سنسور فشار (Pressure Sensors)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
سنسور فشار (Pressure Sensors) :
سنسور فشار وسیله ای است که فشار یک سیال (گاز یا مایع) را به یک سیگنال الکتریکی (معمولا ولتاژ، جریان یا فرکانس) تبدیل می کند. فشار به صورت نیروی عمودی بر واحد سطح تعریف می شود:
\[ P = F/A \]. واحد فشار در SI پاسکال (Pa) است که برابر نیوتن بر متر مربع می باشد. انواع مختلفی از سنسور فشار وجود دارد که بر اساس اصول فیزیکی گوناگون کار می کنند.
دسته بندی سنسورهای فشار بر اساس نوع فشار اندازه گیری شده: ۱) فشار مطلق (Absolute): نسبت به خلأ کامل اندازه گیری می شود. ۲) فشار نسبی (Gauge): نسبت به فشار محیط (اتمسفر) اندازه گیری می شود. ۳) فشار تفاضلی (Differential): اختلاف فشار بین دو نقطه را اندازه می گیرد. انتخاب نوع سنسور به کاربرد بستگی دارد. بیشتر سنسورهای فشار مدرن از یک دیافراگم (غشاء) استفاده می کنند که در اثر فشار خم می شود و این خمش به کمیت الکتریکی تبدیل می شود.
\[ P = \frac{F}{A} \quad , \quad \text{انواع فشار: } P_{abs} = P_{gauge} + P_{atm} \]پرکاربردترین فناوری ها: پیزومقاومتی (تغییر مقاومت کرنش سنج های نصب شده روی دیافراگم)، خازنی (تغییر فاصله بین دو صفحه خازن با خمش دیافراگم)، پیزوالکتریک (تولید بار الکتریکی در اثر تنش در مواد پیزوالکتریک، مناسب برای فشارهای دینامیک)، القایی (تغییر اندوکتانس)، و نوری (تغییر مشخصات نوری). سنسورهای MEMS (سیستم های میکروالکترومکانیکی) امروزه بسیار رایج هستند و دیافراگم سیلیکونی با کرنش سنج های پیزومقاومتی را در خود جای می دهند.
پارامترهای مهم در انتخاب سنسور فشار: محدوده فشار، دقت، تکرارپذیری، هیسترزیس، پایداری دمایی، زمان پاسخ، و سازگاری با سیال. کالیبراسیون سنسور فشار با استفاده از manometer یا dead weight tester انجام می شود. رابطه خروجی معمولا به صورت
\[ V_{out} = S \cdot P + V_0 \]است که S حساسیت و
\[ V_0 \]ولتاژ آفست است.
کاربردهای سنسور فشار بسیار گسترده است: صنعت خودرو (فشار روغن، فشار سوخت، فشار تایر)، پزشکی (فشار خون)، هوافضا (ارتفاع سنج، سرعت سنج هوا)، صنایع نفت و گاز (مانیتورینگ خطوط لوله)، کنترل فرآیندهای شیمیایی، لوازم خانگی (جاروبرقی، ماشین لباسشویی)، هواشناسی (فشارسنج جو) و رباتیک (حسگرهای لامسه). این حسگرها یکی از پرتیراژترین حسگرهای جهان هستند.
رفتار دیافراگم تحت فشار با تئوری صفحات نازک تحلیل می شود. برای دیافراگم دایره ای، رابطه خمش مرکزی با فشار غیرخطی است، اما در محدوده کوچک می توان آن را خطی فرض کرد. پیشرفت در مواد (مانند کاربید سیلیکون برای دماهای بالا) و طراحی های پیشرفته (دیافراگم های دایره ای با توقف گاه اضافه بار) قابلیت اطمینان را افزایش داده است.
