فهرست
مقدمه. 4
پیزوالکتریک. 4
سنسور فشار 5
کاربرد سنسور فشار 5
به طور کلی می توان کاربرد سنسور فشار را به چند دسته تقسیم کرد. 6
تکنولوژی های اندازه گیری سنسورهای فشار 6
کپسول (Capsule)– دیافراگم (Diaphragm) 7
سنسورهای فشار از نظر نوع فشار اندازه گیری. 7
سنسورهای فشار مطلق. 7
سنسورهای فشار گیج. 8
سنسورهای فشار خلا. 8
سنسورهای فشار تفاضلی. 8
سنسورهای فشار مهرشده(sealed) 8
سنسورهای فشار از نظر تکنولوژی ساخت. 8
ترانسدیوسر خازنی فشار 9
ترانسدیوسر پتانسیومتری فشار 9
پیزوالکتریک. 9
سازندگان این نوع سنسور 9
تکنولوژی های حس کردن سنسور فشار 10
فشار سنج چیست؟. 11
سنسور فشار 12
انواع اندازه گیری فشار 13
سنسور فشار مطلق. 13
سنسور فشار گیج Gauge. 13
سنسور فشار خلا. 13
نسور فشار تفاضلی. 14
سنسور فشار مهرشده(sealed) 14
تکنولوژی حس کردن فشار 14
خازنی. 15
الکترومغناطیسی. 15
پیزو الکتریک. 15
پتانسیومتری. 16
رزونانس. 16
دما 17
یونیزاسیون. 17
اندازه گیری ارتفاع از سطح دریا 17
اندازه گیری ارتفاع / عمق. 18
حسگرهای پیزو الکتریک. 19
پیزوالکتریک چیست؟. 19
ساختار 23
مناسب سازی سیگنال. 30
وسايل اندازه گيري فشار 32
انواع وسايل اندازه‌گيري فشار عبارتند از : 32
فشار سنجهاي هيدرواستاتيکي : 32
فشار سنجهاي پيستوني: 33
فشار سنجهاي ستون مايع : 33
فشار سنجهاي آنرويدي( فشار سنجهاي مكانيكي): 35
فشارسنجهاي بوردون. 36
فشارسنجهاي ديافراگمي. 38
فشار سنج الكترونيكي : 39
فشار سنج هدايت حرارتي. 41
1-1- فشارسنج يونيزاسيون. 42
سنسورهای فشار پیزو مقاومتی. 48
روش بکارگیری. 49
سنسورهای فشار خازنی. 50
اصول سنسور فشار جدید. 52
منابع. 54
مقدمه
پیزوالکتریک :
در پیزوالکتریک تغییرات فشار باعث تولید ولتاژ می شود. در حقیقت ضربات وارد شده باعث تولید ولتاژ می شود نمک راشل که در میکروفن های قدیمی استفاده می گردید خاصیت پیزوالکتریک دارد. کوارتس رایج ترین پیزوالکتریک می باشد . سنسورهای پیزوالکتریک بخاطر دقت بالا کاربردهای فراوانی دارند . ویژگی های عمده این سنسورها سختی، سایز کوچک ،سرعت بالا و عدم نیاز به منبع تغذیه هستند با استفاده از سنسورهای پیزوالکتریک می توان سرعت و تغییرات شتاب را نیز اندازه گیری نمود .حسگرهای پيزوالكتريك بر پايه اصل پيزوالكتريسيته استوار هستند. به اين معنا كه اگر يك ماده به عنوان مثال يك سراميك، پيزوالكتريك باشد، وقتي تحت تاثير فشار قرار مي ‌گيرد در سطح آن بار الكتريكي توليد مي‌‌شود يا وقتي در ميدان الكتريكي قرار مي‌‌گيرد تغيير شكل مكانيكي مي ‌يابد. ميزان بار الكتريكي يا تغيير شكل مكانيكي به تركيب ماده بستگي دارد. در ساختمان اين سراميك ‌ها موادي نظير: اكسيد سرب، تيتانيا، زيركونيا و غيره وجود دارند كه بسته به نوع كاربرد اين مواد با نسبت ‌هاي مختلف با هم مخلوط مي ‌شوند. با تغيير تركيب و ابعاد قطعات مي ‌توان پيزوسراميك ‌ها را براي كاربردهاي مختلف طراحي كرد، از جمله شتاب سنج ها، مبدل هاي كوچك، حس گرهاي خودرو، سنسورهاي جريان سيالات و در بخش پزشكي در مبدل تصويرگرهاي تشخيصي و مانيتورهاي قلب جنين ‌، تفنگ ‌هاي ليزري، چاقوهاي كوچك جراحي و كالبدشكافي، پاك كننده‌هاي دنداني، پمپ ‌هاي IV ‌،پمپ هاي قلب و مبدل ‌هاي كوچك در مجاري خون در جهت ثبت تغييرات متناوب ضربان قلب ‌امروزه تحقيقات بزرگ و پيشرفت هاي عظيم بر پايه محاسبات جزيي و دقيق مهندسي بنا شده است. پايه اين محاسبات ، اندازه گيري هاي دقيقي است كه مي بايست انجام شود.
