Basınç ölçme yöntemlerinde ikinci yazımızda elektronik ölçüm yöntemlerini örneklemeye çalışacağız.
Her türlü fiziki kuvvet ve basınç değişimini algılayan ve bu değişimi elektriksel sinyale çeviren elemanlara basınç sensörü denir. Basınç sensörleri, çalışma prensibine göre dört grupta incelenebilir.
A. Kapasitif Basınç Sensörleri;
Kondansatörler yapıları gereği elektrik yükünü depolayabilirler. Kondansatörlerin yük depolayabilme kapasiteleri ve kondansatör plakalarının boyutlarına, bu plakalar arasındaki mesafenin uzaklığına ve iki plaka arasındaki yalıtkan malzemenin özelliğine bağlıdır. Sonuç olarak kondansatör plakaları birbirinden uzaklaştırılırsa ya da esnetilirse veya iki plaka arasındaki Dielektrik malzeme hareket ettirilirse, kondansatörün kapasitesi değişir.
Kondansatörün kapasitesi ile beraber alternatif akıma gösterdiği direnç de değişir. Bu prensipten hareketle Kapasitif basınç sensörleri üretilmiştir. Plakalardan biri sabit, diğeri ise esnektir. Esnek plakaya bir basınç uygulandığında basınçla orantılı olarak kondansatörün kapasitesi ve Kapasitif reaktansı değişecektir. Bu direnç değişimi ile orantılı olarak basınç büyüklüğünü tespit edebiliriz. Plakaların uzaklığı, kondansatörün AA direncini değiştirdiğinden bu direnç değişimi ile hareketin miktarını bulabiliriz.
B. Strain Gage Basınç Sensörleri;
Temel olarak strain-gage’ler esneyebilen bir tabaka üzerine ince bir telin veya şeridin çok kuvvetli bir yapıştırıcı ile yapıştırılmasından oluşmuştur. Üzerindeki basıncın etkisinden dolayı tabakanın esnemesi ile birlikte iletken şeridin de gerilerek uzamasına sebep olacaktır. Bu uzama esnasında telin boyu uzayarak kesiti azalacaktır. Bilindiği gibi iletkenlerin kesiti azaldıkça dirençleri artacağından uygulanan basınç kuvvetine bağlı olarak iletkenin direncinde değişim olacaktır. Bu direnç değişimine bağlı olarak uygulanan kuvvetin miktarı tespit edilebilir.
C. Load Cell Basınç Sensörleri;
Load cell (yük hücresi) daha çok elektronik terazilerin yapımında kullanılan basınç sensörüdür. Çalışma prensibi straingage çalışma prensibine benzerdir. Load cell’in, A,B,C,D noktalarında 4 adet straingage bulunmaktadır. Bu dört straingage’in dirençleri basınca bağlı olarak değişmektedir ve bu değişimle orantılı olarak basınç miktarını tespit edebiliriz. Load cell’lerin tek noktadan veya iki noktadan ölçüm yapanları da bulunmaktadır.
D. PiezoElektrik Basınç Sensörleri;
Basıncın elektrik akımına dönüştürme yollarından biri de piezoelektrik malzeme kullanmaktır. Piezoelektirk özellikli sensörlerde kuartz, roşel tuzu, barium, turmalin gibi kristal yapılı maddeler kullanılır. Bu elemanlar basınç miktarına göre küçük değerli elektrik gerilimi ve akımı üretirler. Bu elektrik akımının değeri basıncın değeriyle doğru orantılıdır.
Piezoelektrik özellikli elemanlar basınca hızlı tepki verdikleri için ani basınç değişiklerini ölçmede yaygın olarak kullanılır.
Bir piezoelektrik disk deformasyona uğradığı zaman bir voltaj üretir. Mekanik enerjiden voltaj üretimine piezo olayı; voltajdan mekanik titreşim üretimine de ters piezo olayı denir. Bu prensip basınç ölçme sensörü olarak kullanılır. Baryum titanat, kurşun zirkonat titanat ve potasyum sodyum niobat gibi bazı seramikler de piezoelektrik olayı meydana getirecek özelliktedir.
Basınç Ölçme Uygulamaları;
Gage basınç sensörleri ile motor yağ basıncı, soğutucu basıncı, yakıt basıncı, silindir basma (soğuk testte); vakum basınç sensörü ile manifold vakumu; diferansiyel basınç sensörü ile sıvı akışı, kuru hava akışı; mutlak basınç sensörü ile veri toplama sistemi sadece çift kutuplu girişler kabul ettiği durumlarda Gage basınç sensörü veya vakum sensörü kullanılan yerlerde basınç ölçülebilir.
Basınç ölçümlerine basınç üreten cihazlarda (güç üreten makinalar, türbinler vb. güç tüketen makinalar kompresör, pompa), Pnomatik yada hidrolik olan mekanik elemanlarda, biyomedikal uygulamalarda (kan basıncı gibi), boru ve tünellerdeki basınç kayıpları, atmosfer şartlarında (hava tahmini, yükseklik), akım hızlarının dolaylı ölçümlerinde, basınçlı kaplar ve benzeri pek uygulamada ihtiyaç duyarız.
Piezoelektrik basınç algılayıcıları ile iç basınç, darbe, balistik ölçümler, patlama, içten yanmalı motorlarda, şok ve patlama dalgaları, yüksek şiddetli ses ve diğer akustik ve hidrolik prosesler gibi 0,001 psi’den 100 psi’ye kadar dinamik basınç ölçümleri yapılabilir. Piezoelektrik basınç sensörlerinin diyaframları, yüksek frekanslı ve rezonans olmayan darbe ve patlama dalgalarının cevaplarını yüksek doğruluk ile ölçer. Bu sensörlerin çalışma sıcaklıkları yaklaşık
-240 °C’dan 300 °C’a kadar geniş bir aralıktadır. Dayanıklı ve rijit konstrüksiyonu sayesinde, şiddeti yerçekimi ivmesinin on binlerce katına ulasan şok darbelerine ve titreşimlere dayanabilir.
Dinamik basınç sensörlerinin tipik uygulama alanları, içten yanmalı motorlar, akış kaynaklı gürültüler, balistik ölçmeler, kavitasyon ölçümleri, kompresörler, darbeler, pompa ve valf dinamik davranışları, hidrolik ve Pnomatik uygulamalar, su darbesi, türbülans, rüzgar tünelleri, gaz ve buhar türbinleri olarak sıralanabilir.
