فشار به عنوان یکی از مهم‌ترین پارامترهای فیزیکی در صنایع مختلف، نقشی اساسی در کنترل و بهینه‌سازی فرآیندها ایفا می‌کند. اندازه‌گیری دقیق و قابل‌اعتماد فشار می‌تواند به افزایش ایمنی، کارایی و بهره‌وری سیستم‌ها کمک کند. با پیشرفت‌های تکنولوژیکی، انواع مختلف سنسورها برای این منظور توسعه یافته‌اند که هر یک دارای ویژگی‌ها و کاربردهای منحصر به فردی هستند. انتخاب سنسور مناسب برای هر کاربرد نیازمند درک اصول عملکرد و مزایای آن‌هاست. در ادامه به بررسی شش فن آوری اصلی برای اندازه گیری فشار خواهیم پرداخت.
این فناوری‌ها عبارتند از :
1- سنسورهای فشار پتانسیومتری
سنسورهای فشار پتانسیومتری از یک لوله بوردون استفاده می‌کنند که بازوی عقربه درون فشار سنج را هدایت می‌کند. این سنسور با تغییر فشار با استفاده از یک پل وتستون تغییرات فشار را به مقاومت تبدیل می‌کند.
2- سنسورهای فشار القایی:
سنسورهای فشار القایی از ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی (LVDT) برای تغییر درجه اتصال القایی که بین سیم پیچ‌های اولیه و ثانویه ترانسفورماتورها قرار دارد استفاده می‌کند.
- سنسورهای فشار خازنی
3- سنسورهای فشار خازنی:
سنسورهای فشار خازنی از یک دیافراگم استفاده می‌کنند که با فشار وارد شده منحرف می‌شود که منجر به تغییر در مقدار خازن می‌شود. با کالیبره کردن این مقدار تغییر خازن می‌توان میزان فشار را به صورت دقیق اندازه گیری کرد.
4- سنسورهای فشار پیزوالکتریک
این تکنولوژی پرکاربرد ترین روش برای تبدیل فشار به سیگنال الکتریکی می باشد.
سنسورهای فشار پیزوالکتریک با استفاده از خواص مواد مانند کوارتز سرامیکی یا فلزی شده برای ایجاد پتانسیل الکتریکی در هنگام تحت فشار قرار گرفتن مواد مکانیکی استفاده می‌کنند.
در ترانسمیترهای فشار آلتون از این تکنولوژی استفاده می گردد.
در اینجا توضیحات کامل‌تری درباره سنسورهای پیزو رزیستنس به همراه جزئیات بیشتر در مورد عملکرد، ساختار و کاربردهای آنها آورده شده‌است:
4.1- تعریف و اصل عملکرد
سنسورهای پیزو رزیستنس، سنسورهایی هستند که بر اساس پدیده پیزو رزیستنس عمل می‌کنند. پیزو رزیستنس به تغییر در مقاومت الکتریکی یک ماده در پاسخ به فشار مکانیکی اشاره دارد. این تغییر مقاومت به علت تغییر در الکترون‌نگاری شبکه بلوری ماده نیمه‌هادی رخ می‌دهد.
4.2- ساختار
سنسورهای پیزو رزیستنس، سنسورهایی هستند که بر اساس پدیده پیزو رزیستنس عمل می‌کنند. پیزو رزیستنس به تغییر در مقاومت الکتریکی یک ماده در پاسخ به فشار مکانیکی اشاره دارد. این تغییر مقاومت به علت تغییر در الکترون‌نگاری شبکه بلوری ماده نیمه‌هادی رخ می‌دهد.
معماری میکرو الکترومکانیکی (MEMS): سنسورهای پیزو رزیستنس در بسیاری از موارد به صورت فناوری MEMS تولید می‌شوند که امکان می‌دهد اجزای میکروسکوپی بر روی یک ویفر سیلیکونی قرار بگیرند و اندازه آنها بسیار کوچک باشد.
الکترودها: سنسور به وسیله الکترودهایی که بر روی سطح آن قرار دارد، با مدارهای دیگر متصل می‌شود.
4.3- نحوه عملکرد
اعمال فشار: زمانی که فشار بر روی سنسور وارد می‌شود، ساختار مطلوب آن به واسطه تغییر جرم به حالت کشیده یا فشرده درمی‌آید.
تغییر در مقاومت الکتریکی: این تغییرات فیزیکی منجر به تغییر در چگالی الکترون‌ها در ناحیه تحت فشار می‌شود. به این ترتیب مقاومت الکتریکی ماده تغییر می‌کند.
مدار اندازه‌گیری: تغییرات مقاومت می‌تواند با استفاده از مداری مانند پل وتستون اندازه‌گیری شود که به ولتاژ تبدیل می‌شود. این ولتاژ نسبت مستقیمی با فشار وارد شده دارد.
تجزیه و تحلیل سیگنال: ولتاژ خروجی به یک سیستم پردازش سیگنال دیجیتال (DSP) منتقل می‌شود که می‌تواند تغییرات ولتاژ را به مقدار دقیق فشار تبدیل کند.
4.4- ویژگی‌ها و مزایا
دقت بالا: سنسورهای پیزو رزیستنس دقت بالایی در اندازه‌گیری فشار دارند.
حساسیت عالی: این سنسورها معمولاً به تغییرات فشار بسیار حساس هستند.
اندازه کوچک: اندازه میکروسکوپی آنها، امکان استفاده در محیط‌های محدود را فراهم می‌کند.
هزینه مقرون به صرفه: به دلیل تکنولوژی‌های مدرن، هزینه تولید این سنسورها نسبت به دقت و کیفیت آنها مناسب است.
نهایتا سنسورهای پیزو رزیستنس به واسطه دقت و حساسیت بالا، یکی از ابزارهای حیاتی در اندازه‌گیری فشار محسوب می‌شوند. با پیشرفت فناوری و توسعه مواد جدید، انتظار می‌رود که کاربردهای این سنسورها در آینده افزایش یابد و به بهبود عملکرد سیستم‌های مختلف کمک کند.
5- سنسور فشارسنج استرین گیج
سنسورهای فشار سنج استرین گیجی به یک ابزار سنجش تغییر مقاومت متصل هستند که در ماده‌ای مانند سیلیکون قرار گرفته است. هنگام قرار گرفتن در معرض تنش مکانیکی میزان تغییر مقاومت باعث ایجاد اثر در آن ماده و ارسال سیگنال می‌شود.
6- سنسورهای مغناطیسی
سنسورهای فشار متغیر از دیافراگمی استفاده می‌کنند که در یک مدار مغناطیسی وجود دارد. وقتی فشار به سنسور وارد می‌شود، انحراف دیافراگم باعث تغییر در میزان شار مغناطیسی در مدار می‌شود و می‌توان آن تغییر را اندازه گیری کرد.
دیدگاه خود را بنویسید