مجله خبری پرشین ابزار دقیق

تاثیر پیزوالکتریک به موادی با عدم تقارن خاص در ساختار کریستالی احتیاج دارد. این مواد دربرگیرنده برخی از کریستال های طبیعی مانند کوارتز یا این که تورمالین میشود.

همینطور سرامیک های فرموله گردیده خاص می‌توانند با قطبیت مطلوب ایجاد کرد شوند تا خواص پیزوالکتریک پیدا نمایند. سنسور فشار این سرامیک ها نسبت به کریستال های طبیعی آلرژی بالاتری دارا‌هستند. با استفاده از تغییر‌و تحول صورت دادن به کوچکی 0.1 %، می توان یک خروجی قابل استفاده و مطلوب ساخت.

از‌آنجا‌که مواد پیزو الکتریک محکم و مشقت بار هستند، تنها یک انحراف بسیار مقداری از مواد برای آماده ساختن سیگنال خروجی قابل استعمال ما یحتاج میباشد. این منجر می‌شود که سنسورها در عوض موقعیت فشار اضافی (Over-pressure) بیشتراز حد، مقاوم و مستحکم باشند. همینطور این بدین مضمون‌ هست که آنان با‌گاز به تغییرات فشار جواب میدهند.

سنسور فشار می تواند تحت تأثیر هر نیروی فرنگی انجام شونده بر روی عنصر پیزوالکتریک قرار گیرد، به عنوان مثال نیروهایی که در تاثیر عجله یا این که نویز ساخت‌و‌ساز می‌شوند.

میکروسنسورها را می قدرت با استعمال از فیلم های نازک ایجاد کرد. زینک اکساید (Zinc oxide) اولی ماده گزینه به کارگیری برای این خواسته بود. این ماده تا حد متعددی توسط سرامیک های ساخته شده از موادی مانند تیتانات زیرکونات سرب (Lead zirconate titanate (PZT)) به جهت تاثیر پیزوالکتریک بزرگتر جایگزین گردیده‌است.

سیستمهای مکانیکی میکروالکترونیک (microelectronic mechanical systems (MEMS)) با ترکیب فیلم های نازک پیزوالکتریک و دیافراگم های سیلیکونی میکروماشین گردیده ساخت میشوند.

همینطور از مواد پیزوالکتریک در بعضا دیگر از سنسورهای MEMS به کار گیری میگردد. مثلا ، تاثیر پیزو الکتریک معکوس برای تشکیل داد امواج صوتی سطحی توسط دیافراگم استفاده میگردد. منحرف شدن سطح ذیل فشار را می اقتدار با تغییرات به وجود آمده در موجی که بوسیله عنصر پیزوالکتریک دیگر اخذ می‌شود تشخیص بخشید.

پیاده سازی سنسور فشار پیزوالکتریک

سنسورهای فشار پیزوالکتریک غالباً در یک فضا لوله ای صورت دارنده رزوه ساخته میشوند (همان طور که در صورت ذیل نشان داده گردیده است) تا قابلیت نصب وا رفته آنها در تجهیزاتی که فشار در آن‌ها مانیتور می‌شود را میسر سازد. در هنگام نصب این سنسورها احتیاط مایحتاج می باشد چون محکم شدن بیش تر از حد قادر است روی آلرژی خروجی تأثیر بگذارد.

در برخی از کاربردهای ساده، ممکن است سنسورهای فشار پیزوالکتریک در معرض شوک های حرارتی (تغییر و تحول ناگهانی دما) ناشی از گرمای تابشی یا این که جریان گازها و مایعات داغ قرار گیرند.

به انگیزه گرم شدن کریستال، دیافراگم یا این که بدنه سنسور، ممکن تغییراتی در خروجی ساخت خواهد شد. ولی بایستی پرشین ابزار دقیق توجه داشت که‌این مورد با آلرژی دمای استاتیک سنسور یکی‌از وجود ندارد.

اثرات شوک حرارتی را می توان با پیاده سازی محیط مطلوب و نصب سنسور در نزدیکی ایزوله به حداقل رساند.

موادسازنده حسگر فشار

موادتشکیل دهنده استرین سرگردان (Strain gauge) می توانند از فلز یا این که یک ماده نصفه رسانا ساخته شوند.

تغییر مقاومت در استرین سرگردان های فلزی عمدتاً ناشی از تغییر در هندسه (ارتفاع و سطح مجال) مواد می‌باشد. در بعضی از فلزات، از جمله آلیاژهای پلاتین سنسور فشار ، تاثیر پیزومقاومتی می تواند آلرژی را به ترازو دو یا این که چند موازی ارتقاء دهد.

در مواد نصفه رسانا، تاثیر پیزومقاومتی پیروز می‌باشد. به عبارت دیگر خواص نصفه رسانا بودن، اثر بیشتری نسبت به تغییر‌و تحول در هندسه (تغییر و تحول ارتفاع و سطح زمان)، به مراد تغییر مقاومت دارد.

تلاش سنسور فشار پیزومقاومتی

تغییر تحول مقاومت در سنسور معمولاً با به کارگیری از یک مدار پل وتسون (Wheatstone bridge) بر پایه ی صورت پایین اندازهگیری می گردد. این امر اذن می‌دهد تا تغییرات خرد در مقاومت سنسور به ولتاژ خروجی تبدیل خواهد شد.

اندازه گیری های استرین سرگردان پیزومقاومتی با به کارگیری از یک مدار پل وتسون (Wheatstone bridge) اجرا می‌گردد.

مدار پل به یک ولتاژ تحریک احتیاج دارااست. هنگامی هیچ کششی وجود نداشته باشد و تمام مقاومتهای جان دار در پل متعادل باشند، خروجی صفر ولت خواهد بود. تغییر و تحول فشار منجر تغییر‌و تحول مقاومت در پل و در سود تغییر ولتاژ یا این که جریان خروجی مربوطه می گردد. نحوه احتساب آن در فرمول پایین نماد داده گردیده‌است.

با استعمال از دو یا این که چهار عنصر حسگر در پل می اقتدار عملکرد را بهبود اعطا کرد (به صورت نمونه: استفاده از عناصر حسگر به طور جفت که در معرض کشش یکسان البته معکوس قرار می‌گیرند). این امر سبب ارتقاء سیگنال خروجی گردیده و می‌تواند اثرات دما بر روی عناصر حسگر را به دست‌کم برساند.

