ઇલેક્ટ્રિક પ્રેશર સેન્સર્સ

આજે, ઉદ્યોગના વિવિધ ક્ષેત્રોમાં દબાણને માપવા માટે, માત્ર પારાના બેરોમીટર્સ અને એનરોઇડ્સનો જ ઉપયોગ થતો નથી, પરંતુ વિવિધ સેન્સરનો પણ ઉપયોગ થાય છે જે ઓપરેશનના સિદ્ધાંતમાં અને આવા દરેક પ્રકારના સેન્સરમાં રહેલા ફાયદા અને ગેરફાયદા બંનેમાં અલગ પડે છે. આધુનિક ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઇલેક્ટ્રિકલ, ઇલેક્ટ્રોનિક ધોરણે સીધા દબાણ સેન્સર્સના અમલીકરણને મંજૂરી આપે છે.

તો "ઇલેક્ટ્રિકલ પ્રેશર સેન્સર" શબ્દનો અમારો અર્થ શું છે? વિદ્યુત દબાણ સેન્સર શું છે? તેઓ કેવી રીતે ગોઠવાય છે અને તેમની પાસે કયા કાર્યો છે? છેલ્લે, તમારે કયું પ્રેશર સેન્સર પસંદ કરવું જોઈએ જેથી કરીને તે ચોક્કસ હેતુ માટે સૌથી યોગ્ય હોય? અમે આ લેખ દરમિયાન શોધીશું.

પ્રથમ, ચાલો શબ્દ પોતે વ્યાખ્યાયિત કરીએ. પ્રેશર સેન્સર એ એક ઉપકરણ છે જેના આઉટપુટ પરિમાણો માપેલા દબાણ પર આધારિત છે. ચોક્કસ સેન્સરના ઉપયોગના આધારે પરીક્ષણ માધ્યમ વરાળ, પ્રવાહી અથવા અમુક ગેસ હોઈ શકે છે.

પાવર, ઓઇલ, ગેસ, ફૂડ અને અન્ય ઘણા ઉદ્યોગો માટે ઓટોમેશન સિસ્ટમ્સના મહત્વપૂર્ણ ઘટકો તરીકે આધુનિક સિસ્ટમોને આ પ્રકારના ચોકસાઇવાળા સાધનોની જરૂર પડે છે.લઘુચિત્ર પ્રેશર ટ્રાન્સડ્યુસર્સ દવામાં મહત્વપૂર્ણ છે.

દરેક વિદ્યુત દબાણ સેન્સરમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે: એક સંવેદનશીલ તત્વ જે આંચકાને પ્રાથમિક ટ્રાન્સડ્યુસર, સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ સર્કિટ અને હાઉસિંગમાં ટ્રાન્સમિટ કરવાનું કામ કરે છે. મુખ્યત્વે વિદ્યુત દબાણ સેન્સર વિભાજિત કરવામાં આવે છે:

• પ્રતિરોધક (ટેન્સોરેસિસ્ટિવ);

• પીઝોઇલેક્ટ્રિક;

• પીઝો રેઝોનન્સ;

• કેપેસિટીવ;

• પ્રેરક (ચુંબકીય);

• ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક.

પ્રતિકારક અથવા તાણ ગેજ દબાણ સેન્સર આ એક ઉપકરણ છે જેનું સંવેદનશીલ તત્વ વિકૃત લોડની ક્રિયા હેઠળ તેના વિદ્યુત પ્રતિકારને બદલે છે. સ્ટ્રેઇન ગેજ સંવેદનશીલ પટલ પર માઉન્ટ થયેલ છે જે દબાણ હેઠળ વળે છે અને તેની સાથે જોડાયેલા તાણ ગેજને વળાંક આપે છે. તાણ ગેજનો પ્રતિકાર બદલાય છે અને કન્વર્ટરના પ્રાથમિક સર્કિટમાં વર્તમાનની તીવ્રતા તે મુજબ બદલાય છે.

