فشار مطلق چیست؟
با وجود طیف گسترده ای از سنسور فشار ، می توان دانست که کدام یک برای یک کار خاص مناسب تر است. وقتی صحبت از اندازه گیری فشار هوا می شود ، مخصوصاً برای کاربردهایی مانند اندازه گیری فشارسنج برای آب و هوا یا در ارتفاع سنج ، یک سنسور فشار مطلق دستگاه انتخابی است. با این حال ، استفاده احتمالی از برنامه 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 دمای ممکن 0 درجه K است.
یک سنسور فشار مطلق فشار را نسبت به مرجع خلاء مهر و موم شده در محفظه مهر و موم شده اندازه گیری می کند ، با این حال ، دستیابی به خلاء کامل بسیار چالش برانگیز است ، به ویژه اگر سنسور در محدوده قیمت قابل قبولی باقی بماند. بنابراین ، سنسور مطلق معمولاً باید با خلاء تقریبی ، معمولاً در محدوده 35 میکروبار (0.0005 PSI) کار کنند.
خلاء
با استفاده از خلاء به عنوان مرجعی که همه چیز بر اساس آن اندازه گیری می شود ، همه اندازه گیری ها مقداری بزرگتر از حداقل مطلق مطابق مرجع ارائه می دهند. این برای اندازه گیری دقیق ضروری است، زیرا قانون بویل می گوید فشار یک گاز با دمای ثابت نسبت معکوس با حجم آن دارد. بنابراین ، هر چیزی غیر از خلاء کامل منجر به یک سنسور فشار مطلق می شود که اندازه گیری آن با دما متفاوت است. با سطوح بالای یکپارچگی امروزی ، غیر معمول نیست که سنسور مقاوم در برابر مقاومت شما شامل مدارهای جبران کننده ، مانند مقاومت ها ، همه در یک زیره واحد باشد (راست را ببینید).
سایر فن آوری های سنجش نیز هنگام تغییر شکل از تغییرات ارزش یک جزء استفاده می کنند. به عنوان مثال، خازن ها هنگام تحت فشار تحت فشار قرار گرفتن متفاوت هستند. گاهی اوقات تغییر در سلف سلف می تواند ناشی از دیافراگم محلی باشد که در واکنش به تغییرات فشار حرکت می کند.
اثر پیزو الکتریک
اثر پیزوالکتریک نیز یک فناوری رایج اندازه گیری فشار است. این امر از این واقعیت استفاده می کند که برخی مواد مانند کوارتز بسته به فشار اعمال شده ولتاژ ایجاد می کنند. در نتیجه پیشرفت های عظیم فناوری تولید سیلیکون در سال های اخیر ، برخی از عناصر مکانیکی در تراشه های سیلیکون که به عنوان سیستم های میکروالکترومکانیکی یا دستگاه های MEMS شناخته می شوند ، ماشینکاری می شوند. آنها بیشتر از خواص فیزیکی یکسانی از قطعات الکترونیکی که قبلاً ذکر شد استفاده می کنند ، اما از برخی قطعات متحرک که در مواد نیمه رسانا ماشینکاری شده اند استفاده می کنند. چنین دستگاه هایی به ندرت سیگنال خروجی عنصر حسگر را ارائه می دهند. در عوض آنها سیگنال را قبل از خروجی از طریق پین بسته به صورت الکترونیکی پیش شرط می کنند. پیکربندی quad op-amp همانطور که در نمودار بالا نشان داده شده است نمونه ای از چنین مدار تقویتی را ارائه می دهد. چنین مدارهایی باید با دقت طراحی شوند و همچنین ممکن است نیاز به تکنیک های مناسب غربالگری و طراحی کم سر و صدا داشته باشد تا سیگنال خروجی قابل اطمینان را تضمین کند.
به دلیل تنوع فرآیند و تحمل قطعات ، ممکن است مدار شما برای هر برد مدار که تولید می کنید به کالیبراسیون فردی نیز نیاز داشته باشد. سنسورهای دارای خروجی دیجیتال بسیار راحت تر به میکروکنترلر متصل می شوند. این ها شامل تمام تهویه سیگنال ، تقویت و جبران دما می شود. سپس اندازه گیری ها به مقدار دیجیتالی تبدیل شده و در یک ثبت داخلی ذخیره می شوند. رابط های ارائه شده به میکروکنترلر معمولاً I2C یا SPI هستند. برخی از سنسورها ممکن است از هر دو پشتیبانی کنند و به شما این امکان را می دهند که یکی از مناسب ترین برنامه ها را انتخاب کنید. این مورد در مورد مثال زیر نشان داده شده است.
آیا می توانم از یک سنسور فشار مطلق در طراحی خود استفاده کنم؟
بسیاری از سنسور فشار مطلق در یک محفظه کوچک مناسب برای اتصال از طریق سوراخ یا نصب روی صفحه به مدار چاپی (PCB) ارائه شده است. به سنسور سطح برد معروف هستند. این امر آنها را برای یک برنامه کاربردی مصرف کننده که در آن می توان روی PCB انجام داد ، ایده آل می کند ، به عنوان مثال. در ارتفاع سنج یا ساعت ورزشی. با این حال ، چنین سنسورهایی برای دمای بالای مایعات یا گازها مناسب نیستند. همچنین از آنها در برابر گرد و غبار ، رطوبت یا مواد شیمیایی که اغلب برای تمیز کردن در محیط های صنعتی استفاده می شود محافظت نمی شود.