ساختار سنسور فشار پیزومقاومتی

موادسازنده حسگر فلزی (Metal sensing elements)

یک یا این که چند سنسور استرین حیران ساخته شده از سیم فلزی را می شود به سطح یک دیافراگم متصل نمود.

اعمال فشار به دیافراگم سبب ساز کشش سیم ها و تغییر تحول مقاومت می‌گردد. ارکان حسگر را می شود به وسیله چسب و یا این که مستقیماً با نحوه اسپاترینگ (Sputtering) روی دیافراگم متصل نمود.

طرز اسپاترینگ (Sputtering) مشکلات احتمالی مرتبط با عدم چسبندگی در دماهای بالا را رفع و همینطور ساخت امکانات پرشین ابزار دقیق خرد را ریلکس خیس می نماید.

همینطور می اقتدار یک حسگر سیمی فلزی را به طریق بیچاندن سیم میان نقاطی که با تغییر‌و تحول فشار جابجا میگردند نیز پیاده سازی کرد. این ساختار می تواند در دماهای بالاتری نیز شغل نماید چون برای اتصال سیم به نقاط مرتبط به چسب نیازی وجود ندارد.

سنسورهای فشار خازنی دارنده یک سری مزیت نسبت به بقیه سنسورهای فشار می‌باشند.

آن‌ها میتوانند قدرت مصرفی بسیار پاره ای داشته باشند چون هیچ جریان DC از عنصر حسگر عبور نمی نماید. جریان صرفا هنگامی عبور می نماید که سیگنالی مدار را تحریک کرده تا گنجایش خازن را اندازه گیری نماید. سنسورهای پسیو به منبع تغذیه احتیاجی ندارد، این خصوصیات آن ها را برای کاربردهای با اقتدار مصرفی پایین مانند سنسور فشار از روش به دور یا این که IoT ایده آل می سازد.

این سنسورها از لحاظ مکانیکی معمولی میباشند، براین اساس می‌توانند با خروجی استوار و حاذق ساخته شوند، و این باعث میشود آنان برای به کار گیری در محیط های دشوار مطلوب باشند. سنسورهای خازنی معمولاً مقاومت بسیار خوبی در قبال فشار های مازد (Over-pressure) موقت دارا‌هستند.

آنها هیسترزیس کم و تکرارپذیری نه دارا هستند و نسبت به تغییرات دما بیشتراز حد حساس نیستند.

از طرف دیگر، سنسورهای خازنی دارنده خروجی غیر خطی می‌باشند، گرچه این امر در امکانات لمسی قابل کاهش میباشد ولی با این در حال حاضر ممکن می باشد منجر ارتقاء هیسترزیس گردد.

به انگیزه امپیدانس خروجی بالای سنسور و به منظور به دست کم رساندن اثرات پارازیت گنجایش خازن، پیاده سازی بسیار ظریف مدار برای وسایل الکترونیکی رابط مایحتاج میباشد.

سنسور فشار پیزومقاومتی

Piezoresistive pressure sensor

سنسور فشار استرین سرگردان (Strain Gauge) پیزومقاومتی چیست؟

سنسور های فشار استرین سرگردان های پیزومقاومتی از مرسوم ترین اشکال سنسورهای فشار هستند میباشند. آنان برای اندازه گیری فشار، از تغییر تحول مقاومت الکتریکی مواد در هنگام کشش به کار گیری می نمایند.

این سنسورها به جهت آسانی و استحکام برای اشکال کاربرد های متفاوت مطلوب میباشند. آن‌ها می توانند برای اندازه گیری فشارهای مطلق (Absolute)، گیج یا این که نسبی (Gauge or Relative) و تفاضلی (Differential)، در هر دو کاربرد فشار بالا (High pressure) و فشار ذیل (Low pressure) مورد استفاده قرار گیرند.

در این مقاله به معرفی انواع سنسورهای فشار پیزومقاومتی جانور، طریق عمل و توانایی های نسبی آن ها خوا هیم پرداخت.

اصول عمل سنسور فشار پیزومقاومتی

مبنا عمل سنسور فشار پیزومقاومتی به کار گیری از یک استرین حیران (Strain gauge) تشکیل شده از مواد رسانا میباشد که مقاومت الکتریکی آن هنگام کشش عوض می شود. استرین حیران (Strain gauge) میتواند به یک دیافراگم متصل گردد و هنگام تغییر‌و تحول صورت عنصر حسگر ، تغییرات مقاومت را تشخیص دهد. تغییر مقاومت به یک سیگنال خروجی تبدیل می گردد.

سه مثال از تاثیرات مستقل ای که به تغییر و تحول مقاومت یک جسم رسانا یاری می نمایند عبارتند از:

مقاومت یک رسانا متناسب با ارتفاع آن میباشد، براین اساس کشش، مقاومت آن را افزایش می‌دهد.

با کشش یک رسانا، سطح بازه آن کاهش مییابد و همین امر سبب افزایش مقاومت آن می گردد.

مقاومت ذاتی برخی مواد هنگام کشش ارتقاء مییابد.

در غایت، تاثیر پیزومقاومتی در میان مواد متعدد، بسیار متعدد می باشد.

یک پارامتر اساسی و اصلی برای استرین حیران ها آلرژی (Sensitivity) آن‌ها نسب به کشش میباشد که تحت عنوان دلیل گیج (Gauge Factor) پرشین ابزار دقیق یا این که GF شناخته می گردد و موازی با نسبت تغییرات در مقاومت الکتریکی بر تغییرات ارتفاع (کشش) می‌باشد.

به عبارت ترازو آلرژی یک استرین سرگردان نسبت به کشش از ارتباط ذیل به حساب آوردن می شود.

GF Gauge Factor استدلال حیران (آلرژی استرین حیران)

R مقاومت اول استرین گیج

ΔR تغییرات مقاومت استرین حیران

L ارتفاع نخستین استرین گیج

ΔL تغییرات ارتفاع استرین سرگردان

ε ترازو کشش

محدودۀ خروجی سیگنال ها عموماً به تفصیل پایین است:

۰…۱۰ ولت

-۵…+۵ ولت

۱٫٫٫۵ ولت

۰…۲۰ میلی آمپر

-۱۰…+۱۰ میلی آمپر

۴…۲۰ میلی آمپر

نوع E: سنسورهایی که سیگنال خروجی آن ها بر پایه ی با استانداردهای شبکه های صنعتی میباشد مانند RS-485, RS-422-A, RS-232-C و یا جهت Fieldbus مانند Profibus، ASI و … در لحاظ گرفته شده اند.

