Zrozumienie czujników ciśnienia

Czujniki ciśnienia to urządzenia, które wykrywają ciśnienie i odgrywają kluczową rolę zarówno w zastosowaniach cywilnych, jak i przemysłowych. Niniejszy przewodnik zawiera przegląd czujników ciśnienia, w tym ich definicje, zasady działania, rodzaje ciśnienia i zastosowania.

Co to jest czujnik ciśnienia?

Czujnik ciśnienia to instrument, który wykrywa sygnały ciśnienia i przekształca je w użyteczne sygnały elektryczne zgodnie z określonymi zasadami. Zazwyczaj składa się z elementu wrażliwego na ciśnienie i obwodu przetwarzania sygnału. Czujniki ciśnienia można kategoryzować na podstawie rodzaju mierzonego ciśnienia, w tym:

• Czujniki ciśnienia względnego
• Czujniki ciśnienia różnicowego
• Czujniki ciśnienia bezwzględnego

Czujniki ciśnienia są szeroko stosowane w różnych środowiskach automatyki przemysłowej, takich jak:

• Zasoby wodne i energetyka wodna
• Transport kolejowy
• Inteligentne budynki
• Kontrola produkcji
• Zastosowania lotnicze i wojskowe
• Przemysł petrochemiczny
• Wytwarzanie energii elektrycznej
• Zastosowania morskie
• Obrabiarki i rurociągi

Jak działa czujnik ciśnienia?

Czujniki ciśnienia przekształcają ciśnienie zewnętrzne w sygnały elektryczne. Ich zasada działania polega na zmianach w wewnętrznych elementach wrażliwych (takich jak elementy piezorezystancyjne, pojemnościowe lub indukcyjne) pod wpływem ciśnienia zewnętrznego. Powoduje to zmiany rezystancji, pojemności lub indukcyjności, generując odpowiedni sygnał wyjściowy.

Rodzaje czujników ciśnienia

1. Czujnik ciśnienia piezorezystancyjnego

   • Wykorzystuje efekt piezorezystancyjny do pomiaru ciśnienia. Po przyłożeniu ciśnienia zewnętrznego zmienia się kształt elementów wewnętrznych, zmieniając rezystancję. Mierząc tę zmianę rezystancji, można określić ciśnienie zewnętrzne.

2. Czujnik ciśnienia pojemnościowego

   • Mierzy ciśnienie poprzez zmiany pojemności. Zazwyczaj składa się z dwóch metalowych elektrod i zmiennego medium. Po przyłożeniu ciśnienia pojemność zmienia się, umożliwiając pomiar ciśnienia.

3. Czujnik ciśnienia piezoelektrycznego

   • Wykorzystuje efekt piezoelektryczny, w którym niektóre kryształy wytwarzają separację ładunku pod wpływem naprężeń mechanicznych. Ten czujnik składa się z kryształów piezoelektrycznych i elektrod; po przyłożeniu ciśnienia można zmierzyć zmianę ładunku, aby określić ciśnienie.

Podsumowując, czujniki ciśnienia działają poprzez monitorowanie zmian w elementach wrażliwych na skutek ciśnienia zewnętrznego, przekształcając te zmiany w sygnały elektryczne do pomiaru ciśnienia.

Rodzaje mierzonego ciśnienia

Czujniki ciśnienia mogą mierzyć cztery główne rodzaje ciśnienia:

• Ciśnienie bezwzględne: Mierzone w odniesieniu do idealnej próżni (zero cząsteczek gazu).

• Ciśnienie względne: Mierzone w odniesieniu do ciśnienia atmosferycznego. Wartość dodatnia wskazuje ciśnienie powyżej poziomu atmosferycznego, a wartość ujemna wskazuje ciśnienie poniżej niego.

• Ciśnienie względne zamknięte: Mierzy ciśnienie w zamkniętym systemie w odniesieniu do zewnętrznego ciśnienia atmosferycznego. Może być również dodatnie lub ujemne w zależności od ciśnienia wewnętrznego w porównaniu z atmosferą zewnętrzną.

• Ciśnienie różnicowe: Różnica między dwiema wartościami ciśnienia (p1 i p2).

Zastosowania czujników ciśnienia

Czujniki ciśnienia są szeroko stosowane w życiu codziennym i produkcji przemysłowej, w tym:

• Automatyka przemysłowa: Monitorowanie i kontrola ciśnień cieczy i gazów w urządzeniach przemysłowych w celu zapewnienia stabilności i bezpieczeństwa podczas produkcji.

• Przemysł motoryzacyjny: Monitorowanie zmian ciśnienia w silnikach, układach hamulcowych i oponach w celu zwiększenia wydajności i bezpieczeństwa.

• Opieka medyczna: Monitorowanie ciśnień fizjologicznych, takich jak ciśnienie krwi i częstość oddechów, w celu wspomagania diagnozy i monitorowania leczenia.

• Monitorowanie środowiska: Pomiar ciśnienia atmosferycznego, głębokości oceanu i poziomów podziemnych.

• Lotnictwo: Śledzenie zmian ciśnienia powietrza w samolotach i rakietach w celu zapewnienia bezpieczeństwa lotu i stabilności działania.

• Projekty gospodarki wodnej: Monitorowanie ciśnienia i poziomu wody w celu zarządzania zasobami i kontrolowania powodzi.