انواع تکنولوژی های ساخت سنسورها در صنعت

انواع تکنولوژی های ساخت سنسورها در صنعت

برای ساخت سنسورها روش های زیادی وجود دارد در ادامه به بررسی انواع تکنولوژی های ساخت سنسورها در صنعت می پردازیم.

سه سنسور متداول در صنعت عبارتند از

• سنسورهای نازک فلزی
• سنسورهای ضخیم سرامیکی
• سنسور پیزو الکتریک

که دو سنسور اول بیشترین کاربرد را در تجهیزات معمول اندازه گیری فشار دارند.

        مقاومت پیزو               سنسور سرامیک              سنسور نازک فلزی   

سنسور نازک فلزی

بدنه اصلی و دیافراگم این سنسور از یک سنسور نازک فلزی است که عموما استینلس استیل می باشد.

تولید این سنسورها با ضحامت مورد نظر و به صورت اتوماتیک و با دقت بالا انجام می شود.

سمت دیافراگم این سنسور با قسمت وسط، لایه های عایق، استرین گیج ها در تماس نیست.

مقاومت جبران کننده و مسیرهای هدایت با استفاده از فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی تشکیل شده اند.

فرآیند ساخت این سنسور در شرایطی کاملا بهداشتی و در کارخانه های خاص در محیط هایی با فشار خلا یا فشارهای اتمسفری خاص انجام میشود.

مقاومت و مسیرهای هدایت کنند در این سنسور به طور قابل توجهی کمتر از یک میکرومتر است. به همین دلیل این سنسورها را به عنوان سنسور نازک مقاومتی میشناسند.

این سنسور به دلیل استفاده از فلز عمر بالایی دارد.

به علاوه، در برابر شوک و لرزش به صورت یک عنصر فشار پویا عمل می کند.

با توجه به اینکه مواد استفاده شده در این سنسور قابل جوش هستند؛ سنسور را می توان بدون هیچ نیازی به ترکیباتی دیگر بر روی نقطه مورد نظر جوش داد.

به دلیل استفاده  از مواد انعطاف پذیر سنسور بیشتر مناسب رنج فشارهای پایین است.

سنسورهای سرامیکی

بدنه اصلی و دیافراگم این سنسورها از متریال سرامیک ساخته شده است.

آلومینیوم اکسید Al2O3 به صورت گسترده به منظور افزایش ثبات و قابلیت پردازش به این سنسور اضافه شده است.

چهار استرین گیج به صورت یک نوار نازک در سمت دیافراگم قرار داده شده است که هیچ گونه تماسی با قسمت میانی سنسور ندارند.

با توجه به اینکه در ساخت این سنسورها هیچ گونه ناخالصی نباید وجود داشته باشد، فرآیند ساخت این سنسورها در اتاق های بهداشتی انجام می شود.

سرامیک های استفاده شده در این سنسورها در برابر خوردگی بسیار مقاوم هستند. با این حال، نصب این سنسورها بر روی وسیله های اندازه گیری فشاری که نیاز به آب بندی های اضافی دارند انتخاب مناسبی نیستند.

همچنین، سرامیک شکننده است و برای فشارهای بالا انتخاب مناسبی نمی باشد و کاربرد کمتری از سنسور قبلی دارد.

سنسور پیزو-مقاومتی

این سنسور ساختار بسیار پیچیده تری از سنسورهای توصیف شده در قسمت های قبل دارد.

عنصر حسگر این سنسور از یک چیپ سیلیکون‌ ساخته‌ شده‌ است.

تراشه که ساختار مقاومتی دارد، تحت فشار قرار می گیرد.تراشه شامل سطحی میشود که مساحت آن تنها یک میلی متر مربع است. بنابراین سطح آن بسیار کوچکتر از دیافراگم سنسور فلزی یا سرامیکی است.

تراشه پیزو حساسیت بسیار بالایی نسبت به اثرات زیست محیطی دارد و باید بدون هیچ گونه فضای خالی تولید شود.

بنابراین سنسور در یک بدنه استینلس استیل که به صورت خیلی نازک‌‌ ساخته‌‌ شده‌‌ است‌ پوشیده‌ می شود و دیافراگم سنسور نیز از جنس استینلس استیل است.

فضای خالی بین تراشه ودیافراگم با استفاده از یک مایع انتقال دهنده پر میشود. که معمولا یک روغن ترکیبی است.

در این سنسور فشار وارد‌ شده‌ تنها به قسمت دیافراگم استینلس استیل وارد می شود. سپس فشار وارد‌ شده‌ به روغن و از آنجا منتقل می شود.

یک سری عموما برای نصب و اتصال الکتریکی بر روی سنسور قرار‌ داده‌ میشود. این سری عموما شامل شیشه-فلز برای اتصال الکتریکی بین داخل با خارج سنسور است و میتواند بر روی سنسور جوش‌ داده‌ شود.

نصب سری بر روی سنسور پیزو

یک لوله تهویه در قسمت مرکزی سری قرار دارد که در زمان هایی که محفظه عقبی سنسور‌ تخلیه‌ و لوله تهویه‌‌ بسته‌‌ شده باشد می‌توان از این سنسور برای اندازه‌گیری فشار مطلق استفاده کرد.

زمانی که از این سنسور برای گیج های فشار استفاده می کنیم، لوله تهویه باز می ماند و با توجه به دریچه آخر دیافراگم، فشار نسبت به فشار محلی یا اتمسفر اندازه

گیری می شود.

لوله تهویه باید به دقت در برابر آلودگی محیطی به ویژه رطوبت محافظت شود، زیرا با توجه به حساسیت بالای سنسور حتی امکان غیرفعال شدن آن وجود دارد.

مقایسه سنسورها

با توجه به جدولی که در پایین مشاهده می کنید، هیچ سنسور ایده آلی وجود ندارد و هر کدام از سنسورها مزایا و معایب خاص خودشان را دارند.

بنابراین انتخاب سنسور باید متناسب با کاربردی که داریم باشد.

همانگونه که مشاهده می کنید

‌برای اندازه گیری فشار خلا بهترین انتخاب سنسور پیزو مقاومتی و سپس سنسور سرامیکی

برای فشارهای محدوده پایین تنها سنسور مناسب ، سنسور پیزو الکتریک

‌برای فشارهای با محدوده بالا سنسورهای فلزی

بهترین انتخاب در شرایطی که شوک و ضربه ناگهانی داریم سنسورهای فلزی

نهایتا بیشترین پایداری را سنسورهای فلزی و پیزو و نهایتا سنسورهای سرامیکی