इलेक्ट्रिक प्रेशर सेंसर

आज, उद्योग के विभिन्न क्षेत्रों में दबाव को मापने के लिए, न केवल पारा बैरोमीटर और एरोइड्स का उपयोग किया जाता है, बल्कि विभिन्न सेंसर भी होते हैं जो ऑपरेशन के सिद्धांत और प्रत्येक प्रकार के सेंसर में निहित फायदे और नुकसान दोनों में भिन्न होते हैं। आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स सीधे विद्युत, इलेक्ट्रॉनिक आधार पर दबाव सेंसर के कार्यान्वयन की अनुमति देते हैं।

तो "इलेक्ट्रिकल प्रेशर सेंसर" शब्द से हमारा क्या तात्पर्य है? विद्युत दबाव सेंसर क्या हैं? उन्हें कैसे व्यवस्थित किया जाता है और उनके क्या कार्य हैं? अंत में, आपको कौन सा प्रेशर सेंसर चुनना चाहिए ताकि यह किसी विशेष उद्देश्य के लिए सबसे उपयुक्त हो? हम इस लेख के दौरान पता लगाएंगे।

पहले, आइए शब्द को ही परिभाषित करें। प्रेशर सेंसर एक ऐसा उपकरण है जिसका आउटपुट पैरामीटर मापा दबाव पर निर्भर करता है। किसी विशेष सेंसर के आवेदन के आधार पर परीक्षण माध्यम वाष्प, तरल या कुछ गैस हो सकता है।

आधुनिक प्रणालियों को बिजली, तेल, गैस, भोजन और कई अन्य उद्योगों के लिए स्वचालन प्रणाली के महत्वपूर्ण घटकों के रूप में इस प्रकार के सटीक उपकरणों की आवश्यकता होती है।चिकित्सा में लघु दबाव ट्रांसड्यूसर महत्वपूर्ण हैं।

प्रत्येक विद्युत दबाव संवेदक में शामिल हैं: एक संवेदनशील तत्व जो प्राथमिक ट्रांसड्यूसर, एक सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट और एक आवास को आघात संचारित करने के लिए कार्य करता है। मुख्य रूप से विद्युत दबाव सेंसर में विभाजित हैं:

• प्रतिरोधी (तनावरोधी);

• पीजोइलेक्ट्रिक;

• पीजो अनुनाद;

• कैपेसिटिव;

• आगमनात्मक (चुंबकीय);

• ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक।

प्रतिरोधी या तनाव गेज दबाव संवेदक यह एक उपकरण है जिसका संवेदनशील तत्व विकृत भार की क्रिया के तहत अपने विद्युत प्रतिरोध को बदलता है। तनाव गेज एक संवेदनशील झिल्ली पर लगाए जाते हैं जो दबाव में झुकते हैं और इससे जुड़े तनाव गेज को झुकाते हैं। स्ट्रेन गेज का प्रतिरोध बदल जाता है और कनवर्टर के प्राथमिक सर्किट में करंट का परिमाण तदनुसार बदल जाता है।

प्रत्येक तनाव गेज के प्रवाहकीय तत्वों को खींचने से लंबाई में वृद्धि और क्रॉस-सेक्शन में कमी आती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिरोध में वृद्धि होती है। संपीड़न में यह विपरीत है। प्रतिरोध में सापेक्ष परिवर्तन हजारवें में मापा जाता है, इसलिए एडीसी के साथ सटीक एम्पलीफायरों का उपयोग सिग्नल प्रोसेसिंग सर्किट में किया जाता है। इस प्रकार, तनाव एक अर्धचालक या कंडक्टर के विद्युत प्रतिरोध में और फिर वोल्टेज सिग्नल में परिवर्तन में परिवर्तित हो जाता है।

तनाव गेज आमतौर पर एक ज़िगज़ैग प्रवाहकीय या अर्धचालक तत्व होते हैं जो झिल्ली का पालन करने वाले लचीले आधार पर लागू होते हैं। सब्सट्रेट आमतौर पर अभ्रक, कागज, या बहुलक फिल्म से बना होता है, और प्रवाहकीय तत्व धातु पर पन्नी, पतले तार या सेमीकंडक्टर वैक्यूम-स्प्रे होता है।मापने वाले सर्किट में तनाव गेज के संवेदनशील तत्व का कनेक्शन संपर्क पैड या तारों का उपयोग करके किया जाता है। तनाव गेज स्वयं आमतौर पर 2 से 10 वर्ग मिमी का क्षेत्र होता है।

