فهم مبدأ وخصائص وأنواع تطبيقات المستشعر المقاوم للضغط

مستشعر المقاومة الانضغاطية هو جهاز مصنوع من مقاومة الانتشار على ركيزة مادة أشباه الموصلات وفقًا لتأثير المقاومة الانضغاطية لمادة أشباه الموصلات. يمكن استخدام الركيزة مباشرة كعنصر استشعار قياس، ويتم توصيل مقاومة الانتشار بجسر داخل الركيزة.

نوع مقاومة الضغطمبدأ المستشعر

 يشير مستشعر المقاومة الكهروضغطية إلى المستشعر المصنوع من مادة السيليكون أحادية البلورة وتكنولوجيا الدوائر المتكاملة ذات التأثير المقاوم للضغط. بعد قوة مادة السيليكون أحادية البلورة، تتغير المقاومة، ويمكن الحصول على الكهرباء المتناسبة مع تغير القوة عن طريق قياس الدائرةإشارةتُستخدم أجهزة الاستشعار المقاومة للضغط لقياس والتحكم في الضغط والتوتر وفرق الضغط والكميات الفيزيائية الأخرى التي يمكن تحويلها إلى تغييرات في القوة (مثل مستوى السائل والتسارع والوزن والإجهاد والتدفق والفراغ).

مستشعر مقاومة الضغط هو جهاز مصنوع من مقاومة الانتشار على ركيزة مادة أشباه الموصلات وفقًا لتأثير مقاومة الضغط لمادة أشباه الموصلات. يمكن استخدام الركيزة مباشرة كعنصر استشعار للقياس، ويتم توصيل مقاومة الانتشار بجسر داخل الركيزة. عندما تتشوه الركيزة بواسطة القوة الخارجية، ستتغير قيمة المقاومة، وسينتج الجسر الناتج غير المتوازن المقابل. الركيزة (أو الحجاب الحاجز) المستخدمة كمستشعر مقاومة الضغط هي في الأساس رقاقة السيليكون ورقائق الجرمانيوم. يتم إيلاء المزيد والمزيد من الاهتمام لمستشعر مقاومة الضغط السيليكوني المصنوع من رقاقة السيليكون كمادة حساسة، وخاصة مستشعر مقاومة الضغط الصلب الذي يقيس الضغط والسرعة وهو التطبيق الأكثر شيوعًا.

تطبيق أجهزة الاستشعار المقاومة للضغط

 تُستخدم أجهزة الاستشعار المقاومة للضغط على نطاق واسع في صناعات الفضاء والطيران والملاحة وصناعة البتروكيماويات وآلات الطاقة والهندسة الطبية الحيوية والأرصاد الجوية والجيولوجيا وقياس الزلازل وغيرها من المجالات. يُعد الضغط معلمة بالغة الأهمية في صناعات الفضاء والطيران، ويتطلب دقة عالية لقياس كل من الضغط الساكن والديناميكي والضغط المحلي وحقل الضغط بالكامل. يُعد مستشعر المقاومة للضغط هو المستشعر المثالي لهذا الجانب. على سبيل المثال، لقياس توزيع ضغط تدفق الهواء لجناح المروحية، واختبار التشوه الديناميكي لمدخل المحرك، والضغط النابض للشبكة واهتزاز الجناح. في قياس الضغط المركزي لمحرك الطائرة النفاثة، يتم استخدام السيليكون المصمم خصيصًاالتقاط الضغطتبلغ درجة حرارة تشغيله أكثر من 500 درجة مئوية. يتم استخدام مستشعر ضغط السيليكون المطابق بدقة تصل إلى 0.05% في نظام قياس البيانات الجوية لشركة بوينج. في اختبار نموذج نفق الرياح المخفض، يمكن تثبيت مستشعر مقاومة الضغط بكثافة عند مدخل نفق الرياح وفي نموذج قناة سحب المحرك.

يبلغ قطر المستشعر الفردي 2.36 مم فقط، والتردد الطبيعي يصل إلى 300 كيلو هرتز، واللاخطية والهستيريسيس كلاهما ± 0.22% من النطاق الكامل. في الجوانب الطبية الحيوية، يعد مستشعر مقاومة الضغط أيضًا أداة كشف مثالية. مستشعر ضغط بيزوستاتي من نوع إبرة الحقن مع فيلم سيليكون منتشر بسمك 10 ميكرون وقطر خارجي 0.5 مم فقط وأجهزة استشعار تقيس الضغط في المناطق القلبية الوعائية والجمجمة والبول والرحم والعين. الشكل 3 هو مخطط هيكلي لمستشعر يستخدم لقياس الضغط الدماغي. يستخدم مستشعر مقاومة الضغط أيضًا بشكل فعال في قياس ضغط الانفجار وموجة الصدمة وقياس الفراغ ومراقبة أداء محرك السيارة، مثل قياس الضغط في حجرة البندقية وإطلاق موجة الصدمة والأسلحة الأخرى. بالإضافة إلى ذلك، تُستخدم أجهزة استشعار المقاومة الضغطية على نطاق واسع في قياس ضغط آبار النفط، والكشف عن اتجاه الحفر وموقع الكابلات المختومة تحت الأرض، فضلاً عن قياس مستوى التدفق والسوائل. ومع المزيد من تطوير تكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة والكمبيوتر، سيتطور تطبيق أجهزة استشعار المقاومة الضغطية بسرعة.

