Różne warunki pomiaru, zakresy i materiały użyte do budowy czujnika prowadzą do różnorodności konstrukcji czujników ciśnienia. Często ciśnienie można przekształcić na formę pośrednią, taką jak przemieszczenie, poprzez wykrywanie wielkości ugięcia membrany umieszczonej w linii z płynem. Czujnik następnie przekształca to przemieszczenie w wyjście elektryczne, takie jak napięcie lub prąd. Biorąc pod uwagę znaną powierzchnię membrany, można obliczyć ciśnienie. Czujniki ciśnienia są pakowane ze skalą, która zapewnia metodę konwersji na jednostki inżynierskie.
Trzy najbardziej uniwersalne typy przetworników ciśnienia to mostkowe (oparte na tensometrze), o zmiennej pojemności i piezoelektryczne.
Przetworniki oparte na mostku
Wśród wszystkich czujników ciśnienia, czujniki oparte na mostku Wheatstone’a (oparte na tensometrze) są najbardziej powszechne, ponieważ oferują rozwiązania, które spełniają różne ograniczenia dokładności, rozmiaru, wytrzymałości i kosztów. Czujniki mostkowe mogą mierzyć ciśnienie absolutne, manometryczne lub różnicowe zarówno w aplikacjach wysoko jak i niskociśnieniowych. Wykorzystują one tensometr do wykrywania deformacji membrany poddanej przyłożonemu ciśnieniu.
Rysunek 2. Przekrój typowego czujnika ciśnienia opartego na mostku
Gdy zmiana ciśnienia powoduje ugięcie membrany, na tensometrze indukowana jest odpowiednia zmiana rezystancji, którą można zmierzyć za pomocą uwarunkowanego systemu DAQ. Tensometry foliowe można łączyć bezpośrednio z membraną lub z elementem, który jest połączony mechanicznie z membraną. Czasami stosowane są również tensometry silikonowe. W tej metodzie wytrawia się rezystory na podłożu krzemowym i używa płynu transmisyjnego do przenoszenia ciśnienia z membrany na podłoże.
Capacitive Pressure Sensors
Przetwornik ciśnienia o zmiennej pojemności mierzy zmianę pojemności pomiędzy metalową membraną a nieruchomą metalową płytką. Pojemność pomiędzy dwoma metalowymi płytkami zmienia się, jeśli odległość pomiędzy tymi płytkami zmienia się z powodu przyłożonego ciśnienia.
Rysunek 3. Pojemnościowy przetwornik ciśnienia
Piezoelektryczne czujniki ciśnienia
Czujniki piezoelektryczne polegają na właściwościach elektrycznych kryształów kwarcu, a nie na rezystancyjnym przetworniku mostkowym. Kryształy te generują ładunek elektryczny, gdy są naprężone. Elektrody przenoszą ładunek z kryształów do wzmacniacza wbudowanego w czujnik. Czujniki te nie wymagają zewnętrznego źródła wzbudzenia, ale są podatne na wstrząsy i wibracje.
Rysunek 4. Piezoelektryczny przetwornik ciśnienia
Wzmocnione czujniki ciśnienia
Czujniki, które zawierają układy scalone, takie jak wzmacniacze, są określane jako czujniki wzmocnione. Tego typu czujniki mogą być zbudowane z wykorzystaniem przetworników mostkowych, pojemnościowych lub piezoelektrycznych. W przypadku czujnika wzmacniającego opartego na mostku, urządzenie samo zapewnia rezystory uzupełniające i wzmocnienie niezbędne do bezpośredniego pomiaru ciśnienia za pomocą urządzenia DAQ. Chociaż nadal musi być zapewnione wzbudzenie, dokładność wzbudzenia jest mniej ważna.
.