દરેક તાણ ગેજના વાહક તત્વોને ખેંચવાથી લંબાઈમાં વધારો થાય છે અને ક્રોસ-સેક્શનમાં ઘટાડો થાય છે, પરિણામે પ્રતિકારમાં વધારો થાય છે. સંકોચનમાં તે વિપરીત છે. પ્રતિકારમાં સંબંધિત ફેરફારો હજારમાં માપવામાં આવે છે, તેથી એડીસી સાથેના ચોકસાઇ એમ્પ્લીફાયરનો ઉપયોગ સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ સર્કિટમાં થાય છે. આમ, તાણ સેમિકન્ડક્ટર અથવા કંડક્ટરના વિદ્યુત પ્રતિકારમાં ફેરફારમાં અને પછી વોલ્ટેજ સિગ્નલમાં રૂપાંતરિત થાય છે.

સ્ટ્રેન ગેજ સામાન્ય રીતે ઝિગઝેગ વાહક અથવા સેમિકન્ડક્ટર તત્વ હોય છે જે લવચીક આધાર પર લાગુ થાય છે જે પટલને વળગી રહે છે. સબસ્ટ્રેટ સામાન્ય રીતે અભ્રક, કાગળ અથવા પોલિમર ફિલ્મથી બનેલું હોય છે, અને વાહક તત્વ વરખ, પાતળા વાયર અથવા સેમિકન્ડક્ટર વેક્યુમ-ધાતુ પર છાંટવામાં આવે છે.સ્ટ્રેઇન ગેજના સંવેદનશીલ તત્વનું માપન સર્કિટ સાથે જોડાણ સંપર્ક પેડ્સ અથવા વાયરનો ઉપયોગ કરીને હાથ ધરવામાં આવે છે. સ્ટ્રેઇન ગેજમાં સામાન્ય રીતે 2 થી 10 ચોરસ મીમીનો વિસ્તાર હોય છે.

સેલ સેન્સર લોડ કરો દબાણ સ્તર, સંકુચિત શક્તિ અને વજન માપનનો અંદાજ કાઢવા માટે સરસ.

ઇલેક્ટ્રિક પ્રેશર સેન્સરનો આગલો પ્રકાર પીઝોઇલેક્ટ્રિક છે... અહીં, પીઝોઇલેક્ટ્રિક તત્વ સંવેદનશીલ તત્વ તરીકે કાર્ય કરે છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક પર આધારિત પીઝોઇલેક્ટ્રિક તત્વ વિકૃત થાય ત્યારે ઇલેક્ટ્રિકલ સિગ્નલ ઉત્પન્ન કરે છે, આ કહેવાતી સીધી પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસર છે. પીઝોઇલેક્ટ્રિક તત્વ માપેલા માધ્યમમાં મૂકવામાં આવે છે અને પછી ટ્રાન્સડ્યુસર સર્કિટમાં વર્તમાન તે માધ્યમમાં દબાણના ફેરફારના પ્રમાણમાં પ્રમાણસર હશે.

પીઝોઇલેક્ટ્રિક અસરના દેખાવ માટે સતત દબાણને બદલે દબાણમાં ચોક્કસ ફેરફારની જરૂર હોવાથી, આ પ્રકારનું દબાણ ટ્રાન્સડ્યુસર માત્ર ગતિશીલ દબાણ માપન માટે યોગ્ય છે. જો દબાણ સતત હોય, તો પીઝોઇલેક્ટ્રિક તત્વની વિકૃતિ પ્રક્રિયા થશે નહીં અને પીઝોઇલેક્ટ્રિક દ્વારા વર્તમાન ઉત્પન્ન થશે નહીં.

પીઝોઇલેક્ટ્રિક પ્રેશર સેન્સરનો ઉપયોગ થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે, પાણી, વરાળ, ગેસ અને અન્ય સજાતીય માધ્યમો માટે વમળ મીટરના પ્રાથમિક પ્રવાહ ટ્રાન્સડ્યુસર્સમાં. આવા સેન્સર પ્રવાહના મુખ્ય ભાગની પાછળ દસથી સેંકડો મિલીમીટરના નજીવા ઓપનિંગ સાથે પાઇપલાઇનમાં જોડીમાં સ્થાપિત થાય છે અને આમ વોર્ટિસીસની નોંધણી કરે છે જેની આવર્તન અને સંખ્યા વોલ્યુમેટ્રિક પ્રવાહ દર અને પ્રવાહ દરના પ્રમાણસર હોય છે.