تقسیم بندی سنسور فشار مبنی بر نوع کوشش شان به صورت پایین میباشد:

سنسورهای تماسی

سنسورهای حرارتی

سنسورهای مقاومتی

سنسورهای ولتاژی

سنسورهای جریانی

سنسورهای خازنی

سنسورهای القایی

سنسورهای نوری و لیزری

سنسورهای شیمیایی

سنسورهای مغناطیسی

سنسور ها امکان های مختلفی دارند. می قدرت با استفاده از بعضی از سنسور ها دما را اندازه گیری کرد. شروع یکی از پر استفاده ترین سنسور ها یعنی سنسور مجاورتی را بررسی میکنیم بعد از آن به معرفی سنسور های اورده شده میپردازیم.

سنسور مجاورتی

سنسورهای مجاورتی یا سوای تماس سنسورهایی می‌باشند که با نزدیک شدن یک قطعه وجود آن را شم کرده و فعال میشوند و می تواند باعث جذب یک رله، کنتاکتور و یا ارسال سیگنال الکتریکی به ورودی یک سیستم خواهد شد. به عنوان کردن دیگر سنسور مجاورتی ﻧﻮﻋﻲ از ﺣﺴﮕﺮ اﺳﺖ ﻛﻪ می تواند وﺟﻮد اﺟﺴﺎم ﻧﺰدﻳﻚ را ﺑﺪون ﻫﻴﭻ ﮔﻮﻧﻪ ﺗﻤﺎس ﻓﻴﺰﻳﻜﻲ تشخیص دهد.

سنسور-مجاورتی

وظیفۀ اصلی آنها اعلام حضور یک قطعه در یک محل خاص هست. این نوع سوئیچ ها (سنسورها) دارای خروجی “۰” و یا “۱” منطقی بوده و دارای گونه های متعدد می‌باشند. کلیدهای بدون تماس به علت به کارگیری فراوان در صنعت دارای اهمیت خاص بوده و در صنعت به نام های مختلفی مانند میکروسوئیچ، کلیدهای انتهای مسیر و … معروف می باشند.

سنسور های مجاورتی انواع مختلفی دارا‌هستند. مثلا آن ها می توان به سنسور مجاورتی القایی، سنسور مجاورتی آلتراسونیک، سنسور مجاورتی مغناطیسی، سنسور مجاورتی فوتوالکتریک و سنسور مجاورتی خازنی اشاره کرد.

مزایای سنسور مجاورتی

سرعت سوئیچینگ زیاد: سنسورها در مقایسه با کلیدهای مکانیکی از سرعت سوئیچینگ بالایی برخوردارند، به طوری که برخی از آن‌ها(سنسور القائی سرعت) با سرعت سوئیچینگ تا ۲۵KHz شغل می کنند.

طول عمر زیاد: به دلیل نداشتن کنتاکت مکانیکی و عدم نفوذ آب، روغن، گرد غبار و دارای طول عمر زیادی هستند.

عدم نیاز به نیرو و فشار: با تمرکز به همت سنسور هنگام نزدیک شدن قطعه، به نیرو و فشار نیازی نیست.

قابل استفاده در محیطهای متعدد با شرایط دشوار کاری: سنسورها در اطراف های با فشار زیاد، دمای بالا، اسیدی، روغنی، آب و… قابل استفاده هستند. می قدرت انواعی از این سنسورها پرشین ابزار دقیق را در حالت کاری خیلی نقص‌ (مانند رطوبت و یا حرارت بالا) و یا خطرناک مانند (گوشه و کنار های قابل انفجار) استفاده نمود.

عدم ساخت نویز در هنگام سوئیچینگ: به دلیل به کار گیری از نیمه هادی ها در طبقه خروجی، نویزهای مزاحم (Bouncing Noise) ایجاد کرد نمی‌شود.

می اقتدار خیلی دقیق شرایط قطعه را گزینش نمود.

فارغ از داشتن تماس با قطعه، می تواند سیگنال مربوطه را ارسال کند.

تعداد جداگانه و وصل نسبتاًً بی نهایت می‌باشد.

با توجه بدین توضیحات می‌اقتدار کارایی آن ها را به چهار تیم تحت تقسیم کرد:

1- رسیدن به هدف

2- جلوگیری از برخورد

3- تشخیص یک شی

سنسورهای گرمایی(Heat Sensors): یک کدام از گونه های سنسورهای گرمایی ترمینستورها می باشند. این سنسورها المان‌های مقاومتی پسیوی می باشند که مقاومتشان متناسب با دمایشان تغییر می‌کند. بسته به اینکه در اثرگرما مقاومتشان افزایش یا کاهش می‌یابد، برای آنها به ترتیب ضریب حرارتی مثبت یامنفی را تعریف و تمجید می‌کنند. نوع دیگری از سنسورهای گرمایی ترموکوپل‌ها می‌باشند که آن‌هانیز در اثر تغییر و تحول دمای دور و بر ولتاژ کوچکی را ساخت و ساز می‌کنند. در استعمال از این سنسورها معمولا یک رمز ترموکوپل را به دمای مرجع سنسور فشار وصل کرده و راز دیگر را در نقطه‌ایکه بایستی دمایش اندازه‌گیری شود، قرار میدهند.

