Hoy en día, no se utilizan barómetros con mercurio en la industria, sino sensores bastante modernos y fiables. Su principio de funcionamiento difiere según las características de diseño. Todos tienen tanto ventajas como ciertas desventajas. Gracias al desarrollo de la electrónica, es posible realizar sensores para medir la presión en elementos semiconductores.
¿Qué son los sensores electrónicos?
Los sensores de presión electrónicos para agua o cualquier otro líquido son dispositivos que le permiten medir parámetros y procesarlos con unidades especiales de control y visualización. Un sensor de presión es un dispositivo cuyos parámetros de salida dependen directamente de la presión en el lugar medido (tanque, tuberías, etc.). Además, se pueden usar para medir cualquier sustancia en varios estados agregados: líquido, vapor, gaseoso.
La necesidad de taldispositivos se debe al hecho de que casi toda la industria se basa en sistemas de control automático. Una persona solo realiza la configuración, calibración, mantenimiento y puesta en marcha (parada). Cualquier sistema funciona automáticamente. Pero tales dispositivos también se usan a menudo en medicina.
Características de diseño de elementos
Cualquier sensor consta de un elemento sensible: es con su ayuda que se transmite el efecto en el convertidor. También en el diseño hay un circuito para el procesamiento de señales y una carcasa. Se pueden distinguir los siguientes tipos de sensores de presión:
- Piezoeléctrico.
- Resistiva.
- Capacitivo.
- Resonante piezoeléctrico.
- Magnético (inductivo).
- Optoelectrónico.
Y ahora veamos cada tipo de dispositivo con más detalle.
Elementos resistivos
Estos son dispositivos en los que el elemento sensor cambia su resistencia bajo la influencia de una carga. Se instala un medidor de tensión en la membrana sensible. La membrana se dobla bajo presión, las galgas extensométricas también comienzan a moverse. Al mismo tiempo, su resistencia cambia. Como resultado, hay un cambio en la intensidad de la corriente en el circuito del convertidor.
Al estirar los elementos de las galgas extensométricas, la longitud aumenta y el área de la sección transversal disminuye. El resultado es un aumento de la resistencia. El proceso inverso se observa cuando los elementos se comprimen. Por supuesto, la resistencia cambia en milésimas de ohmio, así que para captar esto, necesitasponer amplificadores especiales en semiconductores.
Sensores piezoeléctricos
El elemento piezoeléctrico es la base del diseño del dispositivo. Cuando ocurre la deformación, el elemento piezoeléctrico comienza a generar una determinada señal. El elemento se instala en el medio cuya presión se va a medir. Durante el funcionamiento, la corriente en el circuito será directamente proporcional al cambio de presión.
Estos dispositivos tienen una característica: no permiten realizar un seguimiento de la presión si es constante. Por lo tanto, se usa exclusivamente en el caso de que la presión cambie constantemente. A un valor constante del valor medido, no se realizará la generación de un impulso eléctrico.
Elementos piezorresonantes
Estos elementos funcionan un poco diferente. Cuando se aplica voltaje, el elemento piezoeléctrico se deforma. Cuanto mayor sea la tensión, mayor será la deformación. La base del dispositivo es una placa resonadora hecha de material piezoeléctrico. Tiene electrodos en ambos lados. Tan pronto como se les aplica voltaje, el material comienza a vibrar. En este caso, la placa se dobla en una dirección u otra. La velocidad de vibración depende de la frecuencia de la corriente que se aplica a los electrodos.
Pero si una fuerza del exterior actúa sobre la placa, habrá un cambio en la frecuencia de oscilación de la placa. El sensor electrónico de presión de aire utilizado en los automóviles funciona según este principio. Le permite evaluar la presión absoluta del aire suministrado al sistema de combustible del vehículo.
Dispositivos capacitivos
Estos dispositivos son los más populares,como tienen un diseño simple, funcionan de manera estable y no tienen pretensiones de mantenimiento. El diseño consta de dos electrodos ubicados a cierta distancia entre sí. Resulta una especie de condensador. Una de sus placas es una membrana, la presión (medida) actúa sobre ella. Como resultado, el espacio entre las placas cambia (en proporción a la presión). Por el curso de física de tu escuela, sabes que la capacitancia de un capacitor depende del área superficial de las placas y la distancia entre ellas.
Cuando se trabaja en un sensor de presión, solo cambia la distancia entre las placas; esto es suficiente para medir los parámetros. Los sensores electrónicos de presión de aceite se construyen exactamente de acuerdo con este esquema. Las ventajas de este tipo de estructuras son obvias: pueden funcionar en cualquier entorno, incluso en entornos agresivos. No les afectan las grandes diferencias de temperatura, las ondas electromagnéticas.
Sensores inductivos
El principio de funcionamiento es remotamente similar a los capacitivos discutidos anteriormente. Se instala una membrana conductora sensible a la presión a cierta distancia del circuito magnético con la forma de la letra Ø (se enrolla un inductor a su alrededor).
Cuando se aplica voltaje a la bobina, se crea un flujo magnético. Pasa tanto a lo largo del núcleo como a través del espacio, la membrana conductora. El flujo se cierra, y dado que la brecha tiene una permeabilidad de unas 1000 veces menor que la del núcleo, incluso un pequeño cambio conduce a fluctuaciones proporcionales en los valores de inductancia.
Optoelectrónicosensores
Simplemente detectan presión, tienen alta resolución. Tienen alta sensibilidad y estabilidad térmica. Trabajan sobre la base de la interferencia de la luz, utilizando un interferómetro de Fabry-Perot para medir pequeños desplazamientos. Tales sensores de presión electrónicos son extremadamente raros, pero son bastante prometedores.
Los componentes principales del dispositivo:
- Cristal transductor óptico.
- Apertura.
- LED.
- Detector (compuesto por tres fotodiodos).
Los filtros ópticos Faby-Perot, que tienen una ligera diferencia de grosor, están unidos a dos fotodiodos. Los filtros son espejos de silicio con una superficie frontal reflectante. Están cubiertos con una capa de óxido de silicio, se aplica una fina capa de aluminio a la superficie. Un transductor óptico es muy similar a un sensor de presión capacitivo.
