednak drogie, a ich instalacja i konserwacja są skomplikowane. Są również wrażliwe na uszkodzenia mechaniczne, wymagają ostrożnego obchodzenia się i ochrony.
Rozumiejąc zasady działania, scenariusze zastosowań oraz zalety i wady różnych typów czujników ciśnienia w zależności od technologii, możemy dokonywać bardziej świadomych wyborów w przypadku konkretnych zastosowań, zapewniając, że wybrane czujniki spełniają wymagania oraz poprawiają niezawodność i wydajność systemu.
Czas publikacji: 12 lipca 2024 r