بسته بندی سنسور صنعتی
سنسورهای صنعتی معمولاً بسته بندی محکمی دارند. آنها به احتمال زیاد از مواد غیر خورنده مانند فولاد ضد زنگ ساخته شده اند و دارای نخ هستند و به آنها امکان می دهد در لوله ها و مخازن ذخیره سازی نصب شوند.
انواع سنسور صنعتی
مهندسان صنایع معمولاً می خواهند سخت افزار خود را انتخاب کرده و همه را با هم مرتبط کنند. آنها چندان علاقه ای به ساخت مدارهای سفارشی برای مدیریت خروجی سنسور ندارند. در نتیجه ، سنسور صنعتی به سه نوع اصلی تقسیم می شوند:
- سنسورها
- مبدل ها
- فرستنده ها
سنسور
اصطلاح "سنسور فشار " معمولاً نشان دهنده دستگاهی است که خروجی نسبت سنجی تولید می کند. این بدان معناست که خروجی سنسور شما به ولتاژ منبع تغذیه سنسور بستگی دارد. بنابراین ، یک سنسور با خروجی 10mV/V خروجی 0-50 mV را برای منبع 5.0 VDC تولید می کند. چنین وسایلی می توانند در بسته بندی خود کاملاً خام باشند ، با پد یا پاهای مناسب برای لحیم کاری روی برد مدار یا کابل کشی.
مبدل
"مبدل" یک سنسور کامل از جمله تهویه سیگنال است که برای شما مناسب برای قرارگیری مستقیم در یک محیط صنعتی طراحی شده است. سیگنال خروجی شما معمولاً یک ولتاژ مربوط به فشار است که عموماً در محدوده 0 تا 10 ولت قرار دارد. با این حال ، برخی مبدل ها یک سیگنال متناوب در محدوده 1 - 6 کیلوهرتز تولید می کنند.
فرستنده
هنگامی که سنسور در پایین ترین نقطه اندازه گیری قرار دارد ، برخی از مبدل های قدیمی "صفر زنده" ندارند. این امر باعث می شود که شما نتوانید تفاوت بین حداقل اندازه گیری فشار و سنسور خراب یا کابل اتصال را تعیین کنید. این موردی است که برای سیستم هایی که نیاز به ایمنی بالایی دارند باید در نظر گرفته شود.
ترنسمیتر فشار
"ترنسمیتر فشار" معمولاً نشان دهنده سنسوری است که به جای خروجی ولتاژ از سیگنال خروجی 4 تا 20 میلی آمپر استفاده می کند. این دستگاهها اغلب فقط به یک رابط دو سیم (منبع تغذیه و زمین) نیاز دارند و ایمنی نویز الکتریکی خوبی (EMI/RFI) را ارائه می دهند. ولتاژ تغذیه چنین سنسورهایی در محدوده 8 تا 24 VDC است.
طرز کار ترنسمیتر فشار
چنین حسگرهایی برای استفاده با سایر تجهیزات صنعتی مانند کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی (PLC) طراحی شده اند. سپس آنها از طریق اتوبوس های دیجیتالی با یکدیگر و سایر سیستم های صنعتی ارتباط برقرار می کنند. اتوبوس ها شامل Fieldbus ، استاندارد IEC 61158 ، IO-Link ، PROFIBUS و CANopen هستند. با توجه به اینکه هوش بیشتری در سنسورهای صنعتی ساخته شده است ، به طور فزاینده ای متداول می شود که دریابیم آنها آماده اتصال مستقیم به چنین شبکه های صنعتی هستند.
کاربرد سنسورهای فشار مطلق
با افزایش ساعت های هوشمند و سیستم های ناوبری ، سنسورهای فشار مطلق خانه هایی را پیدا می کنند که ارتفاع آنها از سطح دریا (اندازه گیری ارتفاع سنج) مورد نیاز است. ایستگاه های هواشناسی نیز از آنها برای اندازه گیری فشار بارومتریک استفاده می کنند. خودروهای بنزینی و دیزلی نیز از آنها استفاده می کنند و فشار را در منیفولد موتور اندازه گیری می کنند.
چنین سنسورهایی به عنوان سنسورهای فشار مطلق چندگانه یا به طور خلاصه سنسورهای MAP شناخته می شوند. واحد کنترل الکترونیکی موتور (ECU) از این اطلاعات برای تعیین احتراق بهینه مخلوط هوا و سوخت و زمان احتراق استفاده می کند. در کاربردهای صنعتی ، اغلب لازم است یک خلاء جزئی ایجاد شود. این امر در بسته بندی مواد غذایی اتفاق می افتد ، جایی که فشار باقی مانده عمر مفید محصول را تعیین می کند. سنسور فشار مطلق می تواند اطمینان حاصل کند که فشار در هر بسته یکسان است. در سوی دیگر ، سنسورهای فشار مطلق صنعتی در دسترس هستند که اندازه گیری های بیش از 300 بار (4400 PSI) را پشتیبانی می کنند.