Jakie są technologie konstrukcji przetworników ciśnienia?

Przetwornik ciśnienia (zwany również konwerterem ciśnienia lub transmiterem ciśnienia) to element służący do konwersji ciśnienia pneumatycznego lub hydraulicznego na elektryczny (zwykle analogowy i liniowy) sygnał wyjściowy, taki jak prąd lub napięcie. Sygnał elektryczny może być wykorzystany do wyświetlenia pomiaru ciśnienia na wyświetlaczu lub przesłany do sterownika, PLC lub systemu akwizycji danych w celu dalszego przetwarzania. Pomiar ciśnienia może być wykorzystywany do różnych celów, w tym do kontroli płynów, monitorowania płynów oraz pomiaru ciśnienia powietrza.

Do najczęściej stosowanych technologii należą piezorezystancyjne przetworniki ciśnienia, pojemnościowe przetworniki ciśnienia, cienkowarstwowe rezystancyjne przetworniki ciśnienia i światłowodowe przetworniki ciśnienia. 

Technologia piezorezystancyjna

Najpopularniejszym typem przetwornika ciśnienia jest piezorezystancyjny konwerter ciśnienia. Te transmitery są zbudowane z materiału rezystancyjnego, który zmienia rezystancję w odpowiedzi na przyłożone ciśnienie. Ta zmiana rezystancji może być mierzona i przekształcana w sygnał cyfrowy, dając użytkownikowi podgląd sytuacji. Piezorezystancyjne przetworniki ciśnienia można znaleźć w wielu różnych zastosowaniach, od motoryzacji po urządzenia medyczne.

Technologia pojemnościowa

Pojemnościowe przetworniki ciśnienia wykorzystują zasadę pojemności do pomiaru przyłożonego ciśnienia. Pojemność jest miarą zdolności dwóch przewodników do przechowywania ładunku elektrycznego. W pojemnościowym przetworniku ciśnienia odbiornikiem pomiaru ciśnienia jest membrana. Membrana może być wykonana na przykład ze stali nierdzewnej, stopu Hastelloy C lub tantalu. Po przyłożeniu ciśnienia do powierzchni membrany, odkształcenie zmienia odległość między dwiema pojemnościami za pośrednictwem cieczy wypełniającej. Ta zmiana pojemności może być mierzona i przekształcana w sygnał cyfrowy. Pojemnościowe przetworniki ciśnienia są często używane w zastosowaniach w przemyśle naftowym i gazowym, energetycznym, spożywczym i napojów, wodnym i środowiskowym, cementowym oraz papierniczym i tekturowym.

Technologia cienkowarstwowa

Cienkowarstwowe rezystancyjne przetworniki ciśnienia wykorzystują bardzo cienką warstwę materiału rezystancyjnego do pomiaru przyłożonego ciśnienia. Warstwa ta ma zwykle grubość zaledwie kilkuset nanometrów, dzięki czemu jest bardzo czuła na zmiany ciśnienia. Cienkowarstwowe transmitery rezystancyjne są często stosowane w rozwiązaniach przemysłowych, gdzie dokładność i precyzja są niezbędne.

Technologia optyczna

Innym rodzajem przetwornika są optyczne przetworniki ciśnienia. Transmitery te wykorzystują światłowody do pomiaru wywieranego ciśnienia. Zasada działania tych czujników jest dość prosta: gdy światło przechodzi przez światłowód, jego właściwości (takie jak długość fali) zmieniają się w zależności od ciśnienia wywieranego na światłowód. Mierząc zmianę długości fali, można dokładnie określić ciśnienie.

Światłowodowe przetworniki ciśnienia są często wykorzystywane w aplikacjach pomiaru ciśnienia, takich jak systemy hydrauliczne i gazociągi.

Technologia hydrostatyczna

Hydrostatyczne konwertery ciśnienia działają na zasadzie hydrostatycznej, zapewniając pomiar ciśnienia proporcjonalny do przyłożonej wysokości podnoszenia. W hydrostatycznym przetworniku ciśnienia ciecz znajduje się w szczelnej komorze. Przyłożenie ciśnienia do membrany komory powoduje odkształcenie ścianek komory, co skutkuje zmianą pomiaru wysokości cieczy. Zmiana ta może zostać zmierzona i przekształcona w sygnał cyfrowy. Hydrostatyczny transmiter ciśnienia jest często stosowany w procesach i rozwiązaniach pomiaru poziomu w zbiornikach i rezerwuarach.

Podsumowanie

Wybór odpowiedniego przetwornika ciśnienia do danego zastosowania może być trudny. Przy wyborze transmitera ciśnienia należy wziąć pod uwagę wiele czynników. W szczególności, jeśli potrzebujesz opcji przemysłowej lub spożywczej. Innym kluczowym punktem jest określenie rodzaju wymaganego połączenia procesowego. Równie ważne jest, aby wziąć pod uwagę warunki środowiskowe, na które przetwornik będzie narażony w okresie eksploatacji.

Dział mechatroniki Bibus Menos oferuje różnorodne rozwiązania do monitorowania ciśnienia i temperatury w przemyśle – czujniki oraz przetworniki ciśnienia, również do specjalistycznych zastosowań, takich jak praca w strefach zagrożonych wybuchem czy do pomiaru ciśnienia wodoru.