سنسورهای بویایی(Smell Sensors): تا همین اواخر سنسوری که بتواند مشابه احساس بویایی آدم شغل کند، وجودنداشت. آنچه که مو جود بود چندین سنسورهای حساس برای شناسایی گازها بود که اساسا هم برای شناسایی گازهای سمی کاربرد داشتند. ساختمان این سنسورها به این صورت است که یک المان مقاومتی پسیو که از منبع تغذیه‌ای منقطع، با ولتاژ 5+ ولت تغذیه می شود، درکنار یک سنسور قرار دارد که با گرم شدن این المان حساسیت مایحتاج برای پاسخ‌گویی سنسوربه جایزه‌های محیطی مهیا میشود. برای کالیبره کردن این دستگاه استارت مقدار ناچیزی از هر رایحه یا بو دلخواه را به سیستم جاری ساختن کرده و پاسخ آن را ثبت می‌کنند و پس ازآن این پاسخ را به عنوان مرجعی برای قیاس در به کارگیری‌های آتی به فعالیت می‌‌برند. اصولا در ساختمان این سیستم تعدادی سنسور، هم‌زمان عمل می‌کنند و سپس پاسخ‌های دریافتی از آنان به شبکه‌ عصبی ربات منتقل شده و رسیدگی و پردازش مورد نیاز روی آن صورت میگیرد. نکته قابل توجه درباره فعالیت این سنسورها درین میباشد که آن‌ها نمی‌توانند یک رایحه یاعطر را به طور مطلق انداره‌ بگیرند. بلکه با اندازه‌گیری اختلاف در میان آنها به تشخیص بو می‌پردازند.

SENSOREنمونه ای از کار توفیق:

آلمانی ها توانسته اند با ساخت سنسور بویایی ویژه ای بیماری های قلبی را تا 90% کشف کنند. چنین اعلام شده که این حسگر می‌تواند انواعی از نارسایی قلبی را بر طبق بوها تشخیص دهد.

سنسورهای وضعیت مفاصل : رایج‌ترین نوع این سنسورهاکدگشاها(Encoders) می باشند که هم از توان بالای تبادل اطلاعات با کامپیوتربرخوردارند و هم اینکه معمولی، دقیق، گزینه متکی بودن و نویز ناپذیرند. این مجموعه انکدرهارا به دو مجموعه می‌اقتدار تقسیم کرد:

1.انکدرهای مطلق: در‌این کدگشا ها وضعیت به کد باینری یا کد خاکستریBCD Binary Codded Decibleتبدیل می گردد. این انکدرها بهعلت سنگینی و لوکس بودن و اینکه سیگنال‌های زیادی را برای ارسال اطلاعات نیازدارند، کاربرد وسیعی ندارند. همانطور که می‌دانیم به‌کار گیری تعداد زیادی سیگنال درصد خطای فعالیت را ارتقاء میدهد و این اصلا مطلوب نیست. بعداز این انکدرها صرفا درمواردی که مطلق بودن مکان ‌ها برای ما خیلی اساسی میباشد و مشکلی هم از احاظ بار فابل تحمل ربات متوجه ما نباشد، استفاده می شود.

2.انکدرهای افزاینده: این کدگشاها دارای قطار پالس و یک پالس مرجع که برای کالیبره کردن بکار می‌رود هستند، پرشین ابزار دقیق از روی شمارش قطارهای پالس نسبت به نقطه مرجع به وضعیت مورد نظر دست می‌یابند. ازروی فرکانس (عرض پالس‌ها) می‌توان با‌گاز چرخش و از روی احتساب تغییرات فرکانس درواحد فرصت (تغییرات عرض پالس) به شتاب حرکت دوارنی پی توفیق. حتی می‌اقتدار جهت چرخش رانیز فهمید. فرض کنید سیگنال‌هایA وB وC سه سیگنالی باشند که از کدگشا به در دست گرفتن‌کننده فرستاده می شود. B سیگنالی می‌باشد که با یک چهارم پریود ژرف اندیشی نسبت بهA. ازروی اختلاف فاز در میان این دو می‌قدرت به جهت چرخش پی موفقیت.

احساس کردن استاتیک: درین شیوه پاداش‌ها اثبات‌اند و حرکت‌هایی که شکل می گیرد فارغ از مراجعه لحظه‌ای به سنسورها شکل میگیرد.مثلا در‌این راه استارت وضعیت شی تشخیص داده می شود و آنگاه حرکت به سوی آن نقطه شکل می گیرد.

احساس کردن رینگ بسته: در‌این‌شیوه بازوهای ربات در طول تکان با دقت به داده ها سنسور فشار کنترل می گردند. اکثر زمان ها سنسورها در سیستم‌های بینا این‌سیرتکامل‌اند.

کاربرد انواع سنسورها:

سنسورهای بدنه(Body Sensors): این سنسورها اطلاعاتی رادرباره شرایط و مکانی که ربات در آن جای‌دارد مهیا می‌نمایند. این داده ها نیز به امداد تغییر و تحول موقعیت‌هایی که در سوییچ‌ها نتیجه ها میگردد، به دست می آیند. با اخذ وپردازش داده ها بدست آمده ربات قادر است از شیب جنبش خویش و این‌که به کدام سمت درحال جنبش می باشد باخبر شود. در غایت هم عکس‌العملی متناسب با ورودی اخذ گردیده از خودبروز میدهد.

سنسور جهت‌یاب مغناطیسی(Direction Magnetic Field Sensor): با سود‌گیری از خواص پرشین ابزار دقیق مغناطیسی زمین و میدان مغناطیسی کار کشته موجود، قطب‌نمایالکترونیکی هم تاسیس شده است که می تواند اطلاعاتی را درباره جهت‌های مغناطیسی آماده سازد. این تجهیزات به یک ربات کمک می‌نماید تا بتواند از جهت حرکت خویش با خبر گردیده و برای تداوم حرکت خویش در جهتی خاص تصمصم‌گیری نماید. این سنسورها دارنده چهار خروجی می‌باشند که هر یک مبین یک کدام از جهت‌ها میباشد. اما با استفاده از یک منطق درست نیزمی‌قدرت آشنایی هشت جهت مغناطیسی را قابلیت و امکان‌پذیر ایجاد کرد.

سنسورهای فشار و تماس(Touch and Pressure Sensors): مشابه‌ سازی شم لامسه بشر کاری سخت به نظرمی‌برسد. البته سنسورهای بی آلایش‌ای وجود دارا‌هستند که برای ادراک لمس و فشار گزینه استفاده قرارمی‌گیرند. از این سنسورها در خودداری از تصادفات و افتادن اتومبیل‌ها دردست‌اندازها به کارگیری می‌شود. این سنسورها در مشت‌ها و بازوهای ربات‌ هم به منظورهای مختلفی استعمال می‌شوند. از جمله برای متوقف کردن حرکت ربات در هنگام برخورد عامل پایانی با یک شی. همینطور این سنسورها به ربات‌ها برای اعمال نیروی کافی برای بلندکردن جسمی از روی زمین و قرار دادن آن در جایی مطلوب نیز یاری می‌نماید.