در دنـيـــاي امـــروز ايـــن انــدزه گـيــري هــا بــه روش‌هــاي مــدرن و بــا دستگـاه هـاي پيشـرفتـه مهندسي انجام مي گیرد. اندازه گيري در حقيقت بـه مـعـنـاي پروسه مشخص كردن يا پيدا كردن انــدازه، زاويـه يـا در كـل كـمـيـت اسـت. وسـايـل انــدازه‌گـيـري وسـايلـي هستنـد كـه كميـت هـاي اندازه‌گيري را به اطلاعات آنالوگ يا ديجيتال تبديل مي كنند. يكي از اين وسايل اندازه گيري سنسورهاي پيزوالكتريك هستند كه براي سنس كـردن تـغـيـيـرات بـسـيـار جـزئـي به كار مي‌آيند. پيزوالكتريسيته توسط پيروژاك كوري در سال 1892 كشف شد و از واژه يوناني Piezin به معني "فشار" مشتق مي شود. اعمال فشار به برخي كريستال ها مانند كوارتز يا برخي سراميك ها ، الكتريسيته توليد مي كند. فشار يا تنش مكانيكي وارد شده به برخي كريستال ها باعث جابه جايي دو قطبي هاي ايجاد شده و پديد آمدن ميدان الكتريكي مي شود. آرايش يون هاي مثبت و منفي، تعيين كننده ايجاد يا عدم ايجاد اثر پيزوالكتريسيته است. اين سنسورها كاربردهاي گسترده اي از صنعت خودرو سازي تا اندازه گيري فشار خون در رگ ها در جهت ثبت تغييرات متناوب ضربان قلب دارندساختار:همانطور كه گفته شد سنسورهاي پيزوالكتريك بر پايه اصل پيزوالكتريسيته استوار هستند. به اين معنا كه اگر يك ماده به عنوان مثال يك سراميك، پيزوالكتريك باشد، وقتي تحت تاثير فشار قرار مي گيرد در سطح آن بار الكتريكي توليد مي شود؛ يا وقتي در ميدان الكتريكي قرار مي‌گيرد تغيير شكل مكانيكي مي يابد. اين جابجايي بارهاي الكتريكي را در شبكه اتمي يك كريستال پيزوالكتريك طبيعي، در پاسخ گويي به فشار را مي توان در شكل 1 مشاهده مي شود. دايره هاي بزرگ نشان دهنده اتم هاي سيليكون هستند.
در حالي‌كه دايره هاي كوچك، نشان دهنده اتم هاي اكسيژن هستند. كوارتز كريستالي ، هم نـوع كريستال طبيعي يا كيفيت بالا و هم نوع تغيير يافته آن، از جمله مهمترين مواد پيزو‌الكتريك مورد دسترس، حساس و پايدار هستند.
عـلاوه بـر كـريستـال هاي كوارتز مي توان، PCB هاي طراحي شده با به كارگيري تكنولوژي انساني، پلي كريستال ها و پيزو سراميك ها را نام برد. اين مواد با كاربرد ميدان الكتريكي گسترده اي، تحت فشار قرار گرفته اند، تا تبديل به مواد پيزوالكتريك شوند، يــك خــروجــي high-voltage قــوي را تــوليـد مـي كنـد. ايـن ويـژگـي بـراي استفـاده در سيستم‌هاي اندازه گيري كم نويز، يك ويژگي بسيار ايده آل است.
