Penderia tekanan gas

Aplikasi

Penderia tekanan gas boleh digunakan untuk mengukur ketinggian dalam pesawat, roket atau belon. Ia kerap digunakan dalam reka bentuk automotif, daripada mengoptimumkan fungsi enjin dan mengawal pelepasan kepada memantau tekanan dalam tayar dan beg udara, dan juga mengawal guling udara kembung di tempat duduk dinamik.

Dalam tetapan industri, ia boleh digunakan untuk mengukur kelajuan gas mengalir (kadangkala dikenali sebagai 'tekanan impak'), untuk mengesahkan bahawa sedutan ada, untuk menguruskan tekanan sumber atau untuk menguji kebocoran.
 

Pilihan ukuran

Penderia tekanan gas direka (atau boleh dikonfigurasikan) untuk mengukur tekanan gas dengan cara yang berbeza.

• Tekanan tolok diukur berhubung dengan tekanan atmosfera sekeliling. Tekanan atmosfera adalah sekitar 100kPa (14.7 PSI) pada paras laut. Sensor yang dibina ke dalam pam udara untuk tayar mengukur tekanan dengan cara ini, menunjukkan tekanan udara di dalam tayar berhubung dengan tekanan atmosfera tempatan. Bacaan sifar menunjukkan tekanan di dalam dan luar adalah sama.
• A sensor tekanan gas tertutup adalah serupa dengan penderia tekanan gas tolok tetapi telah ditentukur terlebih dahulu untuk mengukur tekanan gas berhubung dengan tekanan atmosfera paras laut. Jadi bacaannya tidak akan berubah jika unit dibawa ke ketinggian atau lokasi yang berbeza.
• Tekanan vakum ialah ukuran perbezaan negatif antara tekanan gas di lokasi tertentu dan tekanan atmosfera.
• Tekanan gas mutlak diukur daripada sifar, atau vakum sempurna (0 PSI). Sekali lagi, tidak seperti tekanan tolok, ini tidak dipengaruhi oleh keadaan di sekeliling unit, yang boleh berubah mengikut perubahan ketinggian dan faktor lain.
• Tekanan pembezaan ialah perbezaan antara dua tekanan gas – contohnya, tekanan dalam dua hos gas yang disambungkan kepada sensor. Seperti tekanan tolok, sensor mungkin boleh mengukur perubahan tekanan gas dalam mana-mana arah (iaitu, perbezaan positif atau negatif).

Di luar jenis pengukuran yang berbeza, beberapa penderia tekanan gas juga direka untuk mengukur perubahan tekanan pantas dalam persekitaran dinamik, seperti tekanan pembakaran dalam silinder enjin atau turbin gas.
 

Teknologi

Penderia tekanan gas adalah transduser: ia menjana isyarat elektrik mengikut kadar tekanan yang mereka ukur. Ini membolehkan tekanan dipantau oleh mikropemproses, pengawal boleh atur cara, komputer dan peranti elektronik lain yang disambungkan kepada penderia.

Sesetengah sensor tekanan gas adalah analog, memberikan maklum balas tekanan dalam bentuk arus elektrik. Terdapat juga penderia digital, yang memberikan nilai digital untuk tekanan gas, dan penderia yang menyediakan jenis maklum balas lain, seperti isyarat optik, visual atau pendengaran. Teknologi yang paling biasa digunakan dalam penderia tekanan gas analog ialah tolok terikan piezoresistif, yang menggunakan prinsip rintangan piezoresis.

Keratan rentas tolok herotan semikonduktor, seperti yang digunakan dalam banyak penderia tekanan gas

Penderia diasaskan di sekeliling diafragma yang diperbuat daripada silikon monohabluran, filem nipis polysilicon, kerajang logam terikat, filem tebal atau filem nipis terpercik. Diafragma bertindak sebagai tolok herotan semikonduktor: apabila gas menekannya, ia bengkok daripada bentuk, yang mengganggu struktur kristal bahan. Ini, seterusnya, mengubah rintangan elektrik diafragma, membolehkan sensor mencerminkan perubahan tekanan dalam bentuk perubahan arus (lihat rajah di bawah).

Teknologi lain yang kurang biasa digunakan untuk penderia tekanan gas termasuk kemuatan (serupa dengan rintangan piezoelektrik, tetapi kapasitansi bahan berubah), elektromagnet, piezoelektrik (untuk perubahan tekanan sahaja), optik dan potensiometrik.

Sesetengah penderia elektronik menggunakan sifat lain, seperti ketumpatan, pengionan atau kekonduksian terma, untuk membuat kesimpulan tekanan gas dan bukannya mengukurnya secara langsung.

Penderia resonan menggunakan perubahan dalam frekuensi resonan (frekuensi di mana gas bergetar paling mudah) untuk mengukur perubahan ketumpatan gas yang disebabkan oleh tekanan. Elemen penderiaan boleh dibuat daripada wayar bergetar, silinder bergetar, kuarza atau silikon.

Penderia pengionan mengukur tekanan gas dengan memantau aliran zarah gas bercas (ion), kerana ia berbeza-beza akibat perubahan ketumpatan. Contoh penderia pengionan termasuk tolok katod panas dan katod sejuk.

Penderia terma menggunakan perubahan dalam kekonduksian terma gas (seberapa mudah ia mengalirkan haba) untuk mengukur tekanan. Contohnya ialah tolok Pirani, yang mempunyai filamen logam yang dipanaskan digantung dalam tiub dan mengukur haba yang hilang daripada filamen ke gas sekeliling.

Dalam penderia tekanan gas digital, cip silikon menukarkan arus melalui tolok herotan semikonduktor kepada bacaan berangka, dan data kemudiannya disalurkan keluar dari unit melalui penyambung proses. Ini kemudiannya boleh dipantau dan/atau disimpan oleh komputer atau peranti pemantauan elektronik lain.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, penderia tekanan tanpa wayar telah diperkenalkan. Penderia lanjutan ini boleh dikawal dari jauh, yang membolehkannya digunakan untuk aplikasi di mana sambungan berwayar tidak dapat dilakukan. Ia biasanya berkuasa bateri, menjadikannya serba lengkap dan berdikari sehingga bateri perlu diganti. Mereka biasanya menawarkan lebih banyak pilihan penyesuaian dan kawalan daripada penderia standard, dan sesetengahnya membenarkan tetapan seperti had tinggi dan rendah diubah semasa unit sedang beroperasi.

Sesetengah penderia wayarles boleh menyambung ke peranti mudah alih seperti telefon pintar, yang boleh memantau, mengumpul dan menyimpan data daripada penderia, menjalankan fungsi yang sebelum ini memerlukan komputer.
 

Pilihan dan spesifikasi

Pelbagai jenis sensor tekanan gas tersedia. Mereka berbeza dari segi kesesuaian aplikasi, kos, teknologi yang digunakan, dimensi fizikal, kelengkapan, penyambung proses dan bahan pembuatan yang digunakan.

Penderia tekanan gas biasanya mempunyai julat kerja yang ditentukan dalam kilopascal (kPa), atmosfera (atm) atau milimeter merkuri (Hg). Mereka juga akan mempunyai penilaian ketepatan. Sebagai contoh, penderia mungkin mempunyai julat kerja 0–210kPa, dengan ketepatan ±4kPa.

Mereka mungkin datang dengan masa tindak balas yang dinyatakan, yang menggambarkan tempoh masa yang mereka ambil untuk memberikan bacaan tekanan - contohnya, 10ms.

Dan mereka biasanya mempunyai julat suhu operasi, kerana kepekaan tolok tekanan boleh dipengaruhi oleh suhu.