વધુ પીઝો-રેઝોનન્ટ પ્રેશર સેન્સર્સનો વિચાર કરો... પીઝો-રેઝોનન્ટ પ્રેશર સેન્સરમાં, રિવર્સ પીઝોઈલેક્ટ્રીક અસર કામ કરે છે, જેમાં લાગુ વોલ્ટેજની ક્રિયા હેઠળ પીઝોઈલેક્ટ્રીક વિકૃત થાય છે, અને વોલ્ટેજ જેટલું ઊંચું હોય છે, વિરૂપતા વધુ મજબૂત હોય છે. સેન્સર પીઝોઇલેક્ટ્રિક પ્લેટના સ્વરૂપમાં રેઝોનેટર પર આધારિત છે, જેની બંને બાજુએ ઇલેક્ટ્રોડ્સ જોડાયેલા છે.

જ્યારે ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર વૈકલ્પિક વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે પ્લેટ સામગ્રી વાઇબ્રેટ થાય છે, એક દિશામાં અથવા બીજી દિશામાં વળે છે, અને કંપનની આવર્તન લાગુ વોલ્ટેજની આવર્તન જેટલી હોય છે. જો કે, જો પ્લેટ હવે તેના પર બાહ્ય બળ લાગુ કરીને વિકૃત થાય છે, ઉદાહરણ તરીકે દબાણ-સંવેદનશીલ પટલ દ્વારા, તો પછી રેઝોનેટરના મુક્ત ઓસિલેશનની આવર્તન બદલાશે.

તેથી, રિઝોનેટરની કુદરતી આવર્તન પડદા પરના દબાણના જથ્થાને પ્રતિબિંબિત કરશે જે રિઝોનેટર પર દબાવવામાં આવે છે, પરિણામે આવર્તનમાં ફેરફાર થાય છે. ઉદાહરણ તરીકે, પીઝો રેઝોનન્સ પર આધારિત સંપૂર્ણ દબાણ સેન્સરનો વિચાર કરો.

માપેલ દબાણ કનેક્શન 12 દ્વારા ચેમ્બર 1 માં પ્રસારિત થાય છે. ચેમ્બર 1 ઉપકરણના સંવેદનશીલ માપન ભાગમાંથી પટલ દ્વારા અલગ કરવામાં આવે છે. બોડી 2, બેઝ 6 અને મેમ્બ્રેન 10 એકસાથે સીલ કરવામાં આવે છે જેથી બીજી સીલ કરેલ ચેમ્બર બનાવવામાં આવે. આધાર 6 ની બીજી સીલ કરેલ ચેમ્બરમાં, ધારકો 9 અને 4 નિશ્ચિત છે, જેમાંથી બીજો પુલ 3 દ્વારા આધાર 6 સાથે જોડાયેલ છે. ધારક 4 સંવેદનશીલ રેઝોનેટરને ઠીક કરવા માટે સેવા આપે છે 5. સહાયક રેઝોનેટર 8 છે. ધારક દ્વારા નિશ્ચિત 9.

માપેલા દબાણની ક્રિયા હેઠળ, પટલ 10 બોલ 14 પર સ્લીવ 13 દ્વારા દબાવવામાં આવે છે, જે ધારક 4 માં પણ નિશ્ચિત છે.બોલ 14, બદલામાં, સંવેદનશીલ રેઝોનેટર 5 ને દબાવી દે છે. વાયર 7, આધાર 6 માં નિશ્ચિત છે, અનુક્રમે જનરેટર 16 અને 17 સાથે રેઝોનેટર 8 અને 5 ને જોડે છે. સંપૂર્ણ દબાણની તીવ્રતાના પ્રમાણસર સિગ્નલ જનરેટ કરવા માટે, સર્કિટ 15 નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, જે રેઝોનેટરની ફ્રીક્વન્સીઝમાં તફાવતમાંથી આઉટપુટ સિગ્નલ જનરેટ કરે છે. સેન્સર પોતે સક્રિય થર્મોસ્ટેટ 18 માં મૂકવામાં આવે છે, જે સતત 40 ° સે તાપમાન જાળવી રાખે છે.

