บางครั้งการระบุความดันรวมของของเหลว (หรือ) ก๊าซอาจไม่ใช่เรื่องสำคัญ แต่ทางเลือกอื่นคือต้องระบุความแปรผันระหว่างสองจุดภายในระบบที่สังเกต ดังนั้น ในเงื่อนไขดังกล่าว เซ็นเซอร์ความดันต่างจึงถูกนำมาใช้ เซ็นเซอร์นี้ให้การวัดเปรียบเทียบระหว่างสองจุดก่อนและหลังวาล์วภายในท่อ หากวาล์วเปิดสนิท ความดันทั้งสองด้านจะต้องใกล้เคียงกัน หากมีความแปรผันภายในความดัน แสดงว่าวาล์วไม่ได้เปิดอยู่ (หรือ) มีสิ่งกีดขวาง บทความนี้จะอธิบายเซ็นเซอร์ความดันต่างการทำงาน และการใช้งาน โดยย่อ
เซ็นเซอร์วัดความดันต่างเป็นเซ็นเซอร์ชนิดหนึ่งที่ใช้สำหรับวัดความแปรผันภายในความดันในสองจุด และให้การวัดแบบสัมพันธ์กันระหว่างสองจุดนี้เซ็นเซอร์ วัดความดันเหล่านี้ เป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องความน่าเชื่อถือและคุณภาพ หน้าที่ของเซ็นเซอร์วัดความดันต่างคือเพื่อให้ข้อมูลเกี่ยวกับการเชื่อมต่อระหว่างช่วงความดันสองช่วงภายในก๊าซ ของเหลว และไอน้ำ ข้อมูลเหล่านี้ใช้เพื่อตัดสินความแปรผันของความดันอย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้ เซ็นเซอร์นี้มีการใช้งานมากมายในหลากหลายอุตสาหกรรม รวมถึงการควบคุมและการเพิ่มประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังพบการใช้งานเหล่านี้ในระบบที่สำคัญต่อความปลอดภัย การตรวจสอบตัวกรอง และการวัดระดับภายในภาชนะปิด
เซ็นเซอร์วัดความดันต่าง
เซ็นเซอร์เหล่านี้ได้รับการออกแบบมาโดยเน้นที่ เทคโนโลยี การตรวจจับแบบคาปาซิทีฟ เซ็นเซอร์นี้มีไดอะแฟรมบางๆ เรียงอยู่ระหว่างแผ่นโลหะขนานสองแผ่น เมื่อใดก็ตามที่มีแรงจากภายนอกเข้ามา ไดอะแฟรมจะงอเล็กน้อย ส่งผลให้ความจุเปลี่ยนแปลงไป และส่งผลให้ค่า OP ของเซ็นเซอร์เปลี่ยนแปลงไปด้วย
เซ็นเซอร์วัดความดันต่างทำงานโดยวัดความดันลดลงระหว่างสองจุดภายในท่อ ในจุดหนึ่งในท่อ เซ็นเซอร์จะรายงานสภาพประจุของตัวกรองอนุภาคและตรวจสอบการทำงานของตัวกรอง ในขณะที่อีกจุดหนึ่ง เซ็นเซอร์จะควบคุมการหมุนเวียนก๊าซไอเสียที่มีความดันต่ำ โดยทั่วไป เซ็นเซอร์เหล่านี้จะบรรจุด้วยพอร์ตสองพอร์ตที่สามารถเชื่อมต่อท่อได้ หลังจากนั้น ท่อจะถูกเชื่อมต่อเข้ากับระบบโดยตรงทุกที่ที่ต้องการวัด
วงจรเซ็นเซอร์ความดันต่างที่ใช้เกจวัดความเครียด สอง ตัวแสดงไว้ด้านล่าง วงจรนี้ใช้เกจวัดความเครียดสองตัวที่จับคู่กัน เมื่อใดก็ตามที่ความดันต่างเพิ่มขึ้น เกจวัดความเครียดตัวหนึ่งจะถูกบีบอัด ในขณะที่เกจวัดความเครียดอีกตัวหนึ่งจะถูกยืดออก ในวงจรต่อไปนี้ โวลต์มิเตอร์จะบันทึกความไม่สมดุลของวงจรสะพาน และจะแสดงเป็นการวัดความดัน:
วงจรเซนเซอร์ความดันต่าง
โดยการใช้วงจรนี้เราสามารถกำหนดได้ดังนี้:
ด้านล่างนี้แสดง การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ความดันต่าง MPX7002DP โดยใช้Arduino Uno การเชื่อมต่อนี้ช่วยในการออกแบบอุปกรณ์ทางการแพทย์โอเพนซอร์ส อุปกรณ์ทางการแพทย์นี้ใช้โดยแพทย์และผู้เชี่ยวชาญทางการแพทย์เพื่อรักษาโรคทางเดินหายใจต่างๆ ที่นี่ใช้บอร์ดแยกเซ็นเซอร์ความดันต่างซึ่งใช้เซ็นเซอร์ความดันต่าง MPX7002DP
ส่วนประกอบที่จำเป็นในการสร้างอินเทอร์เฟซนี้ ได้แก่ เซ็นเซอร์วัดความดันต่าง MPX7002DP และบอร์ด Arduino Uno การเชื่อมต่ออินเทอร์เฟซนี้มีดังต่อไปนี้
GND ของเซ็นเซอร์ความดันต่าง MPX7002DP เชื่อมต่อกับพิน GND ของบอร์ด Arduino Uno
พิน +5V ของเซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับ +5V ของ Arduino
