Nguyên tắc làm việc cốt lõi
Cảm biến áp suất chuyển đổi nó thành tín hiệu điện có thể đo được bằng cách phát hiện sự thay đổi áp suất của môi trường và các nguyên tắc chung được chia thành ba loại:
Loại điện trở: Sử dụng hiệu ứng điện trở của vật liệu bán dẫn, giá trị điện trở thay đổi khi áp suất thay đổi, tín hiệu điện áp đầu ra qua cầu Wheatstone. Ví dụ, cảm biến điện trở MEMS tích hợp các yếu tố điện trở trên màng silicon thông qua công nghệ gia công vi mô, có độ nhạy cao và phù hợp để đo áp suất thấp (ví dụ: 0-1MPa).
Loại áp điện: Dựa trên hiệu ứng áp điện dương của vật liệu áp điện, áp suất làm cho vật liệu tạo ra điện tích và lượng điện tích tỷ lệ thuận với áp suất. Ví dụ, tinh thể thạch anh hoặc cảm biến áp điện PVDF thường được sử dụng để đo áp suất động (ví dụ: rung, sốc), nhưng cần được sử dụng với bộ khuếch đại điện tích và không thể đo áp suất tĩnh.
Điện dung: Thay đổi khoảng cách giữa các tấm điện dung hoặc hằng số điện môi thông qua áp suất, giá trị điện dung thay đổi theo áp suất. Ví dụ, cảm biến điện dung gốm sử dụng màng gốm và điện cực cố định để tạo thành điện dung, ổn định tốt, thích hợp cho các tình huống điện áp trung bình và cao (chẳng hạn như 1-60MPa).
Thông số hiệu suất chính
Phạm vi: Chọn theo kịch bản ứng dụng (ví dụ: 0-100kPa để đo áp suất không khí, 0-100MPa cho hệ thống thủy lực).
Độ chính xác: bao gồm độ tuyến tính, độ trễ, độ lặp lại và lỗi toàn diện thường được biểu thị dưới dạng phần trăm của phạm vi đầy đủ (ví dụ: ± 0,5% FS).
Tín hiệu đầu ra: Đầu ra analog (ví dụ: 4-20mA, 0-5V) có khả năng chống nhiễu mạnh, đầu ra kỹ thuật số (ví dụ: I²C, RS485) dễ dàng tích hợp.
Khả năng tương thích với phương tiện truyền thông: Cần xem xét khả năng tương thích hóa học của cảm biến và phương tiện đo lường (chẳng hạn như chất lỏng ăn mòn cần chọn vật liệu thép không gỉ hoặc gốm).
Hướng dẫn lựa chọn
Kịch bản điện áp thấp (ví dụ: thiết bị y tế, HVAC): cảm biến MEMS điện trở chọn, kích thước nhỏ và chi phí thấp.
Áp suất động (ví dụ: thử nghiệm động cơ, sốc nổ): cảm biến áp điện chọn lọc, phản ứng nhanh (giai đoạn micro giây).
Kịch bản công nghiệp điện áp trung bình và cao (ví dụ: hệ thống thủy lực, hóa dầu): chọn điện dung gốm hoặc cảm biến silicon khuếch tán, chịu được điện áp cao và ổn định cao.
Môi trường khắc nghiệt (chẳng hạn như nhiệt độ cao, ăn mòn mạnh): Chọn gói gốm hoặc thép không gỉ, mức độ bảo vệ đạt trên IP67.
Ví dụ: để đo mực nước bể (phạm vi áp suất 0-0.1MPa), cảm biến điện trở áp suất tùy chọn (phạm vi 0-0.2MPa, đầu ra 4-20mA); Nếu theo dõi áp suất nổ của động cơ ô tô (áp suất cao thoáng qua), cần có cảm biến áp điện (phạm vi 0-50MPa, thời gian đáp ứng<1μs).