કેટલાક સરળ કેપેસિટીવ પ્રેશર સેન્સર છે... બે ફ્લેટ ઇલેક્ટ્રોડ અને તેમની વચ્ચેનું અંતર કેપેસિટર બનાવે છે. ઇલેક્ટ્રોડ્સમાંથી એક એક પટલ છે જેના પર માપેલ દબાણ કાર્ય કરે છે, જે વાસ્તવમાં કેપેસિટર પ્લેટો વચ્ચેના અંતરની જાડાઈમાં ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે. તે જાણીતું છે કે પ્લેટોના સતત ક્ષેત્ર માટે ગેપના કદમાં ફેરફાર સાથે ફ્લેટ કેપેસિટરની કેપેસીટન્સ બદલાય છે, તેથી, દબાણમાં ખૂબ નાના ફેરફારોને પણ શોધવા માટે, કેપેસિટીવ સેન્સર ખૂબ જ અસરકારક છે.

નાના પરિમાણો સાથે કેપેસિટીવ પ્રેશર સેન્સર પ્રવાહી, વાયુઓ, વરાળમાં અતિશય દબાણને માપવાની મંજૂરી આપે છે. કેપેસિટીવ પ્રેશર સેન્સર વિવિધ ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓમાં હાઇડ્રોલિક અને ન્યુમેટિક સિસ્ટમનો ઉપયોગ કરીને, કોમ્પ્રેસરમાં, પંપમાં, મશીન ટૂલ્સ પર ઉપયોગી છે. સેન્સરની ડિઝાઇન તાપમાનની ચરમસીમા અને સ્પંદનો માટે પ્રતિરોધક છે, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક હસ્તક્ષેપ અને આક્રમક પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓ સામે પ્રતિરોધક છે.

વિદ્યુત દબાણ સેન્સર્સનો બીજો પ્રકાર, કેપેસિટીવ - ઇન્ડક્ટિવ અથવા મેગ્નેટિક સેન્સર્સ જેવા દૂરસ્થ રીતે સમાન છે... દબાણ-સંવેદનશીલ વાહક પટલ પાતળા ડબલ્યુ-આકારના ચુંબકીય સર્કિટથી અમુક અંતરે સ્થિત છે, જેની મધ્ય કોર પર કોઇલ ઘા છે.પટલ અને ચુંબકીય સર્કિટ વચ્ચે ચોક્કસ હવાનું અંતર સેટ કરવામાં આવે છે.

જ્યારે કોઇલ પર વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેમાંનો પ્રવાહ એક ચુંબકીય પ્રવાહ બનાવે છે જે ચુંબકીય સર્કિટમાંથી અને હવાના અંતરમાંથી અને પટલમાંથી પસાર થાય છે, બંધ થાય છે. ગેપમાં ચુંબકીય અભેદ્યતા ચુંબકીય સર્કિટ અને પટલ કરતાં લગભગ 1000 ગણી નાની હોવાથી, ગેપની જાડાઈમાં થોડો ફેરફાર પણ સર્કિટના ઇન્ડક્ટન્સમાં નોંધપાત્ર ફેરફાર તરફ દોરી જાય છે.

માપેલા દબાણના પ્રભાવ હેઠળ, સેન્સર ડાયાફ્રેમ વળે છે અને કોઇલનો જટિલ પ્રતિકાર બદલાય છે. ટ્રાન્સડ્યુસર આ ફેરફારને ઇલેક્ટ્રિકલ સિગ્નલમાં ફેરવે છે. કન્વર્ટરનો માપન ભાગ બ્રિજ સર્કિટ અનુસાર બનાવવામાં આવે છે, જ્યાં સેન્સરની કોઇલ એક આર્મ્સમાં શામેલ હોય છે. ADC નો ઉપયોગ કરીને, માપવાના ભાગમાંથી સિગ્નલ માપેલા દબાણના પ્રમાણસર વિદ્યુત સંકેતમાં રૂપાંતરિત થાય છે.