با ارزش سختي يكسان نسبت به Psi 6E15 كه مشابه بسياري از فلزات است، مواد پيزوالكتريك خروجي هاي بالا را به وسيله كرنش هاي كوچك كاهش مي دهند. به عبارت ديگر، مواد پيزوالكتريك موادي را سنجش مي كنند كه ضرورتا شكست و انكسار نداشته باشند و اغلب به حالت جامد باشند. اين به اين دليل است كه سنسورهاي پيزوالكتريك بسيار قوي هستند و اين ويژگي عالي، يك رابطه خطي با ميدان گسترده نوسان دارد. در حقيقت، وقتي سيگنال مناسب طراحي شده به طور صحيح به هم بپيـونـدنـد، سنسـورهـاي پيـزوالكتـريـك داراي يـك محـدوده نـوسـان پـويـا (براي مثال، محدوده اندازه گيري نسبت به نويز) دارند. نكته مهم نهايي درباره مواد پيزوالكتريك اين است كه آن ها تنها مي توانند اتفاقات پويا و در حال تغيير را اندازه بگيرند.سنسورهاي پيزوالكتريك قادر به اندازه گيري حوادث استاتيك پيوسته مانند: سيستم داخلي هدايت موشك، فشار هوا و اندازه گيري وزن نيستند، در حالي‌كه حوادث استاتيك دليل اوليه خروجي هستند؛ اين سيگنال به آهستگي ضعيف شده، بر اساس مواد پيزوالكتريك يا متعلق به الكترونيك زمان ثابت است. اين بار ثابت مطابق با مرتبه اول ***** بالاگذر است و براساس خازن و مقاومت دستگاه است. اين ***** بالا گذر در نهايت تعيين كننده
يك سنسور هم كميت فيزيكي معين را كه بايد اندازه‌گيري شود به شكل يك كميت الكتريكي تبديل مي‌كند، كه مي‌تواند پردازش شود يا به صورت الكترونيكي انتقال داده شود. مثلاً يك سنسور رنگ مي‌تواند تغيير در شدت نور را به يك پروسه تبديل نوري الكتروني به صورت يك سيگنال الكتريكي تبديل كند. بنابراين سنسور را مي‌توان به عنوان يك زير گروه از تفكيك كننده‌ها كه وظيفه‌ي آن گرفتن علائم ونشانه‌ها از محيط فيزيكي و فرستادن آن به واحد پردازش به صورت علائم الكتريكي است تعريف كرد. البته سنسوري مبدلي نيز ساخته شده‌اند كه خود به صورت IC مي‌باشند و به عنوان مثال (سنسورهاي پيزوالكترونيكي، سنسورهاي نوري).
وقتي ما از سنسوري مجتمع صحبت مي‌كنيم منظور اين است كه تكيه پروسه آماده‌سازي شامل تقويت كردن سيگنال، فيلترسازي، تبديل آنالوگ به ديجيتال و مدارات تصحيح‌ مي‌باشند، در غير اين صورت سنسوري كه تنها سيگنال توليد مي‌كند به نا سيستم موسوم هستند.
امروزه بحث سنسور به اهميت مفاهيمي از قبيل ميكروپرسسور (پردارزش گر)، انواع مختلف حافظه وساير عناصر الكترونيكي رسيده است، با اين وجود سنسور هنوز هم فاقد يك تعريف دقيق است همچنانكه كلمات الكترونيكي از قبيل پروب، بعدسنج، پيك آپ يا ترنسديوسر هنوز هم معاني لغوي ندارند. جدا از اين‌ها كلمه سنسور خود ريشه بعضي كلمات هم خانواده نظير المان سنسور، سيستم سنسور، سنسور باهوش و تكنولوژي سنسور شده است كلمه سنسور يك عبارت تخصصي است كه از كلمه لاتين Sensorium، به معني توانايي حس كرد، يا Sensus به معني حس برگرفته شده است. پيش از آن كه بحث را ادامه دهيم لازم است عبارت سنسور را در صنعت الكترونيك تعريف كنيم:
در نوع پيشرفته به نام سنسور هوشمند يك واحد پردازش به سنسور اضافه شده است تا خورجي آن عاري از خطا باشد منطقي‌تر شود. واحد پردازش سنسور كه به صورت يك مدار مجتمع عرضه مي‌شود اسمارت (Smart) ناميده مي‌شود. يك سنسور بايد خواص عمومي زير را داشته باشد تا بتوان در سيستم به كار برد كه عبارتند از:
حساسيت كافي، درجه بالاي دقت و قابليت توليد دوباره خوب، درجه بالاي خطي بودن، عدم حساسيت به تداخل و تاثيرات محيطي، درجه بالاي پايداري و قابليت اطمينان، عمر بالاي محصول و جايگزيني بدون مشكل.
امروزه با پيشرفت صنعت الكترونيك سنسوري مينياتوري ساخته مي‌شود كه از جمله مشخصه‌ي آن مي‌توان به موارد زير اشاره كرد:
سيگنال خروجي بدون نويز، سيگنال خروجي سازگار با باس، احتياج به توان پايين.

---

برچسب ها: tahghigh-Anvae-sensorhaye-fesharsanj-piezoelectric-va-karbord-anha-dar-sanat