พินอนาล็อกของเซ็นเซอร์เชื่อมต่อกับพิน A0 ของ Arduino
เซ็นเซอร์วัดความดันต่าง MPX7002DP เชื่อมต่อกับ Arduino Uno
เมื่อทำการเชื่อมต่อทั้งหมดแล้ว ให้อัปโหลดโค้ดลงในบอร์ด Arduino ซึ่งจะอ่านเซ็นเซอร์แรงดันใน Arduino
// MPX7002DP Test Code
// This code exercises the MPX7002DP
// Pressure sensor connected to A0
int sensorPin = A0; // select the input pin for the Pressure Sensor
int sensorValue = 0; // variable to store the Raw Data value coming from the sensor
float outputValue = 0; // variable to store converted kPa value
void setup() {
//Start serial port at 9600 bps and wait for the port to open:
Serial.begin(9600);
while (!Serial) {
; // wait for the serial port to connect. Needed for native USB port only
}
pinMode(sensorPin, INPUT); // Pressure sensor is on Analogue pin 0
}
void loop() {
// read the value from the sensor:
sensorValue = analogRead(sensorPin);
// map the Raw data to kPa
outputValue = map(sensorValue, 0, 1023, -2000, 2000);
// print the results to the serial monitor:
Serial.print(“sensor = ” );
Serial.print(sensorValue);
Serial.print(“\toutput = “);
Serial.println(outputValue);
// wait 100 milliseconds before the next loop
// for the analog-to-digital converter and
// pressure sensor to settle after the last reading:
delay(100);
}
เอาต์พุตของเซ็นเซอร์วัดแรงดันต่างเชื่อมต่อกับพินแอนะล็อก A0 ดังนั้นข้อมูลจริงจะถูกเก็บไว้เป็นค่าจำนวนเต็มภายในตัวแปร sensorPin
ข้อมูลอนาล็อกที่แปลงแล้วแบบดิบจะถูกเก็บไว้ในตัวแปรจำนวนเต็มที่เรียกว่า sensorValue
ข้อมูลเอาต์พุตที่เปลี่ยนแปลงในหน่วย kPa จะถูกเก็บไว้ในตัวแปร float ที่เรียกว่า outputData
การสื่อสารแบบอนุกรมในฟังก์ชันการตั้งค่าจะถูกเริ่มต้น และตัวแปร sensorPin สามารถระบุเป็นอินพุตได้
ข้อมูลเซ็นเซอร์ในฟังก์ชันลูปจะถูกอ่านจากพินอนาล็อกและแมปไปยังค่า kPa
หลังจากนั้นข้อมูลจะถูกส่งไปยังเทอร์มินัลซีเรียลแล้วจึงสามารถตรวจสอบได้
เพื่อให้ระบบสามารถแก้ไขได้ จะมีการเพิ่มการหน่วงเวลาหนึ่งร้อยมิลลิวินาที
หลังจากนั้นขั้นตอนทั้งหมดจะทำซ้ำไปเรื่อยๆ!
ประเภทของเซนเซอร์วัดความดันต่างที่มักใช้กันทั่วไป ได้แก่ ตัวต้านทาน เพียโซอิเล็กทริก ความจุ MEMS และออปติคัล
ประเภทตัวต้านทาน
เซ็นเซอร์วัดความดันต่างแบบต้านทานใช้การเปลี่ยนแปลงความต้านทานไฟฟ้าภายในเกจวัดความเครียดเพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงของความดัน เซ็นเซอร์จะเชื่อมกับไดอะแฟรมที่ไม่ถูกปิดทับด้วยตัวกลางความดัน เกจวัดความเครียดประกอบด้วยองค์ประกอบต้านทานโลหะบนวัสดุรองที่ยืดหยุ่นได้และเชื่อมต่อกับไดอะแฟรม (หรือ) เคลือบด้วยกระบวนการฟิล์มบางโดยตรง ไดอะแฟรมโลหะให้ความสามารถในการรับแรงดันเกินและแรงดันแตกสูง
เกจวัดความเครียดจะถูกเคลือบบนไดอะแฟรมเซรามิกด้วยขั้นตอนการเคลือบฟิล์มหนา เมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ไดอะแฟรมโลหะ แรงดันแตกและความทนทานต่อแรงดันเกินมักจะต่ำกว่ามาก เซ็นเซอร์เหล่านี้ใช้ประโยชน์จากการเปลี่ยนแปลงภายในความต้านทานของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์เมื่อใดก็ตามที่ได้รับความเครียดเนื่องจากการเบี่ยงเบนของไดอะแฟรม ขนาดของการเปลี่ยนแปลงจะดีกว่าการเปลี่ยนแปลงความต้านทานที่เกิดขึ้นภายในเกจวัดความเครียดโลหะถึงร้อยเท่า ดังนั้น เซ็นเซอร์เหล่านี้จึงวัดการเปลี่ยนแปลงความดันที่น้อยกว่าเซ็นเซอร์เซรามิกหรือโลหะ