लोड सेल सेंसर दबाव के स्तर, संपीड़ित शक्ति और वजन माप के आकलन के लिए बढ़िया।

अगले प्रकार का इलेक्ट्रिक प्रेशर सेंसर पीजोइलेक्ट्रिक है ... यहां, पीजोइलेक्ट्रिक तत्व एक संवेदनशील तत्व के रूप में कार्य करता है। पीजोइलेक्ट्रिक पर आधारित एक पीजोइलेक्ट्रिक तत्व विकृत होने पर एक विद्युत संकेत उत्पन्न करता है, यह तथाकथित प्रत्यक्ष पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव है। पीजोइलेक्ट्रिक तत्व को मापा माध्यम में रखा जाता है और फिर ट्रांसड्यूसर सर्किट में करंट उस माध्यम में दबाव परिवर्तन के परिमाण में आनुपातिक होगा।

चूंकि पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव की उपस्थिति के लिए निरंतर दबाव के बजाय दबाव में सटीक परिवर्तन की आवश्यकता होती है, इस प्रकार का दबाव ट्रांसड्यूसर केवल गतिशील दबाव माप के लिए उपयुक्त होता है। यदि दबाव स्थिर है, तो पीजोइलेक्ट्रिक तत्व की विरूपण प्रक्रिया नहीं होगी और पीजोइलेक्ट्रिक द्वारा करंट उत्पन्न नहीं होगा।

पीजोइलेक्ट्रिक प्रेशर सेंसर का उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, पानी, भाप, गैस और अन्य सजातीय मीडिया के लिए भंवर मीटर के प्राथमिक प्रवाह ट्रांसड्यूसर में। इस तरह के सेंसर प्रवाह के शरीर के पीछे दसियों से सैकड़ों मिलीमीटर के मामूली उद्घाटन के साथ एक पाइपलाइन में जोड़े में स्थापित होते हैं और इस प्रकार भंवरों को पंजीकृत करते हैं जिनकी आवृत्ति और संख्या वॉल्यूमेट्रिक प्रवाह दर और प्रवाह दर के अनुपात में होती है।

आगे के पीजो-रेजोनेंट प्रेशर सेंसर पर विचार करें... पीजो-रेजोनेंट प्रेशर सेंसर में, रिवर्स पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव काम करता है, जिसमें लागू वोल्टेज की कार्रवाई के तहत पीजोइलेक्ट्रिक विकृत होता है, और वोल्टेज जितना अधिक होता है, विरूपण उतना ही मजबूत होता है। सेंसर एक पीजोइलेक्ट्रिक प्लेट के रूप में एक गुंजयमान यंत्र पर आधारित होता है, जिसके दोनों तरफ इलेक्ट्रोड जुड़े होते हैं।

जब एक वैकल्पिक वोल्टेज इलेक्ट्रोड पर लागू होता है, तो प्लेट सामग्री कंपन करती है, एक दिशा या दूसरी दिशा में झुकती है, और कंपन की आवृत्ति लागू वोल्टेज की आवृत्ति के बराबर होती है। हालाँकि, यदि प्लेट अब उस पर एक बाहरी बल लगाने से विकृत हो जाती है, उदाहरण के लिए एक दबाव-संवेदनशील झिल्ली के माध्यम से, तो गुंजयमान यंत्र के मुक्त दोलनों की आवृत्ति बदल जाएगी।

तो, गुंजयमान यंत्र की प्राकृतिक आवृत्ति झिल्ली पर दबाव की मात्रा को दर्शाती है जो गुंजयमान यंत्र पर दबाव डालती है, जिसके परिणामस्वरूप आवृत्ति में परिवर्तन होता है। एक उदाहरण के रूप में, पीजो अनुनाद पर आधारित एक पूर्ण दबाव संवेदक पर विचार करें।

