Snímače tlaku

Tlak je definován jako síla působící na jednotku plochy:

Deformační tlakoměry

Deformační tlakoměry určují tlak z pružné deformace tlakoměrného prvku. Jsou jednoduché, levné, robustní, ale vykazují hysterezi, musí se kalibrovat a pokud požadujeme elektrický výstup, musí být doplněny vhodným snímačem polohy.

Obr. 1: Tlakoměrné prvky

Bourdonova trubice je nejčastěji používaná. Kovová trubice zploštělého průřezu je stočena pod středovým úhlem 270 °C. Jedním koncem je upevněná, volný konec je spojen s ukazatelem. Účinkem tlaku se trubice napřimuje. Může měřit podtlak i přetlak, rozsah do 2000 MPa.

V membránovém tlakoměru je příčně zvlněná kovová membrána sevřena mezi přírubami a na ukazatel se přenáší její průhyb. Tlak může být přiveden i z obou stran membrány, takže umožňuje měřit podtlak, přetlak i tlakovou diferenci, rozsah do 4 MPa.

Vlnovec je tenkostěnná příčně zvlněná kovová trubice, která s tlakem mění svou délku. Výhodou je větší přestavná síla ve srovnání s membránovým tlakoměrem, rozsah je do 0,4 MPa. Často se používá v pneumatických systémech.

Kapacitní tlakoměr

Kapacitní tlakoměr využívá změny kapacity diferenciálního kondenzátoru v závislosti na měřeném tlaku.

Tlaky p₁,p₂ působí přes oddělovací membránu a kapalinovou náplň na pružnou měřicí membránu, která se deformuje podle tlakového rozdílu. Souměrně k měřicí membráně jsou na izolantu umístěny dvě pevné elektrody. Jako vyhodnocovací obvod se používá střídavý můstek, rozsah od 100 Pa do 40 MPa.

Obr. 2: Kapacitní tlakoměr

Tenzometry

Tenzometry jsou snímače síly a mohou tedy být použity k měření tlaku. U kovových odporových tenzometrů se při mechanickém namáhání mění odpor jako důsledek změny rozměrů. Polovodičové odporové tenzometry využívají změny vodivosti vyvolané změnou pohyblivosti nosičů náboje (piezorezistivní jev). Polovodičové tenzometry jsou citlivější než kovové. Na měřenou součást se připevňují lepením nebo se pro převod síly na deformaci používají pružné prvky, (nosníky, membrány), na kterých je tenzometr umístěn. Vliv teploty se kompenzuje zapojením několika tenzometrů do vyhodnocovacího můstku.

Obr. 3: Fóliový odporový tenzometr 

Obr. 4: Difundovaný polovodičový tenzometr

Piezoelektrické tenzometry jsou založeny na piezoelektrickém jevu. U některých materiálů (křemen, titaničitan barnatý) dochází při působení síly ke vzniku elektrického náboje. Používají se pro měření dynamických tlaků, jsou jednoduché a mají malé rozměry.

Obr. 5: Princip funkce piezoelektrického čidla

Rezonanční tlakoměry

Rezonanční snímače tlaku využívají závislosti mechanického kmitání rezonančního elementu na jeho mechanickém napětí. Rezonančním elementem může být struna, membrána nebo válec. Měřený tlak působící přes převodní mechanismus na rozkmitaný rezonanční element vyvolá změnu frekvence kmitání.

Obr. 6: Princip rezonančního tlakoměru

Příklad provedení:

Dvojice budicích cívek elektromagneticky rozkmitává strunu, na kterou přes membránu působí měřený tlak. Změna tlaku vyvolá změnu mechanického napětí struny a změnu frekvence, měřenou dvojicí snímacích cívek.

Rezonanční snímače tlaku jsou velmi přesné, výhodou je snadný převod výstupního signálu (frekvence) na číslicový signál.

Obr. 7: Provedení rezonančního tlakoměru

 

Zdroje

• BENEŠ, Pavel, Jan CHLEBNÝ,Josef LANGER, Marie MARTINÁSKOVÁ a Rudolf VORÁČEK. Automatizace a automatizační technika III. 1. vyd. Praha: Computer Press, 2000, 254s. ISBN 80-7226-248-3.
• KOLEKTIV AUTORŮ. Automatizace a automatizační technika 1. 1. vyd.  Brno: Computer Press, 2012, 217s. ISBN 978-80-251-3628-7.
• MAIXNER, Ladislav a kol. Mechatronika. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2006, 280s. ISBN 80-251-1299-3.

Obrázky

• Obr. 1, 2 a 4: BENEŠ, Pavel, Jan CHLEBNÝ,Josef LANGER, Marie MARTINÁSKOVÁ a Rudolf VORÁČEK. Automatizace a automatizační technika III. 1. vyd. Praha: Computer Press, 2000, 254s. ISBN 80-7226-248-3.
• Obr. 3: KOLEKTIV AUTORŮ. Automatizace a automatizační technika 1. 1. vyd.  Brno: Computer Press, 2012, 217s. ISBN 978-80-251-3628-7.
• Obr. 5: MAIXNER, Ladislav a kol. Mechatronika. 1. vyd. Brno: Computer Press, 2006, 280s. ISBN 80-251-1299-3.
• Obr. 6: Archiv autora
• Obr. 7: Archiv autora
• Obr. 8: BD SENSORS. Průmyslový snímač tlaku - firma BD SENSORS [online]. [cit. 2015-01-02]. Dostupný na www: http://www.bdsensors.cz/tlak/snimace-tlaku/detail/produkt/dmk-331-p/.