ประเภทเพียโซอิเล็กทริก
เซ็นเซอร์วัดความดันต่างประเภทนี้ใช้คุณสมบัติของวัสดุเพียโซอิเล็กทริกเพื่อสร้างประจุเหนือพื้นผิวเมื่อใดก็ตามที่มีการสร้างแรงดัน โดยแรงที่ใช้และขนาดประจุจะแปรผันตามกัน และขั้วจะแสดงเส้นทางของประจุ ประจุจะสะสมและสลายตัวอย่างรวดเร็วเมื่อแรงดันเปลี่ยนแปลง โดยทำให้สามารถวัดแรงดันแบบไดนามิกที่เปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วได้
ประเภทออปติคอล
เซ็นเซอร์วัดความดันต่างประเภทนี้ใช้การรบกวนแบบอินเตอร์เฟอโรมิเตอร์เพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจากความดันภายในเส้นใยแก้วนำแสงซึ่งไม่ถูกรบกวนจากการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า เซ็นเซอร์ชนิดนี้ใช้ในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง (หรือ) ใกล้แหล่งกำเนิดต่างๆ เช่น อุปกรณ์เอกซเรย์ เซ็นเซอร์ชนิดนี้สามารถสร้างขึ้นด้วยส่วนประกอบขนาดเล็ก (หรือ) เทคโนโลยี MEMS ซึ่งปลอดภัยทางการแพทย์สำหรับการใช้ภายนอก เซ็นเซอร์ชนิดนี้จะวัดความดันที่จุดต่างๆ หลายจุดตลอดเส้นใยแก้วนำแสง
เทคโนโลยี MEMS
คำว่าMEMS ในเซ็นเซอร์ MEMS ย่อมาจาก "Micro-Electro-Mechanical System" ซึ่งมีกลไกตรวจจับแรงดันแบบคาปาซิทีฟหรือเพียโซที่ผลิตขึ้นบนซิลิกอนด้วยความละเอียดระดับไมครอน เอาต์พุตไฟฟ้าของ MEMS ขนาดเล็กสามารถแปลงเป็นสัญญาณอนาล็อก (หรือ) ดิจิทัลได้ด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ปรับสภาพสัญญาณแบบ Co-packaged อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ขนาดเล็กที่ติดตั้งบนพื้นผิว โดยทั่วไปมีขนาดประมาณ 2 ถึง 3 มม. สำหรับแต่ละด้าน
โปรดดูขั้นตอน การ ผลิตMEMS จากลิงก์นี้
สามารถทดสอบเซ็นเซอร์วัดแรงดันต่างได้ด้วยมัลติมิเตอร์โดยตั้งค่าเป็น 20V และมาตรวัดแรงดัน ขั้นตอนการทดสอบแบบทีละขั้นตอนจะอธิบายด้านล่าง
อาการที่ไม่ดีของเซนเซอร์แรงดันที่แตกต่างกัน ได้แก่ การปนเปื้อน อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เสียหายจากความร้อนเครื่องยนต์ที่รุนแรง และการอุดตันและการบาดเจ็บจากการสั่นสะเทือนจากการใช้งานภายในส่วนเครื่องยนต์เป็นเวลานาน
ด้านล่างนี้จะกล่าวถึงการใช้งานเซ็นเซอร์วัดแรงดันที่แตกต่างกัน
นี่คือภาพรวมของเซ็นเซอร์วัดความดันต่าง การทำงานและการใช้งาน เซ็นเซอร์นี้เป็นส่วนประกอบสำคัญในแอปพลิเคชันต่างๆ ในอุตสาหกรรมต่างๆ เซ็นเซอร์นี้สามารถวัดการเปลี่ยนแปลงความดันได้อย่างแม่นยำสูง ซึ่งช่วยให้กระบวนการต่างๆ ของระบบต่างๆ ปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ
อุปกรณ์วัดนั้นต้องสัมผัสกับความร้อน สารเคมี หรือความเค้นทางกลที่หลากหลาย ทำให้ค่าที่วัดได้นั้นเปลี่ยนแปลงไปและสูญเสียความแม่นยำไปเมื่อเวลาผ่านไป ตัวอย่างเช่น ฮิสเทอรีซิสหรือค่าออฟเซ็ตเป็นศูนย์อาจนำไปสู่ความเสี่ยงด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพของกระบวนการลดลง ดังนั้นการสอบเทียบบ่อยครั้งจึงไม่สามารถหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้ แม้ว่าจะตรวจพบการเปลี่ยนแปลงได้ทันเวลาก็ตาม ดังนั้น จึงขอแนะนำให้ทำการสอบเทียบอุปกรณ์วัดแรงดันไฟฟ้าและเครื่องกลปีละครั้ง