मापा दबाव कनेक्शन 12 के माध्यम से कक्ष 1 में प्रेषित होता है। कक्ष 1 डिवाइस के संवेदनशील मापने वाले हिस्से से झिल्ली से अलग होता है। बॉडी 2, बेस 6 और मेम्ब्रेन 10 को एक दूसरे सीलबंद कक्ष बनाने के लिए एक साथ सील कर दिया जाता है। आधार 6 के दूसरे सीलबंद कक्ष में, धारक 9 और 4 तय किए गए हैं, जिनमें से दूसरा एक पुल 3 के माध्यम से आधार 6 से जुड़ा हुआ है। धारक 4 संवेदनशील गुंजयमान यंत्र को ठीक करने के लिए कार्य करता है 5। सहायक गुंजयमान यंत्र 8 है धारक द्वारा निर्धारित 9.

मापा दबाव की कार्रवाई के तहत, झिल्ली 10 आस्तीन 13 के माध्यम से गेंद 14 पर दबाती है, जो धारक 4 में भी तय होती है।गेंद 14, बदले में, संवेदनशील गुंजयमान यंत्र को दबाती है। तार 7, आधार 6 में तय की गई, अनुनादक 8 और 5 को क्रमशः जनरेटर 16 और 17 से जोड़ती है। निरपेक्ष दबाव के परिमाण के आनुपातिक संकेत उत्पन्न करने के लिए, सर्किट 15 का उपयोग किया जाता है, जो गुंजयमान यंत्र की आवृत्तियों में अंतर से एक आउटपुट संकेत उत्पन्न करता है। सेंसर को सक्रिय थर्मोस्टैट 18 में रखा गया है, जो 40 डिग्री सेल्सियस के निरंतर तापमान को बनाए रखता है।

कुछ सबसे सरल हैं कैपेसिटिव प्रेशर सेंसर... दो फ्लैट इलेक्ट्रोड और उनके बीच की खाई एक कैपेसिटर बनाती है। इलेक्ट्रोड में से एक झिल्ली है जिस पर मापा दबाव कार्य करता है, जो वास्तव में कैपेसिटर प्लेटों के बीच की खाई की मोटाई में बदलाव की ओर जाता है। यह सर्वविदित है कि प्लेटों के एक निरंतर क्षेत्र के लिए अंतराल के आकार में परिवर्तन के साथ एक फ्लैट संधारित्र का समाई बदलता है, इसलिए, दबाव में बहुत छोटे परिवर्तनों का पता लगाने के लिए, कैपेसिटिव सेंसर बहुत प्रभावी होते हैं।

छोटे आयामों वाले कैपेसिटिव प्रेशर सेंसर तरल पदार्थ, गैसों, भाप में अधिकता के माप की अनुमति देते हैं। कैपेसिटिव प्रेशर सेंसर विभिन्न औद्योगिक प्रक्रियाओं में हाइड्रोलिक और वायवीय प्रणालियों का उपयोग करते हुए, कंप्रेशर्स में, पंपों में, मशीन टूल्स पर उपयोगी होते हैं। सेंसर का डिज़ाइन तापमान चरम सीमा और कंपन के लिए प्रतिरोधी है, विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप और आक्रामक पर्यावरणीय परिस्थितियों के प्रति प्रतिरोधी है।

एक अन्य प्रकार का विद्युत दबाव सेंसर, दूर से कैपेसिटिव के समान - आगमनात्मक या चुंबकीय सेंसर... दबाव-संवेदनशील प्रवाहकीय झिल्ली पतली डब्ल्यू-आकार के चुंबकीय सर्किट से कुछ दूरी पर स्थित होती है, जिसके मध्य कोर पर कुंडल घाव होता है।झिल्ली और चुंबकीय सर्किट के बीच एक निश्चित वायु अंतर निर्धारित किया जाता है।

जब कॉइल पर एक वोल्टेज लगाया जाता है, तो उसमें करंट एक चुंबकीय प्रवाह बनाता है जो चुंबकीय सर्किट से और हवा के अंतराल से और झिल्ली के माध्यम से बंद होकर दोनों से गुजरता है। चूँकि अंतराल में चुंबकीय पारगम्यता चुंबकीय सर्किट और झिल्ली की तुलना में लगभग 1000 गुना छोटी होती है, इसलिए अंतराल की मोटाई में एक छोटा सा परिवर्तन भी सर्किट के अधिष्ठापन में ध्यान देने योग्य परिवर्तन की ओर जाता है।

