10 مرداد 1400 1:08 ب.ظ

تجهیزات ابرار دقیق ای شاپ صنعت

سنسور فشار مطلق

سنسور فشار مطلق چیست؟

با وجود طیف گسترده ای از سنسورهای فشار ، دانستن اینکه کدام یک برای یک کار خاص مناسب است ، می تواند چالش برانگیز باشد. هنگامی که نوبت به اندازه گیری فشار هوا می رسد ، به ویژه برای کاربردهایی مانند اندازه گیری بارومتریک برای آب و هوا یا در التیمیتر ، سنسور فشار مطلق دستگاه مورد نظر است. با این حال ، استفاده از برنامه احتمالی شما فقط به هوا یا گاز محدود نمی شود.

 

اندازه گیری مطلق با اندازه گیری فشار هدف نسبت به فشار شناخته شده از خلا مطلق امکان پذیر است (نمودار زیر را ببینید). این را می توان با اندازه گیری دما در کلوین مقایسه کرد ، جایی که کمترین دما ممکن 0 درجه سانتی گراد است.

 

با استفاده از خلا به عنوان مرجعی که همه چیز با آن اندازه گیری می شود ، همه اندازه گیری ها مقداری بزرگتر از حداقل مطلق را که توسط مرجع تعریف شده است ، تحویل می دهند. این برای اندازه گیری دقیق ضروری است ، زیرا قانون بویل می گوید فشار یک گاز با حجم آن در یک درجه حرارت ثابت متناسب است. بنابراین ، هر چیزی غیر از خلا کامل منجر به ایجاد یک حسگر فشار مطلق می شود که اندازه گیری آن با درجه حرارت متفاوت است.

 

سنسور فشار مطلق

دستیابی به یک خلا  کامل بسیار چالش برانگیز است ، به ویژه اگر قرار باشد سنسور در یک محدوده قیمت قابل قبول باقی بماند. بنابراین ، حسگرهای مطلق معمولاً باید با خلا تقریبی سازگار باشند ، معمولاً در محدوده 35 میکروبار (0.0005 PSI).

 

 

سنسورهای فشار مطلق چگونه کار می کنند؟

 

با استفاده از یک ظرف مهر و موم شده به عنوان نقطه مرجع ، سپس یک فناوری سنجش روی سطح  بشقاب اعمال می شود که ویژگی الکتریکی آن با تغییر فشار تغییر می کند. رویکردهای مختلفی در این زمینه وجود دارد.

 

یکی از روشهای معمول فشار سنج پیزوریزیتیو است. اینها یک مقاومت (که مقدار آن نسبت به کرنش مکانیکی تغییر می کند) را به ماده ای مانند سیلیکون ، پلی سیلیکون ، فویل فلزی یا فلز پاشیده شده روی یک لایه نازک تعبیه می کنند. به منظور به حداکثر رساندن سیگنال خروجی و کاهش خطاها ، سنسور معمولاً از چهار مقاومت در پیکربندی پل Wheatstone استفاده می کند.

با سطح بالای ادغام امروزی ، غیرمعمول نیست که سنسور پیزوریزیست شما دارای مدارهای جبرانی مانند مقاومت ها نیز باشد ، همه روی یک بستر (نگاه کنید به سمت راست).

 

سایر فن آوری های سنجش نیز هنگام تغییر شکل از تغییر مقدار مولفه استفاده می کنند. به عنوان مثال ، خازن ها وقتی تحت فشار قرار می گیرند ، از نظر ظرفیت متفاوت هستند. گاهی اوقات تغییر در اندوکتانس سلف می تواند ناشی از دیافراگم محلی باشد که در واکنش به تغییرات فشار حرکت می کند.

 

اثر پیزوالکتریک نیز یک فن آوری متداول اندازه گیری فشار است. این امر از این واقعیت استفاده می کند که برخی از مواد مانند کوارتز ولتاژ وابسته به فشار وارد شده را تولید می کنند.