با اعتنا به‌این توضیحات می‌قدرت سعی آنان‌را به چهار گروه زیر تقسیم کرد:

1- وصال به مقصود

2- پرهیز از عکس العمل

3- تشخیص یک شی

معمولا طراحی سنسور سرگردان به صورتی جاری ساختن می‌گردد که همزمان فشار اتمسفری به یک سمت و فشار به سمت دیگر را بسنجد. این درصورتی میباشد که یک سنسور اختلافی دارای دو پورت است و از طریق آن ها هر مورد از فشارهای گزینه اندازه‌گیری با المان اندازه‌گیری سنسور فشار در تماس هستند. در موقعیت کلی می قدرت اظهار‌کرد سنسور های گیج، فشار را نسبت به گوشه و کنار و فشار محیط اندازه گیری می کنند نه به صورت مطلق. تصویر ذیل ساختار سنسورهای حیران و اختلافی را با یکدیگر مقایسه می‌کند.

اصول کاری یک سنسور فشار طبق واکنش فیزیکی نسبت به فشار اعمالی میباشد. حسگر فشار تغییرات نسبی جان دار را به صورت الکتریکی سنجیده و برای این مورد از پدیده‌هایی مانند تغییر و تحول در ظرفیت خازنی، تغییر در مقاومت اهمی یک استرین‌حیران یا کرنش‌سنج (Strain Gauge) و عنصر پیزوالکتریک به کارگیری می‌کند. کل این تغییرات با دقت به دامنه انحراف بعد از انجام فشار هستند.

گونه های سنسور فشار:

برای تعیین یک سنسور فشار نیاز میباشد با سه نوع فشار که هریک به طراحی های مختلف سنسور مرتبط می‌شوند آشنا باشیم . اکثر سنسورهای فشار، تغییر تحول شکل دیافراگم که زیر تاثیر فشار جاری ساختن شده روی آن صورت گرفته میباشد را مورد سنجش قرار می دهند، به این ترتیب پی بردن این امر بسیار اساسی است. از آنجایی که دیافراگم دو سمت (پهلو) دارد، فشار دیگری، روی سمت دیگر آن نیز جاری ساختن میشود. تغییر و تحول شکل (انحراف) اندازه گیری شده فایده تفاوت فشار بین دو سمت گوناگون دیافراگم میباشد.

سنسورهای فشار تیم‌بندی‌های مختلفی دارا‌هستند که بر طبق آن در دسته‌های مختلف قرار می گیرند. در این نصیب گونه های سنسور فشار را مطابق نوع فشار مورد اندازه‌گیری رسیدگی میکنیم.

سنسور های فشار مطابق «فشار مرجع» به سه دسته تقسیم می گردند که بایستی مورد توجه قرار گیرد:

جمعاًًًَ سنسورهای فشار به سه تیم ی پایین تقسیم می گردند:

۱- فشار مطلق (Absolute pressure):

در حسگر فشار ابسولوت (مطلق) سمت دوم دیافراگم در خلاء قرار می گیرد و تغییر‌و پرشین ابزار دقیق تحول شکل آن دقیقاً به فشار اندازه گیری شده مرتبط می شود.

از این نوع سنسور برای اندازه گیری فشار در بارومتر و آلتیمتر و فشار اتمسفر استعمال می‌گردد.

۲- فشار گیج یا نسبی (Relative pressure or gauge):

در حسگر فشار نسبی سمت دوم دیافراگم ذیل فشار اتمسفر قرار می‌گیرد، بنابراین تغییر تحول شکل آن به تفاوت میان فشار اندازه گیری شده و فشار اتمسفر (دور و بر) مرتبط میگردد.

۳- فشار تفاضلی (Differential pressure):

در فشار حسگر فشار تفاضلی برای هر سمت دیافراگم دو ورودی منقطع وجود دارااست. پس تغییر تحول شکل آن مربوط به تفاوت فشار بین این دو ورودی می‌گردد.

سنسور فشار چه‌طور ساخته می گردد؟
بیایید نگاهی سریع به پیاده سازی و عملکرد یک سنسور فشار بیندازیم. سنسور فشار از محل کانکشن فشار در نقطه اندازه گیری پیچ می‌شود. عنصر حسگر فشار، فشار مو جود را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می نماید. امکانات الکترونیکی قسمت پایینی، این سیگنال را تقویت و استاندارد می نماید. و یک بدنه مطلوب آن را در عوض تاثیرات محیطی محافظت می نماید.

سنسور فشار

سیگنال استاندارد گردیده از روش اتصال الکتریکی برای رسیدگی سیگنال انتقال میابد. موقتا می‌بینیم که به چه شکل اجزا غیروابسته در نصیب ساخت‌و‌ساز مونتاژ می‌شوند. درمرحله اولیه، کانکشن فشار به عنصر سنسور فشار جوش داده میشود. درکاربرد اندازه گیری فشار، سنسور فشار از روش کانکشن فشار به نقطه اندازه گیری پیچ میشود. عنصر حسگر، فشار جان دار را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می نماید.
بعد پی سی بی نصب می شود، این امکانات الکترونیکی سیگنال سنسور را تقویت و استاندارد می نمایند. فعلا، صرفا اتصال الکتریکی مورد نیاز در میان سنسور و پی سی غنی میباشد. این شرکت اسمبل گردیده پیش تنش کاری (اتوفرتاژ) می‌گردد. برای یقین از ثبات فشار طولانی مجال، فشار بیشتراز محدوده فشار بیشتراز حد به این سنسور فشار وارد می گردد.