 ما هي السمات النموذجية لأجهزة الاستشعار المقاومة للضغط؟

① معامل حساسية مستشعر المقاومة الكهربية أكبر بمقدار 50-100 مرة من معامل حساسية مستشعر الضغط المعدني. في بعض الأحيان، يمكن قياس خرج مستشعر المقاومة الكهربية مباشرة دون استخدام مكبر للصوت.

② لأنه يستخدم عملية معالجة الدائرة المتكاملة، وبالتالي فإن حجم الهيكل صغير وخفيف الوزن.

③ دقة الضغط العالية، يمكنها اكتشاف ضغط صغير مثل ضغط الدم.

④ استجابة التردد جيدة، ويمكنها قياس ضغط النبضة لعدة عشرات من كيلوهرتز.

⑤ نظرًا لأن عنصر استشعار القوة وعنصر الكشف في المستشعر مصنوعان على نفس رقاقة السيليكون، فهو يعمل بشكل موثوق، مع دقة شاملة عالية، وله عمر خدمة طويل.

⑥ بسبب استخدام مادة أشباه الموصلات في إنتاج السيليكون، يكون المستشعر أكثر حساسية لدرجة الحرارة، وإذا لم يتم استخدام تعويض درجة الحرارة، يكون خطأ درجة الحرارة كبيرًا.

 لماذا ينتج عن مستشعر المقاومة الانضغاطية خطأ في درجة الحرارة؟ وكيف يتم التعويض؟

 هناك نوعان من مستشعرات الضغط الانضغاطي: الأول هو مقياس الانفعال اللاصق المصنوع من مقاومة جسم مادة أشباه الموصلات لتشكيل مقاومة الانتشار المصنوعة على ركيزة مادة أشباه الموصلات، والتي تسمى مستشعرات الضغط الانضغاطي الانتشارية.

 يتأثر مستشعر المقاومة الضغطية بدرجة كبيرة بدرجة الحرارة، مما يؤدي إلى انجراف البت الصفري وانحراف الحساسية، مما يؤدي إلى خطأ في درجة الحرارة.

 في المستشعر المقاوم للضغط، يكون معامل درجة حرارة مقاومة الانتشار كبيرًا، وتتغير قيمة المقاومة مع تغير درجة الحرارة، مما يتسبب في انحراف المستشعر إلى الصفر.

 يرجع انحراف درجة الحرارة لحساسية المستشعر إلى معامل مقاومة الضغط مع درجة الحرارة. فعندما ترتفع درجة الحرارة، يصبح معامل مقاومة الضغط أصغر، وتقل حساسية المستشعر؛ وإلا، تزداد الحساسية.

 يمكن تعويض انجراف درجة الحرارة الصفرية عن طريق المقاومة المتسلسلة والمتوازية.

 يتم تعويض انحراف درجة الحرارة الحساسة عن طريق استخدام الثنائيات المتسلسلة في دائرة الطاقة للجسر.

 بالإضافة إلى ذلك، يمكن لمستشعر المقاومة الضغطية أيضًا توصيل مقاومات الانتشار الأربعة بالجسر بأكمله، من أجل تقليل تأثير درجة الحرارة، ويمكن استخدام مصدر طاقة التيار المستمر.

 يمكن ملاحظة أن خرج الجسر يتناسب مع تغير المقاومة، أي أنه يتناسب مع القياس ويتناسب أيضًا مع تيار مصدر الطاقة. يرتبط جهد الخرج بحجم ودقة تيار مصدر التيار المستمر، ولكن لا علاقة له بدرجة الحرارة، وبالتالي فإن مصدر التيار المستمر له تأثير تعويض جيد لدرجة الحرارة.

إخلاء المسؤولية: تم إعادة إنتاج هذه المقالة بغرض نقل المزيد من المعلومات. إذا كان هناك أي خطأ في تسمية المصدر أو انتهاك لحقوقك ومصالحك المشروعة، فيرجى الاتصال بنا، وسنقوم بتصحيحه وحذفه في الوقت المناسب، شكرًا لك.