 

به عنوان یک نتیجه از پیشرفت های گسترده در ساخت سیلیکون در سال های اخیر ، برخی از عناصر مکانیکی در تراشه های سیلیکون ساخته می شوند که به عنوان سیستم های ریز الکترومکانیکی یا MEMS شناخته می شوند.

 

آنها بیشتر از همان خصوصیات فیزیکی اجزای الکترونیکی که قبلاً ذکر شد استفاده می کنند ، اما از برخی قطعات متحرک که در مواد نیمه هادی ماشینکاری شده اند استفاده می کنند. چنین دستگاه هایی بندرت سیگنال خروجی عنصر سنجش را ارائه می دهند. در عوض آنها سیگنال را قبل از خروج از طریق پین بسته به صورت الکترونیکی پیش شرط می گذارند.

 

 

چگونه سنسور فشار مطلق را در مدار خود ادغام کنم؟

 

با وجود بسیاری از فن آوری های مختلف فشار سنج ، هیچ راهی واحد برای ادغام سنسور در مدار شما وجود ندارد. در بیشتر موارد ، شما به دنبال اتصال سنسور فشار مطلق خود به میکروکنترلر هستید.

 

برخی از سنسورها بسیار ساده هستند و به مدار قابل توجهی نیاز دارند تا سیگنال را برای استفاده با میکروکنترلر تنظیم کنند. سنسوری که به راحتی دسترسی به یک مدار پل Wheatstone را فراهم می کند ، برای ارائه خروجی به اندازه کافی بزرگ برای اندازه گیری مبدل آنالوگ به دیجیتال میکروکنترلر معمولی ، به تقویت قابل توجهی نیاز دارد.

 

با سطح بالای ادغام امروزی ، غیرمعمول نیست که سنسور پیزوریزیست شما دارای مدارهای جبرانی مانند مقاومت ها نیز باشد ، همه روی یک بستر (نگاه کنید به سمت راست).

 

سایر فن آوری های سنجش نیز هنگام تغییر شکل از تغییر مقدار مولفه استفاده می کنند. به عنوان مثال ، خازن ها وقتی تحت فشار قرار می گیرند ، از نظر ظرفیت متفاوت هستند. گاهی اوقات تغییر در اندوکتانس سلف می تواند ناشی از دیافراگم محلی باشد که در واکنش به تغییرات فشار حرکت می کند.

 

اثر پیزوالکتریک نیز یک فن آوری متداول اندازه گیری فشار است. این امر از این واقعیت استفاده می کند که برخی از مواد مانند کوارتز ولتاژ وابسته به فشار وارد شده را تولید می کنند.

 

به عنوان یک نتیجه از پیشرفت های گسترده در ساخت سیلیکون در سال های اخیر ، برخی از عناصر مکانیکی در تراشه های سیلیکون ساخته می شوند که به عنوان سیستم های ریز الکترومکانیکی یا MEMS شناخته می شوند.

 

آنها بیشتر از همان خصوصیات فیزیکی اجزای الکترونیکی که قبلاً ذکر شد استفاده می کنند ، اما از برخی قطعات متحرک که در مواد نیمه هادی ماشینکاری شده اند استفاده می کنند. چنین دستگاه هایی بندرت سیگنال خروجی عنصر سنجش را ارائه می دهند. در عوض آنها سیگنال را قبل از خروج از طریق پین بسته به صورت الکترونیکی پیش شرط می گذارند.

 

قیمت سنسور فشار

یک پیکربندی چهار آمپر چهارگانه ای که در نمودار بالا نشان داده شده است ، مثالی برای چنین مدار تقویت کننده ای را ارائه می دهد. چنین مدارهایی باید به دقت طراحی شوند و همچنین ممکن است به روشهای مناسب غربالگری و طراحی کم صدا برای تضمین سیگنال خروجی قابل اطمینان نیاز داشته باشند.

