اندازه گیری فشار با کمک کرنش سنج

اندازه گیری فشار با کمک کرنش سنج:
دیافراگم یکی از سه نوع ترانسدیوسر فشاری الاستیک است. فشار وارد شده، منجر به جابه جایی در دیافراگم می شود و مقدار این حرکت توسط ترانسدیوسر جابه جایی اندازه گیری می شود.

انواع مختلفی از سنسورهای فشار دیافراگمی وجود دارند که می توانند فشار مطلق (حداکثر تا50bar) و فشار نسبی (حداکثر تا2000bar) را اندازه گیری کنند. همچنین می توان از دیافراگم برای سنجش فشار تفاضلی (حداکثر تا2.5bar) هم استفاده کرد. در این حالت، دو فشار مختلف به دو سمت دیافراگم وارد می شود.

جنس دیافراگم ممکن است از پلاستیک ها، آلیاژهای فلزی، فولاد ضد زنگ یا سرامیک ها انتخاب شود. در این بین، دیافراگم های پلاستیکی، ارزان ترین نوع محسوب می شوند و برای بیشترین دقت ممکن باید از دیافراگم های فلزی استفاده کرد.

معمولاً در دماهای بالا یا محیط های خورنده، از فولاد ضد زنگ استفاده می شود. دیافراگم های سرامیکی هم در برابر اسیدها و بازهای قوی بسیار مقاوم هستند. معمولاً جابه جایی دیافراگم به اندازه0.1mm است که این جابه جایی، درون یک ترانسدیوسر از نوع کرنش سنج قرار می گیرد.

اگر برای اندازه گیری جابه جایی از کرنش سنج استفاده شود، معمولاً چهار عدد کرنش سنج با پیکربندی مدار پل به کار می روند. ولتاژ خروجی این پل، تابعی از تغییر مقاومت ناشی از کرنش دیافراگم است. چنین مداری قادر است به صورت خود به خود، تغییرات دمای محیطی را نیز جبران کند.

در ساخت دیافراگم های قدیمی از کرنش سنج های فلزی استفاده می شد که به دیافراگم متصل بودند. غیر از دشواری های مربوط به چگونگی اتصال کرنش سنج به دیافراگم، ضریب اندازه گیری (Gauge Factor) در کرنش سنج های فلزی پایین است.

به عبارت دیگر، به تقویت کننده های گران قیمت DC نیاز خواهد بود تا ولتاژ خروجی کوچک این مدار، تقویت و بزرگ شود. توسعه کرنش سنج های مبتنی بر نیمه هادی ها (Piezo-Resistive) با ویژگی پیزومقاومتی، راه حلی برای خروجی های کوچک ارائه کرد. به طوری که ضریب اندازه گیری تا صد برابر کرنش سنج های فلزی افزایش یافت.

به این ترتیب، مشکل جدیدی که عبارت است از رفتار غیرخطی ولتاژ خروجی نسبت به میزان کرنش، به دشواری های اتصال کرنش سنج به دیافراگم اضافه شد. هرچند که بعدها و با ظهور ترانسدیوسرهای پیزومقاومتی یک پارچه، مشکل اتصال کرنش سنج برطرف شد.

عدم قطعیت در اندازه گیری فشار با کمک این تجهیزات در حدود %±0.5 است و امروزه پرمصرف ترین ترانسدیوسر فشار دیافراگمی به شمار می رود. در سلول های یک پارچه (Monolithic Cells)، دیافراگمی وجود دارد که از یک صفحه سیلیکونی ساخته شده که در حین ساخت، مقاومت هایی درون آن قرار گرفته اند.

این ترانسدیوسرهای فشار، معمولاً تحت عنوان میکروسنسور شناخته می شوند. ساخت این سلول ها در تعداد انبوه، هزینه بسیار کمتری را نیز به دنبال دارد. از سوی دیگر، مشکل غیر خطی بودن خروجی نیز با کمک یک مدار خطی سازی و پردازش سیگنال خروجی، قابل حل است.