پرشین ابزار دقیق

درمرحله آینده بدنه نصب می گردد. بدنه از امکانات الکترونیکی در ازای تاثیرات مکانیکی و محیطی حفظ می نماید. برای بهبود خوانش و دوام برچسب جنس، سنسورهای فشار با لیزر برچسب گذاری میگردند. این عمل در یک مرحله با جوشکاری بدنه ایفا می گردد. آنگاه کانکشن الکتریکی نصب میشود. از آن برای جابجایی سیگنال استاندارد، برای محاسبه سیگنال در دستگاه ها استعمال میشود.
در هنگام تهیه فشار، به طور همزمان، یک تست ولتاژ بالا، برای پژوهش کارایی، انجام میگردد. تجهیز درست شده یاروهمدم با اسباب و اثاث جانبی بسته بندی می شود. سندها و مدارک تجهیز، مانند شیوه نامه سعی و گزارش تست کالیبراسیون، ضمیمه میگردد. عاقبت برچسب بسته بندی چسبانده میشود، سنسور فشار موقتا برای ارسال مهیا هست.
اشکال سنسور فشار
وقتی قصد داریم یک سنسور فشار تعیین کنیم ما یحتاج است با سه نوع فشار که هرکدام به پیاده سازی های متعدد سنسور مرتبط می گردند آشنا باشیم. اکثر حسگرهای فشار، تغییر تحول صورت دیافراگم که پایین اثر فشار جاری ساختن گردیده روی آن انجام یافته هست را آیتم سنجش قرار می دهند، و این امری هست که دانستن آن بسیار مهم میباشد.
از آنجایی که دیافراگم دو سمت (پهلو) دارد، فشار دیگری، روی سمت دیگر آن نیز اعمال میشود. تغییر تحول صورت (انحراف) اندازه گیری گردیده منفعت تفاوت فشار در میان دو سمت متعدد دیافراگم است.
سنسور های فشار مطابق «فشار مرجع» به سه دسته تقسیم میگردند که بایستی در نظر گرفته گردد:
۱- فشار مطلق (Absolute pressure):
در حسگر فشار ابسولوت (مطلق) سمت دوم دیافراگم در خلاء قرار میگیرد و تغییر‌و تحول صورت آن دقیقاً به فشار اندازه گیری گردیده مرتبط می شود.

۲- فشار نسبی (Relative pressure):
در حسگر فشار نسبی سمت دوم دیافراگم پایین فشار اتمسفر قرار می‌گیرد، بنابراین تغییر و تحول صورت آن به تفاوت فی مابین فشار اندازه گیری گردیده و فشار اتمسفر (محیط) مرتبط می‌شود.

۳- فشار تفاضلی (Differential pressure):
در فشار حسگر فشار تفاضلی برای هر سمت دیافراگم دو ورودی جداازهم وجود دارد. پس تغییر‌و تحول صورت آن مرتبط با تفاوت فشار فی مابین این دو ورودی می‌گردد.

بیشتر بخوانید :شناخت با سنسور فشار مطلق، سنسور فشار حیران، سنسور فشار تفاضلی

عوامل مفید بر همت سنسور فشار ذیل
کاربرد و گزینش سنسور فشار مطلق

تفاوت در میان حسگر فشار مطلق و حسگر فشار نسبی درین میباشد که حسگر فشار مطلق، فشار را نسبت به فشار مرجع که خلاء میباشد می سنجد در حالی که حسگر فشار نسبی، فشار را نسبت به فشار اتمسفر می سنجد، به عبارت دیگر تفاوت فی مابین فشار روند و فشار اتمسفر را اندازه گیری می نماید.
هنگام گزینش حسگر او‌لین ملاک می بایست نقطه مرجع شما باشد: اینکه آیا مایل می باشید فشار مقایسه گردیده با فشار اتمسفر را بدانید یا این که نه؟

حسگر فشار مطلق صرفا سنسوری میباشد که حاذق به سنجش فشار اتمسفر می باشد پس می توان از آن برای سنجش فشار بارومتریک به کار گرفت.
به عنوان مثال کاربردهای آنان مشمول سنجش طول براساس تغییر فشار اتمسفر به هنگام تغییر تحول طول می‌باشد.

فشار اتمسفر با اعتنا به تغییرات آب و هوایی میتواند تا حدود ۳۰ میلی توشه (۳۰ mbar) متغیر باشد و چنانچه طول حسگرتغییر نماید (متغیر دربین سطح دریا و طول ۲۰۰۰ متر)، می‌تواند تا حدود ۲۰۰ میلی توشه (۲۰۰mbar) نیز متغیر باشد. به این ترتیب یک سنسور فشار نسبی ممکن است با تمرکز به تغییرات فشار اتمسفر، برای یک معیار فشار مشخص ، در گیر خطای اندازه گیری خواهد شد و فشار های متفاوتی را اندازه گیری نماید. برای فشارهای بالا این نادرست قابل دیده پوشی می باشد، البته برای فشارهای تحت چشمگیر می باشد. براین اساس دراین باره عالی می باشد ازحسگر فشار مطلق استفاده شود.

کاربرد و تعیین سنسور فشار نسبی (سرگردان)

تفاوت دربین حسگر فشار مطلق و حسگر فشار نسبی را فراموش نکنید. حسگر فشار مطلق، فشار را نسبت به فشار مرجع خلاء می سنجد و حسگر فشار نسبی نسبت به فشار اتمسفر. در واقع سنسور های فشار نسبی تفاوت بین فشار پروسه و فشار اتمسفر را می سنجند.

هنگام تعیین سنسور، او‌لین ملاک می بایست نقطه مرجع شما باشد: اینکه آیا مایل میباشید تفاوت فشار مراحل با فشار اتمسفر را بدانید یا این که نه؟ حسگر فشار نسبی زمانی کاربرد داراست که بخواهید اثر فشار اتمسفر بر روی سنجش را حذف نمایید.

برای مثال زمانی از حسگر فشار برای اندازه گیری فشار هیدرواستاتیک (Hydrostatic) مایعات (برای اندازه گیری سطح مایعات) به کارگیری میشود، با دقت به اینکه سطح مایع باطن مخزن نیز درمعرض فشار اتسمفر است، حسگر فشار نسبی تنها اذن سنجش فشار هیدرواستاتیک را می‌دهد و اثر متغیرها بر فشار جوی‌بار را حذف می نماید.

بیشتر بخوانید : سنسور دنده عقب و هرآنچه راجب آن بایستی بدانید.

بیشتر بخوانید : میکرو سنسور چیست؟همت آن چه‌گونه می باشد؟

بیشتر بخوانید : تابلو برق (بازرسی تخصصی)

کاربرد و گزینش سنسور فشار تفاضلی

سنسور فشار تفاضلی دارنده دو پورت فشار ورودی است که زمانی مایل به فهمیدن تفاوت فشار میان دو نقطه باشیم آیتم استعمال قرار میگیرد. از جمله می قدرت برای کاربردهایی از آن سود گرفت که با به کار گیری از افت فشار، فلو احتساب می شود.