 

به دلیل تنوع فرآیند و تحمل اجزا ، مدار شما ممکن است برای هر صفحه مدار تولیدی شما به کالیبراسیون جداگانه نیاز داشته باشد. جبران دما نیز ممکن است لازم باشد در نظر گرفته شود.

 

اتصال سنسورهای دارای خروجی دیجیتال به میکروکنترلر بسیار راحت تر است. این شامل کلیه تهویه سیگنال ، تقویت و جبران دما می باشد. سپس اندازه گیری ها به یک مقدار دیجیتالی تبدیل شده و در یک رجیستر داخلی ذخیره می شوند.

 

رابط های ارائه شده به میکروکنترلر به طور معمول I2C یا SPI هستند. برخی از سنسورها ممکن است از هر دو پشتیبانی کنند ، به شما امکان می دهد یکی از مواردی را که مناسب برنامه شماست انتخاب کنید. این مورد مثالی است که در زیر نشان داده شده است.

 

 

اگر بخواهید تغییرات سریع فشار را اندازه بگیرید ، یک سنسور با رابط دیجیتال ممکن است پاسخگوی نیاز شما نباشد. رابط SPI یا I2C فقط از تعداد معینی از انتقال داده در ثانیه پشتیبانی می کند. با وجود بیش از یک دستگاه در باس ، با افزایش دستگاه های آویزان در باس ، پهنای باند موجود کاهش می یابد.

 

برای اندازه گیری فشار که به سرعت تغییر می کند ، احتمالاً شما باید زمان خود را برای تولید جلوی آنالوگ اختصاصی خود ، همراه با ADC با زمان تبدیل مناسب سرمایه گذاری کنید.

 

آیا می توانم از یک سنسور فشار مطلق در طراحی خود استفاده کنم؟

 

بسیاری از سنسور فشار مطلق در یک محفظه کوچک مناسب برای نصب سوراخ یا نصب سطح بر روی یک صفحه مدار چاپی (PCB) ارائه می شوند. اینها به عنوان سنسورهای سطح برد شناخته می شوند. این باعث می شود که آنها برای یک برنامه مصرف کننده که در آن می توان از طریق PCB سنجش انجام داد ، ایده آل هستند. در یک ارتفاع سنج یا ساعت ورزشی.

 

با این حال ، چنین سنسورهایی برای دمای بالای مایعات یا گازها مناسب نیستند. همچنین در برابر گرد و غبار ، رطوبت یا مواد شیمیایی که اغلب برای تمیز کردن در محیط های صنعتی استفاده می شود ، به طور مناسب محافظت نمی شوند.

 

سنسورهای صنعتی معمولاً بسته بندی محکم می شوند. به احتمال زیاد از مواد غیر خورنده مانند فولاد ضد زنگ ساخته می شوند و به صورت رشته ای در می آیند و به آنها اجازه می دهند در لوله ها و مخازن ذخیره سازی نصب شوند.

 

مهندسان صنایع معمولاً می خواهند سخت افزار خود را انتخاب کرده و همه را به هم پیوند دهند. آنها علاقه زیادی به ساخت مدارهای سفارشی برای کنترل خروجی سنسور ندارند. در نتیجه ، سنسورهای صنعتی در سه نوع اصلی قرار می گیرند: سنسورها ، مبدل ها و فرستنده ها. ما در زیر به طور خلاصه این موارد را لمس می کنیم ، اما برای اطلاعات بیشتر در مورد این انواع حسگر ، فصل 5 را بخوانید.

 

اصطلاح “سنسور” معمولاً دستگاهی را نشان می دهد که خروجی نسبت سنجی تولید می کند. این بدان معنی است که میزان خروجی سنسور شما به ولتاژ تغذیه سنسور وابسته خواهد بود. بنابراین ، یک سنسور با خروجی 10mV / V خروجی 0 تا 50 میلی ولت را برای یک منبع 5.0 VDC تولید می کند. چنین وسایلی می توانند در بسته بندی خود کاملاً خام باشند ، دارای لنت یا پایه مناسب برای لحیم کاری روی صفحه مدار یا کابل.