मापा दबाव के प्रभाव में, सेंसर डायाफ्राम झुकता है और कॉइल का जटिल प्रतिरोध बदल जाता है। ट्रांसड्यूसर इस परिवर्तन को विद्युत संकेत में परिवर्तित करता है। कनवर्टर का मापने वाला हिस्सा पुल सर्किट के अनुसार बनाया जाता है, जहां सेंसर का तार हथियारों में से एक में शामिल होता है। एडीसी का उपयोग करते हुए, मापने वाले हिस्से से संकेत मापा दबाव के आनुपातिक विद्युत संकेत में परिवर्तित हो जाता है।

अंतिम प्रकार का प्रेशर सेंसर जिसे हम देखेंगे ऑप्टोइलेक्ट्रॉनिक सेंसर हैं ... वे दबाव का पता लगाने के लिए काफी सरल हैं, उच्च रिज़ॉल्यूशन वाले हैं, उच्च संवेदनशीलता वाले हैं और थर्मली स्थिर हैं। छोटे विस्थापन को मापने के लिए फैब्री-पेरोट इंटरफेरोमीटर का उपयोग करते हुए प्रकाश हस्तक्षेप के आधार पर संचालन, ये सेंसर विशेष रूप से आशाजनक हैं। एक एपर्चर के साथ एक ऑप्टिकल कनवर्टर क्रिस्टल, एक एलईडी और एक डिटेक्टर जिसमें तीन फोटोडायोड होते हैं, ऐसे सेंसर के मुख्य भाग होते हैं।

छोटे मोटाई के अंतर वाले फैबी-पेरोट ऑप्टिकल फिल्टर दो फोटोडायोड से जुड़े होते हैं। ये फिल्टर सिलिकॉन ऑक्साइड की एक परत के साथ कवर की गई सामने की सतह से परावर्तक सिलिकॉन दर्पण हैं, जिसकी सतह पर एल्यूमीनियम की एक पतली परत जमा होती है।

ऑप्टिकल ट्रांसड्यूसर एक कैपेसिटिव प्रेशर सेंसर के समान है, मोनोक्रिस्टलाइन सिलिकॉन सब्सट्रेट में नक़्क़ाशी से बनने वाला डायाफ्राम धातु की एक पतली परत से ढका होता है। कांच की प्लेट के नीचे की तरफ भी धातु की परत होती है। दो स्पैसर का उपयोग करके प्राप्त ग्लास प्लेट और सिलिकॉन सब्सट्रेट के बीच चौड़ाई w का अंतर है।

धातु की दो परतें फैबिया-पेरोट इंटरफेरोमीटर बनाती हैं जिसमें एक चर वायु अंतर डब्ल्यू होता है, जिसमें शामिल हैं: झिल्ली पर स्थित एक जंगम दर्पण, जो दबाव में परिवर्तन होने पर अपनी स्थिति बदलता है, और एक कांच की प्लेट पर इसके समानांतर स्थिर पारभासी दर्पण।

इस आधार पर, FISO Technologies केवल 0.55 मिमी के व्यास के साथ सूक्ष्म संवेदनशील दबाव ट्रांसड्यूसर का उत्पादन करती है जो सुई की आंख से आसानी से गुजरती है। एक कैथेटर की मदद से, एक मिनी-सेंसर को अध्ययन की गई मात्रा में डाला जाता है, जिसके अंदर दबाव को मापा जाता है।

ऑप्टिकल फाइबर एक बुद्धिमान संवेदक से जुड़ा होता है, जिसमें एक माइक्रोप्रोसेसर के नियंत्रण में, फाइबर में पेश मोनोक्रोमैटिक प्रकाश का एक स्रोत चालू होता है, पीछे से परावर्तित प्रकाश प्रवाह की तीव्रता को मापा जाता है, पर बाहरी दबाव सेंसर की गणना अंशांकन डेटा से की जाती है और डिस्प्ले पर प्रदर्शित होती है। दवा में, उदाहरण के लिए, ऐसे सेंसर का उपयोग फुफ्फुसीय धमनियों में रक्तचाप को मापने के लिए इंट्राकैनायल दबाव की निगरानी के लिए किया जाता है, जिसे किसी अन्य तरीके से नहीं किया जा सकता है।