Comprendre les transducteurs de basse pression : Fonction, conception et applications

Un transducteur de pression est un dispositif de mesure qui convertit une pression appliquée en un signal électrique. Généralement, un transducteur de pression se compose de deux parties, un matériau élastique qui se déforme sous l'application de pression et une partie électrique qui détecte cette déformation.

Comment fonctionnent les transducteurs de basse pression

Selon la gamme de pressions à mesurer, le matériau élastique prend différentes formes et tailles, comme tube de Bourdon, piston, diaphragme et soufflet. Le plus courant parmi eux est le diaphragme.
Trois types différents de dispositifs électriques peuvent être attachés à ce matériau élastique pour faire des transducteurs de pression. Ceux-ci incluent les types résistif, capacitif et inductif.

• Les transducteurs de pression résistifs utilisent des jauges de contrainte, collées au matériau déformable. Tout changement de déformation cause un changement de la résistance électrique de chaque jauge de contrainte, mesurable par un pont de Wheatstone.
• Dans les transducteurs de pression de type capacitif, le changement de pression est mesuré par le changement de capacitance entre deux plaques de capacitance. Une plaque collée au côté déformable du matériau élastique tandis qu'une autre est collée à la surface non pressurisée.
• Dans un transducteur de pression inductif, la déformation du matériau élastique est utilisée pour fournir un mouvement linéaire d'un noyau ferromagnétique. Ce mouvement linéaire fera varier le courant AC induit.

Mesure de basse pression

Parmi les différents transducteurs de pression discutés, le manomètre de Bourdon, le manomètre à diaphragme piézorésistif et le manomètre à diaphragme capacitif sont adaptés pour mesurer de basses pressions de vide. Le manomètre de Bourdon peut mesurer approximativement dans la gamme 0–1000 mbar, tandis que les manomètres à diaphragme peuvent mesurer dans la gamme 0,1–1000 mbar.
Pour des pressions très basses, il existe d'autres types de transducteurs disponibles, basés sur d'autres principes. Ceux-ci incluent le manomètre Pirani, le thermocouple et le manomètre à ionisation.
Les deux premières techniques sont basées sur le taux auquel la chaleur est perdue d'un filament chauffé placé dans l'environnement à basse pression. Cette perte de chaleur dépend du nombre de molécules de gaz par unité de volume.

• Manomètre Pirani — Ce manomètre calcule la température du filament en mesurant sa résistance. La mesure de résistance est effectuée avec l'aide d'un circuit pont de Wheatstone. La relation entre la résistance et la pression appliquée est hautement non-linéaire.
• Thermocouple — Dans ce type de transducteur de pression, un thermocouple est attaché au filament chauffé pour mesurer sa température. Pour la température de référence dans le thermocouple, la température ambiante est utilisée. La tension de sortie du thermocouple varie non-linéairement avec la pression du gaz.
• Manomètre à ionisation — Il est hautement utile pour mesurer de très petites pressions dans la gamme de 10–3 atm à 10–13 atm. Ici, le gaz, dont la pression doit être mesurée, est ionisé avec l'aide d'un filament chauffé. Le courant est mesuré entre deux électrodes dans la région ionisée, ce qui dépend de la pression du gaz, car le nombre d'ions par unité de volume dépend de la pression du gaz.

Relation Courant versus Pression Linéaire

La mesure de basse pression est utilisée dans de telles applications que :

• Dans les domaines médicaux — Nébuliseurs, Spiromètres, etc.
• Dans l'industrie — Contrôle CVC, pression statique de gaine, etc.

L'intérêt croissant du marché porte sur le matériau à l'intérieur des transducteurs de pression :

• Le mercure est contenu dans certains pour conduire la détection de la pression vers la sortie électrique. Dans de nombreux états, le mercure est une substance interdite bien que ce ne soit pas appliqué ou dans certains cas, il est maintenu sur les équipements existants qui peuvent utiliser le mercure mais l'interdisent sur les nouveaux produits.
• La seconde substance est le NaK (sodium-potassium) qui est utilisé à la place du mercure dans le transducteur. Le NaK produira une étincelle s'il est exposé à l'air (oxygène). Dans les environnements où l'inflammabilité est élevée, c'est un danger.
• Il y a un nouveau produit sur le marché maintenant qui a un diaphragme beaucoup plus épais (prolongeant la durée de vie) et vient avec une garantie plus longue que les autres produits. Il n'a pas de remplissage et fait son travail par électronique.

C'est notre sentiment que la pression du marché rendra éventuellement le mercure et le NaK inacceptables parmi les clients de ceux qui fabriquent des produits avec des équipements utilisant ces capteurs.

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