Snímače tlaku - dělení, technologie, principy

U polovodičových materiálů je změna měrného odporu a tím i signálu výsledkem proměnlivé pohyblivosti elektronů v krystalické struktuře. Tato pohyblivost je ovlivněna mechanickým zatížením. Křemíkový čip a procesní médium jsou odděleny membránou z nerezové oceli. Membrána může být umístěná vně nebo uvnitř snímače tlaku. V závislosti na aplikaci se jako převodová kapalina pro přenos vnitřního tlaku používá parafín nebo silikonový olej. Snímače tlaku s piezorezistivním křemíkovým tlakovým čidlem vynikají vysokou přesností měření a dlouhodobou stabilitou. Ve styku s měřeným médiem je pouze nerezová ocel.

U polovodičových materiálů je změna měrného odporu a tím i signálu výsledkem proměnlivé pohyblivosti elektronů v krystalické struktuře. Tato pohyblivost je ovlivněna mechanickým zatížením. Křemíkový čip a procesní médium jsou odděleny membránou z nerezové oceli. Membrána může být umístěná vně nebo uvnitř snímače. V závislosti na aplikaci se jako převodová kapalina pro přenos vnitřního tlaku používá parafín nebo silikonový olej. Snímače tlaku s piezorezistivním křemíkovým tlakovým čidlem vynikají vysokou přesností měření a dlouhodobou stabilitou. Ve styku s měřeným médiem je pouze nerezová ocel.

Čidlo je vyrobeno z keramického monolitu, na jehož membráně jsou na zadní straně vytištěny rezistory. Rezistory na membráně jsou propojeny tak, aby vytvořily Wheatstoneův můstek. Proti tlaku média působí na této opačné straně jen tlak okolního vzduchu. Proto je u této technologie možné měřit pouze relativní tlak. Během zvyšování tlaku jsou rezistory vystaveny největšímu namáhání ve středu membrány a největšímu stlačení v okrajových oblastech. Keramika je v tlustovrsvých keramických snímačích tlaku v přímém kontaktu s měřeným médiem. Vzhledem k tomu, že na procesní připojení nelze přivařit keramiku, je k zabránění vniknutí média do snímače tlaku použité těsnění. Keramické snímače tlaku vynikají dobrou dlouhodobou stabilitou a odolností proti korozi. Ve styku s měřeným médiem je však kromě zpravidla nerezového těla snímače tlaku rovněž keramika a materiál těsnění. Chemickou kompatibilitu použitého těsnění s měřeným médiem je vždy nutné zohlednit při posuzování vhodnosti konkrétního snímače tlaku pro danou aplikaci.

Měřicí film je umístěn mezi tenkým keramickým membránovým diskem a keramickým základním tělesem. Požadovaný prostor pro ohyb membrány je vytvořen speciálně vytvořenou mezerou. Takto vytvořený prostor lze ponechat otevřený nebo je jej možné uzavřít a evakuovat, což umožňuje měření relativního nebo absolutního tlaku. Keramické tlustovrstvé čidla vynikají dobrou dlouhodobou stabilitou a odolností proti korozi. Rezistory na membráně jsou propojeny tak, aby vytvořily Wheatstoneův můstek. Během zvyšování tlaku jsou rezistory vystaveny největšímu namáhání ve středu membrány a největšímu stlačení v okrajových oblastech. Keramika je ve snímačích tlaku s tlustovrsvým čidlem v přímém kontaktu s měřeným médiem. Mezi přesnost patří dlouhodobá stabilita a odolnost proti korozi. Nevýhodou může být v některých případech nutnost použití vnitřního těsnění mezi keramickým čidlem a tělem snímače. Kromě keramiky a těla snímače je tedy v kontaktu s médiem také těsnění, jehož materál a chemnickou kompatibilitu je nutné zohlednit při posuzování vhodnosti použití snímače tlaku pro konkrétní aplikaci.

Čidlo je vyrobeno z nerezové oceli na jejímž povrchu je struktura rezistorů je vytvářena fotolitografií. Snímač tlaku s kovovým tenkovrstvým senzorem vynikají svou vysokou odolností proti tlakovým špičkám. Lze měřit i extrémně vysoké tlaky - i když jsou vystaveny vysokému rázovému a vibračnímu zatížení. V kovové tenkovrstvé technologii jsou čtyři rezistory vzájemně propojeny tak, aby vytvořily Wheatstoneův můstek. Během zvyšování tlaku jsou rezistory vystaveny největšímu namáhání ve středu membrány, zatímco nejsilnější komprese je přítomna v okrajové oblasti. U snímačů tlaku s kovovým tenkovrstvým senzorem je měřicí membrána současně oddělovací membránou. Snímač s kovovým tenkovrstvým senzorem se zpravidla vyrábějí pouze pro měření relativního tlaku, protože vytvoření vakua na zadní straně membrány by bylo konstrukčně velmi složité. Není vyžadována žádná vnitřní převodová kapalina. Ve styku s měřeným médiem je pouze nerezová ocel.