Šiandien pramonėje naudojami ne barometrai su gyvsidabriu, o gana modernūs ir patikimi jutikliai. Jų veikimo principas skiriasi priklausomai nuo dizaino ypatybių. Visi turi ir privalumų, ir tam tikrų trūkumų. Elektronikos tobulinimo dėka galima realizuoti jutiklius, skirtus puslaidininkinių elementų slėgiui matuoti.
Kas yra elektroniniai jutikliai?
Elektroniniai vandens ar bet kokio kito skysčio slėgio jutikliai yra įrenginiai, leidžiantys matuoti parametrus ir juos apdoroti specialiais valdymo ir rodymo blokais. Slėgio jutiklis – tai įrenginys, kurio išėjimo parametrai tiesiogiai priklauso nuo slėgio matuojamoje vietoje (cisternoje, vamzdžiuose ir kt.). Be to, jais galima matuoti bet kokias medžiagas, kurios yra įvairios agregatinės būsenos – skystos, garinės, dujinės.
Tokių poreikisįrenginių priežastis yra tai, kad beveik visa pramonė yra pagrįsta automatinėmis valdymo sistemomis. Asmuo atlieka tik konfigūravimą, kalibravimą, techninę priežiūrą ir paleidimą (stop). Bet kuri sistema veikia automatiškai. Tačiau tokie prietaisai taip pat dažnai naudojami medicinoje.
Elemento dizaino ypatybės
Bet kokie jutikliai susideda iš jautraus elemento - jo pagalba perduodamas poveikis keitikliui. Taip pat konstrukcijoje yra signalo apdorojimo grandinė ir korpusas. Galima išskirti šiuos slėgio jutiklių tipus:
- Pjezoelektrinis.
- Atsparus.
- Talpa.
- Pjezo rezonansas.
- Magnetinė (indukcinė).
- Optoelektronika.
O dabar pažvelkime į kiekvieną įrenginio tipą išsamiau.
Varžiniai elementai
Tai įtaisai, kuriuose jautrus elementas keičia savo varžą veikiamas apkrovos. Ant jautrios membranos sumontuotas tempimo matuoklis. Membrana susilenkia veikiant slėgiui, taip pat pradeda judėti įtempio matuokliai. Kartu keičiasi ir jų pasipriešinimas. Dėl to keitiklio grandinėje keičiasi srovės stiprumas.
Tempiant tempimo matuoklių elementus, ilgis didėja, o skerspjūvio plotas mažėja. Rezultatas yra pasipriešinimo padidėjimas. Atvirkštinis procesas stebimas, kai elementai suspaudžiami. Žinoma, pasipriešinimas keičiasi tūkstantosiomis omo dalimis, todėl norint tai sugauti, reikiaant puslaidininkių uždėkite specialius stiprintuvus.
Pjezoelektriniai jutikliai
Pjezoelektrinis elementas yra įrenginio konstrukcijos pagrindas. Kai atsiranda deformacija, pjezo elementas pradeda generuoti tam tikrą signalą. Elementas sumontuotas terpėje, kurios slėgis turi būti matuojamas. Veikimo metu srovė grandinėje bus tiesiogiai proporcinga slėgio pokyčiui.
Tokie įrenginiai turi vieną funkciją – jie neleidžia sekti slėgio, jei jis pastovus. Todėl jis naudojamas tik tuo atveju, kai slėgis nuolat keičiasi. Esant pastoviai išmatuotai vertei, elektrinis impulsas nebus generuojamas.
Pjezo rezonansiniai elementai
Šie elementai veikia šiek tiek kitaip. Įjungus įtampą, pjezoelektrinis elementas deformuojasi. Kuo didesnis įtempis, tuo didesnė deformacija. Prietaiso pagrindas – iš pjezoelektrinės medžiagos pagaminta rezonatoriaus plokštė. Iš abiejų pusių yra elektrodai. Kai tik jiems įjungiama įtampa, medžiaga pradeda vibruoti. Tokiu atveju plokštė yra sulenkta viena ar kita kryptimi. Vibracijos greitis priklauso nuo srovės, kuri tiekiama į elektrodus, dažnio.
Bet jei plokštę paveiks jėga iš išorės, pasikeis plokštės virpesių dažnis. Šiuo principu veikia automobiliuose naudojamas elektroninis oro slėgio jutiklis. Tai leidžia įvertinti absoliutų į transporto priemonės degalų sistemą tiekiamo oro slėgį.
Talpiniai įrenginiai
Šie įrenginiai yra populiariausi,Kadangi jie yra paprastos konstrukcijos, jie veikia stabiliai ir yra nepretenzingi priežiūrai. Konstrukcija susideda iš dviejų elektrodų, esančių tam tikru atstumu vienas nuo kito. Pasirodo, savotiškas kondensatorius. Viena iš jo plokštelių yra membrana, ją veikia slėgis (matuojamas). Dėl to kinta tarpas tarp plokščių (proporcingai slėgiui). Iš savo mokyklos fizikos kurso žinote, kad kondensatoriaus talpa priklauso nuo plokščių paviršiaus ploto ir atstumo tarp jų.
Dirbant slėgio davikliu keičiasi tik atstumas tarp plokščių – to visiškai pakanka norint išmatuoti parametrus. Elektroniniai alyvos slėgio jutikliai yra pagaminti tiksliai pagal šią schemą. Tokio tipo konstrukcijų privalumai akivaizdūs – jos gali dirbti bet kokioje aplinkoje, net ir agresyvioje. Jų neveikia dideli temperatūrų skirtumai, elektromagnetinės bangos.
Indukciniai jutikliai
Veikimo principas yra labai panašus į aukščiau aptartus talpinius. Slėgiui jautri laidžioji membrana įrengiama tam tikru atstumu nuo magnetinės grandinės raidės Ш pavidalu (aplink ją apvyniotas induktorius).
Kai į ritę tiekiama įtampa, sukuriamas magnetinis srautas. Jis praeina ir išilgai šerdies, ir per tarpą, laidžią membraną. Srautas užsidaro ir kadangi tarpo pralaidumas yra maždaug 1000 kartų mažesnis nei šerdies, net ir nedidelis jo pokytis sukelia proporcingus induktyvumo verčių svyravimus.
Optoelektronikajutikliai
Jie tiesiog nustato slėgį, turi didelę skiriamąją gebą. Jie turi didelį jautrumą ir šiluminį stabilumą. Jie veikia remdamiesi šviesos trukdžiais, naudodami Fabry-Perot interferometrą mažiems poslinkiams matuoti. Tokie elektroniniai slėgio jutikliai yra labai reti, tačiau jie yra daug žadantys.
Pagrindiniai įrenginio komponentai:
- Optinio keitiklio kristalas.
- Aperture.
- LED.
- Detektorius (susideda iš trijų fotodiodų).
Faby-Perot optiniai filtrai, kurių storis šiek tiek skiriasi, yra pritvirtinti prie dviejų fotodiodų. Filtrai yra silicio veidrodžiai su atspindinčiu priekiniu paviršiumi. Jie padengiami silicio oksido sluoksniu, ant paviršiaus padengiamas plonas aliuminio sluoksnis. Optinis keitiklis yra labai panašus į talpinį slėgio jutiklį.
