Co to są czujniki ciśnienia?

Czujniki ciśnienia są poszukiwane od początku epoki pary. Miliardy takich czujników są używane codziennie do monitorowania ciśnienia płynów w rurach, silnikach, hydraulice lub w naturze. Wyspecjalizowane czujniki służą również do określania ciśnienia ciał stałych lub gazów. Typowy czujnik ciśnienia ma rozmiar około cala sześciennego, chociaż niektóre mogą być sto lub więcej razy mniejsze, na przykład te stosowane w systemach mikroelektromechanicznych.

Większość nowoczesnych czujników ciśnienia działa na zasadzie piezorezystancji. Ciśnienie powoduje, że materiał przewodzi prąd z określoną prędkością, co prowadzi do określonego poziomu przepływu ładunku związanego z określonym poziomem ciśnienia. Ładunek ten jest doprowadzany do drutu, który prowadzi do panelu sterowania i wyświetlacza do analizy na ludziach.

Konwencjonalne czujniki ciśnienia wykorzystują rezystory błonowe, tensometry, stopy metali lub polikrystaliczne półprzewodniki jako media rezystancyjne. Materiały te przewodzą mniej więcej elektryczność w oparciu o odkształcenia geometryczne w swojej strukturze. Ponieważ liniowy wzrost ciśnienia nie prowadzi do liniowej wielkości deformacji, należy zastosować techniki kalibracji w celu ustalenia rzeczywistego ciśnienia. Są one wbudowane w zdecydowaną większość systemów.

W bardziej czułych czujnikach ciśnienia opartych na monokrystalicznych półprzewodnikach, które są wytwarzane przy użyciu konwencjonalnej technologii półprzewodników, niewielkie odkształcenia mogą powodować duże zmiany rezystancji. Zmiana rezystancji nie opiera się na deformacjach geometrycznych materiału przewodzącego, ale na mniejszym, bardziej delikatnym wypaczeniu strukturalnym.

Istnieje kilka różnych rodzajów czujników ciśnienia. Jednym z nich jest czujnik ciśnienia bezwzględnego, który mierzy ciśnienie bezwzględne za pomocą próżni jako punktu odniesienia. Innym jest czujnik pomiarowy, który mierzy ciśnienie w odniesieniu do ciśnienia atmosferycznego otoczenia. Istnieją również czujniki różnicy ciśnień, które mierzą różnicę ciśnień między dwoma stykami.

Zwykle między mierzonym płynem a samym czujnikiem ciśnienia znajduje się czynnik pośredniczący. Często stosowana jest metalowa membrana lub hermetycznie zamknięta komora płynu. Zwłaszcza przy pomiarze ciśnienia lotnych lub żrących materiałów, takich jak gorący olej w silniku, stosuje się warstwę pośrednią, aby zapobiec uszkodzeniu delikatnego czujnika. Oprócz ich niemal wszechobecnego zastosowania w urządzeniach procesowych, czujniki ciśnienia są również wykorzystywane przez przyrodników do określania zmiennych, takich jak głębokość pokrywy lodowej lub gęstość warstwy skały.