 

“مبدل” یک سنسور کامل است ، از جمله تهویه سیگنال ، برای شما طراحی شده است تا مستقیماً در یک محیط صنعتی قرار بگیرید. سیگنال خروجی شما به طور معمول ولتاژی خواهد بود که مربوط به فشار است ، به طور کلی در محدوده 0 تا 10 ولت قرار دارد. با این حال ، برخی از مبدل ها سیگنال متناوبی را در محدوده 1 تا 6 کیلوهرتز تولید می کنند.

 

برخی از مبدل های قدیمی هنگامی که سنسور در پایین ترین نقطه اندازه گیری قرار دارد ، “صفر زنده” ندارند. این امر باعث می شود که شما تفاوت بین اندازه گیری فشار حداقل و خراب شدن سنسور یا کابل اتصال را غیرممکن کنید. این موضوعی است که باید برای سیستمهایی با نیاز سطح ایمنی بالا در نظر گرفته شود.

 

یک “فرستنده” فشار معمولاً سنسوری را نشان می دهد که به جای خروجی ولتاژ از سیگنال خروجی 4 – 20 میلی آمپر استفاده می کند. این دستگاه ها اغلب فقط به یک رابط دو سیمه (منبع تغذیه و زمین) احتیاج دارند و از ایمنی نویز الکتریکی مناسبی برخوردار هستند (EMI / RFI). ولتاژ تغذیه برای چنین سنسورهایی در محدوده 8 – 24 VDC است.

 

چنین حسگرهایی برای استفاده با سایر تجهیزات صنعتی مانند کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) طراحی شده اند. سپس اینها از طریق اتوبوس های دیجیتال با یکدیگر و سایر سیستم های صنعتی ارتباط برقرار می کنند. اتوبوس ها شامل Fieldbus ، استاندارد شده به عنوان IEC 61158 ، IO-Link ، PROFIBUS و CANopen است. با در نظر گرفتن اطلاعات بیشتر در سنسورهای صنعتی ، فهمیدن آمادگی برای اتصال مستقیم به چنین شبکه های صنعتی به طور فزاینده ای معمول می شود.

 

سنسورهای فشار مطلق در چه کاربردهایی استفاده می شوند؟

 

با افزایش ساعت های هوشمند و سیستم های ناوبری ، حسگرهای فشار مطلق خانه هایی را در هر کجا که از سطح دریا ارتفاع پیدا کنند (اندازه گیری ارتفاع سنج) پیدا می کنند. ایستگاه های هواشناسی نیز از آنها برای اندازه گیری فشار فشار سنجی استفاده می کنند.

 

وسایل نقلیه بنزینی و دیزلی نیز از آنها استفاده می کنند و فشار موجود در منیفولد موتور را اندازه گیری می کنند. چنین سنسورهایی به عنوان سنسورهای فشار مطلق منیفولد یا به اختصار سنسورهای MAP شناخته می شوند. واحد کنترل الکترونیکی موتور (ECU) از این اطلاعات برای تعیین احتراق بهینه مخلوط سوخت هوا و زمان احتراق استفاده می کند.

 

در کاربردهای صنعتی ، اغلب ایجاد خلا جزئی ضروری است. این مورد در بسته بندی مواد غذایی وجود دارد ، جایی که فشار باقیمانده ماندگاری محصول را تعیین می کند. حسگر فشار مطلق می تواند اطمینان حاصل کند که فشار موجود در هر بسته یکسان است.

 

در حالت دیگر ، سنسورهای فشار مطلق صنعتی در دسترس هستند که اندازه گیری بیش از 300 بار (4400 PSI) را پشتیبانی می کنند.

 

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سوالی دارید؟ با ما صحبت کنید!
مکالمه را شروع کنید
سلام! برای چت در WhatsApp پرسنل پشتیبانی که میخواهید با او صحبت کنید را انتخاب کنید
ما معمولاً در چند دقیقه پاسخ می دهیم