Wielu użytkowników staje przed wyborem pomiędzy czujnikami ciśnienia bezwzględnego, nadciśnienia i różnicy ciśnień. W tym artykule wyjaśniono zasady, różnice i praktyczne zastosowania tych trzech typów, pomagając w dokonaniu bardziej świadomego wyboru.
Jak pokazano na rysunku (od lewej do prawej: schemat chipów czujnika ciśnienia bezwzględnego, względnego i różnicowego), czujnik ciśnienia bezwzględnego ma uszczelnione próżniowo wnętrze. Kiedy na jego powierzchnię zostanie przyłożony nacisk, faktycznie mierzy on ciśnienie w odniesieniu do doskonałej próżni i podaje wartość ciśnienia bezwzględnego. Czujnik ciśnienia względnego jest wewnętrznie uszczelniony ciśnieniem atmosferycznym; po przyłożeniu ciśnienia mierzy ciśnienie w stosunku do lokalnego ciśnienia atmosferycznego. Czujnik różnicy ciśnień ma dwa porty dla ciśnienia 1 i ciśnienia 2 i podaje różnicę pomiędzy tymi dwiema wartościami ciśnienia.
Zastosowania czujników ciśnienia bezwzględnego: Pomiar „próżni bezwzględnej”
Czujnik ciśnienia bezwzględnego mierzy ciśnienie w odniesieniu do doskonałej próżni (punkt odniesienia ciśnienia zerowego). Wyobraź sobie wspinaczkę na wysoką górę – spada ciśnienie atmosferyczne; odwrotnie, nurkując głęboko w morzu – ciśnienie gwałtownie wzrasta. Czujnik ciśnienia absolutnego mierzy tę „absolutną” wartość ciśnienia. Jego punktem odniesienia jest stan próżni, w którym teoretycznie istnieje materia, co pozwala mu podać wartość ciśnienia bezwzględnego, która nie zmienia się wraz z otoczeniem.
Na stacjach meteorologicznych czujniki ciśnienia bezwzględnego monitorują przez całą dobę subtelne zmiany ciśnienia atmosferycznego, dostarczając krytycznych danych do prognozowania pogody. W lotnictwie pomagają określić wysokość samolotu, ponieważ wysokość ma bezpośredni związek z ciśnieniem atmosferycznym. W procesach przemysłowych, takich jak powlekanie próżniowe i produkcja półprzewodników, precyzyjna kontrola poziomu próżni jest nierozerwalnie związana z bardzo dokładnymi czujnikami ciśnienia bezwzględnego.
Zastosowania czujników ciśnienia względnego: Postrzeganie „różnicy ciśnienia względnego”
W przeciwieństwie do czujników ciśnienia bezwzględnego, czujniki ciśnienia względnego mierzą ciśnienie w odniesieniu do lokalnego ciśnienia atmosferycznego. Innymi słowy, ich punktem odniesienia jest ciśnienie atmosferyczne otoczenia w miejscu, w którym znajduje się czujnik. Podczas sprawdzania ciśnienia w oponach za pomocą manometru wyświetlana wartość jest różnicą pomiędzy wewnętrznym ciśnieniem w oponach a zewnętrznym ciśnieniem atmosferycznym – jest to typowe zastosowanie pomiaru ciśnienia manometrycznego.
Czujniki takie mają zazwyczaj otwór odpowietrzający wystawiony na działanie atmosfery otoczenia, co pozwala im automatycznie niwelować wpływ zmian ciśnienia atmosferycznego. Z tego powodu czujniki ciśnienia manometrycznego są szeroko stosowane w automatyce przemysłowej: od monitorowania ciśnienia cieczy w rurociągach i zarządzaniu systemem sprężonego powietrza po kontrolę ciśnienia w kotle, a także w urządzeniach medycznych, takich jak wentylatory i ciśnieniomierze (większość ciśnieniomierzy domowych faktycznie mierzy ciśnienie manometryczne). Informują nas, czy w systemie panuje „dodatnie ciśnienie” czy „podciśnienie” w stosunku do otaczającego środowiska i dokładnie o ile.
Czujniki różnicy ciśnień: rejestrowanie „subtelnych różnic”
Czujnik różnicy ciśnień jest jeszcze bardziej wyrafinowany. W szczególności mierzy różnicę między dwoma punktami ciśnienia, niezależnie od wartości bezwzględnych tych ciśnień. Pomyśl o tym jak o sędziemu, który skupia się wyłącznie na względnej różnicy między dwoma zawodnikami.
Ten typ czujnika ma dwa porty ciśnieniowe, każdy podłączony do jednego z dwóch porównywanych źródeł ciśnienia. Scenariusze jego zastosowania są bardzo sprytne: w produkcji chemicznej czujniki różnicy ciśnień mierzą różnicę ciśnień między dwoma punktami rurociągu w celu obliczenia natężenia przepływu. W pomieszczeniach czystych monitorują różnicę ciśnień pomiędzy wnętrzem i na zewnątrz, aby zapewnić, że kierunek przepływu powietrza spełnia wymagania czystości. W branży motoryzacyjnej wykorzystuje się je nie tylko do monitorowania powietrza dolotowego do silnika, ale także do funkcji środowiskowych, takich jak wykrywanie wycieków oparów paliwa. Warto zauważyć, że wiele czujników ciśnienia manometrycznego to w rzeczywistości specjalne przypadki czujników różnicy ciśnień – jeden port ciśnieniowy jest wystawiony na działanie atmosfery, w szczególności mierząc różnicę między ciśnieniem w systemie a ciśnieniem atmosferycznym.
Wniosek
Od wielkoskalowych systemów przemysłowych po mikrourządzenia medyczne, od pojazdów naziemnych po samoloty, czujniki ciśnienia bezwzględnego, względnego i różnicy ciśnienia działają jak cisi strażnicy nowoczesnej technologii, stale monitorując subtelne zmiany ciśnienia. Być może nie rzucają się w oczy, ale stanowią kluczową część warstwy czujnikowej Internetu rzeczy, przekształcając sygnały ciśnienia fizycznego w precyzyjne dane cyfrowe.
Wraz z rozwojem technologii MEMS czujniki ciśnienia stają się coraz mniejsze, inteligentniejsze i tańsze, a granice ich zastosowań stale się poszerzają. Następnym razem, gdy będziesz sprawdzać prognozę pogody, mierzyć ciśnienie krwi lub prowadzić samochód, możesz przypomnieć sobie, że te genialne „zmysły ciśnienia” po cichu chronią nasze bezpieczeństwo i wygodę, kształtując świat, który jest bardziej poznawalny, łatwiejszy do kontrolowania i optymalizacji.