کدام تکنولوژی سنسور فشار را بایستی انتخاب کنیم؟

انتخاب پنل پی‌سی مطلوب

وقتی که نوع فشاری که بایستی اندازه گیری کنید را مشخص کردید می اقتدار روی تکنولوژی حسگر تمرکز کرد.

سنسور فشار پیزومقاومتی
در حسگر فشار پیزومقاومتی (Piezoresistive pressure sensor)، فشار سبب ساز اجرا نیرویی بر روی عنصر حسگر گردیده و سبب ساز به تغییر و تحول در مقاومت آن می‌گردد. سنسورهای فشار پیزومقاومتی آلرژی بالایی دارا هستند، مستحکم هستند و همینطور مقاومت حرارتی بالایی دارا‌هستند. اما سیگنال خروجی آن‌ها ضعیف میباشد.

سنسور فشار پیزوالکتریکی
در حسگر فشار پیزو الکتریکی (Piezoelectric pressure sensor)، فشار منجر جاری ساختن نیرو بر عنصر حسگری که از مواد پیزو الکتریک درست شده میشود و از این رو باعث به ایجاد کرد ولتاژ درین عنصر می شود. این سنسور ها می توانند دامنه ی بسیار والا ای از سنجش و نیز مقاومت حرارتی بسیار نه داشته باشند. با این حال سیگنال خروجی آن‌ها ضعیف می باشد و در مقایسه با سنسورهای پیزو مقاومتی از اعتنا و درستی کمتری بهره مند میباشند.

سنسور فشار خازنی
در حسگر فشار خازنی (Capacitive pressure sensor)، دیافراگم یکی صفحات خازن می‌باشد. دیافراگم زیر فشار تغیر حالت میدهد و گنجایش الکتریکی خازن را تغییر تحول میدهد. این سنسورها سطح اعتنا و آلرژی بالایی ارائه می‌دهند و می‌توانند فشارهای پایین را در محدوده mbar اندازه گیری نمایند. با این اکنون این سنسورها هنگام قرار تهیه نمودن در معرض لرزش خوب فعالیت نمیکنند به جهت اینکه لرزش، اندازه گیری و سنجش آن‌ها را متزلزل و ناپایدار می نماید.

دیافراگم فلزی تیتانیوم صاف و نحوه طریق که در سنسور فشار به کارگیری میشود. اگر از چگونگی محصول ها اعتقادوباور ندارید، ما می‌توانیم مثال هایی را ارائه دهیم، ما مشتاقانه منتظر هستیم که سهیم شما باشیم.
جزئیات متاع
مختصات فنی
دیافراگم موجدار یک عنصر حساس الاستیک دیافراگم الاستومری قالب نازک برای غشای دایره ای می‌باشد. وقتی که دو طرف دیافراگم (یا این که اقتدار) با فشار نقش متفاوت، دیافراگم به سمت فشار ذیل فشار جنبش می نماید، دمای مرکز و اختلاف فشار را به یک ارتباط مشخص میان انتقال ...، به جهت اکثری از آن پارامترها، و مهار یکدیگر، به گونه ای که پیاده سازی آن بسیار پیچیده است. در اکثر ابزارهای نوع انتقال، دیافراگم موجدار اندازه تشکیل داد می نماید و ضخامت دیافراگم دست‌کم به به عبارتی ترتیب بزرگی انتقال الاستیک است.
Tantalum, titanium corrugated diaphragm

اسم فرآورده
دیافراگم فلزی

مواد
تیتانیوم

نوع
دیافراگم تخت، دیافراگم موجدار

اندازه
12.2 * 160 میلی متر

سطح
پر‌نور، بدون رخنه‌، سوای رخنه‌

کاربرد
سرگردان فشار دیافراگمی
سنسور فشار
ترانسمیترهای فشار
روزنه دیافراگمی
سوئیچ فشار

کاربردهای معمولی
دیافراگم های فلزی در اصلً تحت عنوان یک عنصر آشکارساز نیروی فرنگی (تبدیل نیروی فرنگی به انتقال یا این که نیرو) یا این که یک لایه جداکننده (رسانای فشار یا این که پارتیشن برای مراقبت خلاء) استعمال میگردند.
این دیافراگم‌های فلزی پس از اتصال (جوشکاری، لحیم کاری یا این که چسبندگی) یا این که آب‌بندی پرشین ابزار دقیق بسته‌بندی به‌شکل منفرد یا این که گردآوری استعمال می‌شوند
سنجش فشار و دما
ابزارهای هوافضا مانند طول سنج، سرعت هوا و فشار استاتیک پیتوت
ایروئیدها برای ترکیب سوخت به هوا، سیستم های اکسیژن و سیستم های استقرار خودکار
جداسازهای رسانه ای
کاربرد
صنعت های شیمیایی، صنعت های الکترونیک، صنعت های هوافضا، خازن ها، قطعات کوره با دمای بالا، نصفه هادی، ابزار فشار و دستگاه های نسبی و به صورت پهناور در الکترونیک، متالورژی، شیمیایی، داروسازی، هوا فضا و بقیه مفاد به کارگیری میشود.
انواع دیافراگم فلزی مانند تانتالیوم، تیتانیوم، نیوبیوم، HB، HC، مونل، 316L در سرگردان فشار دیافراگم-سیل و غیره استفاده میشود.