છેલ્લું પ્રકારનું પ્રેશર સેન્સર જે આપણે જોઈશું તે ઓપ્ટોઈલેક્ટ્રોનિક સેન્સર છે... તે દબાણ શોધવા માટે એકદમ સરળ છે, ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન ધરાવે છે, ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા ધરાવે છે અને થર્મલી સ્થિર છે. નાના વિસ્થાપનને માપવા માટે ફેબ્રી-પેરોટ ઇન્ટરફેરોમીટરનો ઉપયોગ કરીને, પ્રકાશ દખલના આધારે કાર્યરત, આ સેન્સર્સ ખાસ કરીને આશાસ્પદ છે. એક ઓપ્ટિકલ કન્વર્ટર ક્રિસ્ટલ જેમાં છિદ્ર, એક LED અને ત્રણ ફોટોોડિયોડ્સનો સમાવેશ થતો ડિટેક્ટર આવા સેન્સરના મુખ્ય ભાગો છે.

ફેબી-પેરોટ ઓપ્ટિકલ ફિલ્ટર્સ નાના જાડાઈના તફાવત સાથે બે ફોટોોડિઓડ્સ સાથે જોડાયેલા છે. આ ફિલ્ટર્સ એ સિલિકોન ઓક્સાઇડના સ્તરથી ઢંકાયેલી આગળની સપાટીથી પ્રતિબિંબિત સિલિકોન મિરર્સ છે, જેની સપાટી પર એલ્યુમિનિયમનો પાતળો પડ જમા થાય છે.

ઓપ્ટિકલ ટ્રાન્સડ્યુસર કેપેસિટીવ પ્રેશર સેન્સર જેવું જ છે, મોનોક્રિસ્ટલાઇન સિલિકોન સબસ્ટ્રેટમાં એચીંગ દ્વારા રચાયેલ ડાયાફ્રેમ મેટલના પાતળા સ્તરથી ઢંકાયેલું છે. કાચની પ્લેટની નીચેની બાજુએ પણ મેટલ કોટિંગ હોય છે. ગ્લાસ પ્લેટ અને સિલિકોન સબસ્ટ્રેટ વચ્ચે પહોળાઈ w નું અંતર છે, જે બે સ્પેસરનો ઉપયોગ કરીને મેળવવામાં આવે છે.

ધાતુના બે સ્તરો વેરિયેબલ એર ગેપ ડબલ્યુ સાથે ફેબિયા-પેરોટ ઇન્ટરફેરોમીટર બનાવે છે, જેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે: પટલ પર સ્થિત એક જંગમ અરીસો, જે દબાણ બદલાય ત્યારે તેની સ્થિતિ બદલી નાખે છે, અને કાચની પ્લેટ પર તેની સમાંતર સ્થિર અર્ધપારદર્શક અરીસો.

આના આધારે, FISO ટેક્નૉલૉજી માત્ર 0.55 એમએમના વ્યાસવાળા માઇક્રોસ્કોપિક સેન્સિટિવ પ્રેશર ટ્રાન્સડ્યુસર બનાવે છે જે સોયની આંખમાંથી સરળતાથી પસાર થાય છે. મૂત્રનલિકાની મદદથી, અભ્યાસ કરેલ વોલ્યુમમાં મિની-સેન્સર દાખલ કરવામાં આવે છે, જેની અંદર દબાણ માપવામાં આવે છે.

ઓપ્ટિકલ ફાઇબર એક બુદ્ધિશાળી સેન્સર સાથે જોડાયેલ છે, જેમાં, માઇક્રોપ્રોસેસરના નિયંત્રણ હેઠળ, ફાઇબરમાં રજૂ કરાયેલ મોનોક્રોમેટિક પ્રકાશનો સ્ત્રોત ચાલુ કરવામાં આવે છે, બેક-રિફ્લેક્ટેડ લાઇટ ફ્લક્સની તીવ્રતા માપવામાં આવે છે, બાહ્ય દબાણ કેલિબ્રેશન ડેટામાંથી સેન્સરની ગણતરી કરવામાં આવે છે અને ડિસ્પ્લે પર પ્રદર્શિત થાય છે. દવામાં, ઉદાહરણ તરીકે, આવા સેન્સરનો ઉપયોગ ઇન્ટ્રાક્રેનિયલ દબાણને મોનિટર કરવા, પલ્મોનરી ધમનીઓમાં બ્લડ પ્રેશર માપવા માટે થાય છે, જે અન્ય કોઈપણ રીતે પહોંચી શકાતું નથી.