فشار چیست؟
سنسور فشار عموماً فشار گاز یا مایع را اندازه می گیرد كه فشار به اصطلاح نیروی موردنیاز برای هجران از پخش شدن مایع است و معمولاً به‌صورت نیرو بر سطح تمجید می شود. سنسور فشارواحدهای متریک آیتم استفاده برای اندازه‌گیری فشار، نیوتن بر متر مربع(N/m²) و معمولاً کیلو پاسکال (kPa) می‌باشند. اين نوع سانسورها معمولاً به‌صورت مبدل شغل می‌کند و سیگنالی تابع اثر فشار تولید می‌کند،برای این مراد می‌قدرت سیگنال الکتریکی در لحاظ گرفت. سانسورهای فشار روزانه برای در اختیار گرفتن و مانیتورینگ هزاران کاربرد به کارگیری می‌شوند كه می توانند به طور غیر مستقیم برای اندازه‌گیری سایر متغیرها استفاده شوند. مثلا: دبی سیال/ گاز، سرعت، سطح مایع و ارتفاع از این متغیرها می‌باشند. به سانسورهای فشار، مبدلهای فشار، ترنسمیتر فشار، فرستنده فشار، نشاندهنده فشار، پیزومتر و مانومتر و … نیز گفته میشود. سانسورهای فشار از دید تکنولوژی، طراحی، همت، کاربرد و ارزش باهم متعدد میباشند. با یک تخمین محافظه کارانه می‌قدرت خاطرنشان کرد بیشتراز ۵۰ تکنولوژی و دست‌کم ۳۰۰ شرکت در سراسر عالم تولید کننده سنسور فشار می باشند. هم چنین طبقه‌ای از سانسورهای فشار وجود دارند که برای اندازه‌گیری شرایط پویای تغییرات سریع در فشار طراحی شده‌اند. مثالی از کاربرد این نوع سنسور را می‌اقتدار در اندازه‌گیری فشار احتراق سیلندر موتور یا گاز توربین دید. این سانسورها به طور عمده از مواد پیزوالکتریک مانند کوارتز ساخته شده‌اند. بعضی از سانسورهای فشار مانند آنچه در دوربین‌های در دست گرفتن ترافیک دیده می گردد، به‌صورت باینری (دودویی) و خموشی/ روشن کار می‌کنند. برای مثال وقتی فشاری به سنسور فشار اعمال میگردد، سنسور یک مدار الکتریکی را مستقل یا وصل می‌کند. این سانسورها به سوئیچ فشار مشهور میباشند
اشکال حسگر فشار
سانسورهای فشاری را می اقتدار از نگاه دامنه فشار آنها، شرایط عملیاتی و از همگی مهمتر نوع فشار اندازه‌گیری شده، در دسته بندی های مختلفی قرار بخشید. در واقع این سانسورها با تمرکز با اهداف شان، انواع مختلفی دارند و از عنوان ها متفاوتی برای آن ها استعمال میگردد. بااین‌وجود ممکن است فناوری استفاده شده در برخی از مدل های آنان یکسان باشد. سنسور فشار را می‌توان در مدل‌های پایین قرار اعطا کرد:

سنسور فشار مطلق: این سانسورها فشار اطراف را نسبت به خلع بدون نقص اندازه‌گیری می کنند و فایده گزارش شده به عنوان فشار مطلق است.
سنسور فشار نسبی: این حسگرها فشار کلی را نسبت به فشار اتمسفر اندازه‌گیری می کنند. دستگاه فشار سنج مصرف شده برای اندازه‌گیری فشار باد لاستیک خودرو نمونه ای از این دستگاه هاست. در واقع هنگامی که فشار اندازه‌گیری شده به وسیله این دستگاه صفر باشد، یعنی فشار آن با فشار اطراف یکسان هست.
سنسور فشار عدم وجود: این اصطلاح ممکن میباشد برای برخی از افراد حیران کننده باشد. در واقع این سنسور بیشتر برای اندازه‌گیری فشار های پایین فشار اتمسفر یا همان فشار منفی به فعالیت گرفته می شود. تفاوت اصلی این سانسورها با سانسورهای فشار مطلق در این میباشد که معمولاً برای فشارهای نادر و تحت صفر کاربرد دارند.
سنسور فشار تفاضلی: این حسگرها تفاوت فشار در دو نقطه متعدد را اندازه‌گیری می‌کند که هر مورد از آنها به یک طرف سنسور وصل میشوند. از این ابزار برای اندازه‌گیری فاکتورهای مختلفی مانند افت فشار در فیلترهای روغن و فیلتر هوا و همچنین اندازه‌گیری سطح مایع و معیار جریان استفاده می‌گردد. از دید فنی، بیشتر سانسورهای موجود در بازار از نوع فشار تفاضلی میباشند و در واقع فشار را نسبت به فشار عدم وجود یا نسبت به فشار گوشه و کنار اندازه‌گیری می کنند.
اصول کاری یک سنسور فشار
یک سنسور فشار براساس عکس‌العمل فیزیکی در مقابل فشار اعمالی کار می‌کند. این سنسور تغییرات نسبی حاصل را به‌صورت الکتریکی اندازه میگیرد و برای این غرض از پدیده‌هایی مانند تغییر و تحول در ظرفیت خازنی، تغییر و تحول در مقاومت اهمی یک استرین‌حیران یا کرنش‌سنج (Strain Gauge) و عنصر پیزوالکتریک به کار گیری می‌کند. آحاد این تغییرات متناسب با دامنه انحراف بعداز جاری ساختن فشار می‌باشند. مولفه‌های مهمی مانند گستره اندازه‌گیری، تناسب با دور و بر، اندازه فیزیکی، توان لازم و نوع الزامات اندازه‌گیری فشار میتوانند راهنمای موثری برای مهندسان طراح باشند
وضعیت خرید سنسور فشار
خلال اینکه تنوع در مدل های متعدد سانسورهای فشاری به حالت سیال و ترازو فشار آن بستگی دارد، باید این حقیقت را هم بپذیریم که بعضی از آنان برای برخی سیالات خاص مناسب هستند. مثلاً اگر ما از روش الکترومغناطیسی استفاده می‌کنیم، باید نوع سیال با نیروهای مغناطیسی همخوانی داشته باشد و نسبت به آن عکس‌العمل مناسبی نشانه دهد. راجع به سنسور فشار نوری از فروغ برای اندازه‌گیری فشار استعمال می شود. عکس‌العملی که سیال نسبت به فروغ و روشنایی جاری ساختن میدهد و کردار متقابل آن مشخص و معلوم می‌کند که کدام نوع سنسور گزینش بهتری است.
درنهایت می بایست این نکته را متذکر شویم که ازلحاظ کارایی و طرز اندازه‌گیری فشار، تفاوت چندانی در بین ترانسمیتر فشار و سنسور فشار وجود ندارد. البته سانسورها ابزارهایی هستند که به‌صورت غیر وابسته کار نمی‌کنند و معمولاً در دستگاه‌های غیروابسته به کار گرفته می‌شوند. بااین‌وجود برای اطلاعات بیشتر با ما تماس بگیرید.