Paineanturi


Paineanturi muuttaa paineen sähköiseksi vastineeksi, joka voidaan tulkita paineen muutoksena. Paineantureita käytetään sovelluksissa, joissa tarvitaan tieto paineesta, voimasta tai ilmavirtauksesta. Autoteollisuudessa paineanturilla mitataan renkaiden ilman-, imupoistojärjestelmän kaasujen, polttoaineen sekä hydraulisen jousituksen paine. Myös ilmastointi säädetään paineanturin avulla, ja penkkiin voidaan upottaa paineanturi. Teollisuus käyttää paineanturia koneiden ja prosessin hallinnassa esimerkiksi mittaamalla nesteen korkeutta. Esimerkiksi suprajohde teollisuudessa plasmaetsaus ja CVD ovat erittäin herkkiä prosessipaineelle. Lääketeollisuus käyttää paineanturia esimerkiksi mittaamaan verenpainetta, kallon sisäistä painetta ja silmänpainetta. Paineanturia voidaan myös käyttää säännöstelemään nesteytys ja tutkimaan kuulo ongelmia. Lentokoneteollisuus käyttää paineanturia mittaamaan lentokorkeutta ja sameutta. Paineanturia käytetään myös mittamaan ilman nopeutta ja nesteen virtausta. Mikrofoni toimii paineanturilla. Erilaisia paineanturi tekniikkaan perustuvia mikrofoneja ovat kapasitiivinen, piezoresistiivinen ja elektriteettinen. Paineanturi sovelluksia käytetään myös sotilaallisissa ja kuluttajille suunnatuissa tuotteissa. Kuvassa 1 on autorenkaan ilmanpaineen mittauslaite aukaistuna ja kuvassa 2 on paineanturi, joka on kuvassa 1 olevan mittauslaitteen osa. [1] [2] [3] [4] [5]

IMG_1956-1.JPG
Kuva 1. Kuvassa laite aukaistuna, mitä käytetään mittaamaan autonrenkaan paine. [6]


IMG_1954-1.jpg
Kuva 2. Paineanturi, jota käytetään mittaamaan autonrenkaan paine. [7]

Yleisin käytetty materiaali paineanturissa on pii koska sen ominaisuudet tunnetaan tarkasti ja sen saatavuus on hyvä. [8]

Paineen mittaaminen


Paineantureilla mitataan painetta suhteessa absoluuttiseen paineeseen, ilmakehän paineeseen tai johonkin mitattuun paineeseen. Absoluuttista painetta mitattaessa referenssinä pidetään vakuumin painetta. Esimerkiksi ilmakehän paine mitataan suhteessa vakuumin paineeseen. Differentiaalista painetta mitattaessa mitataan paine suhteessa toiseen mitattuun paineeseen. Painetta suhteessa ilmakehän paineeseen kutsutaan ilmanpaineeksi. [9]

Kapasitiivinen paineanturi


Kapasitiivinen paineanturit muodostuu kahdesta osasta, joista toinen on joustava pii kalvo ja toinen on joustamaton johdin. Paineen vaikutuksesta joustava pii kalvo liikkuu lähemmäksi johdinta jolloin niiden etäisyys ja kapasitanssi kasvaa. Kapasitanssin muutos voidaan mitata, mikä on verrattavissa paineen muutokseen. Kapasitiiviset paineanturit ovat herkkiä paineen muutoksille, ne vievät vähän sähköä ja ne eivät ole herkkiä lämpötilan muutoksille. Huonona puolena voidaan pitää niiden monimutkaisuutta. Kapasitiivisiä paineantureita käytetään esimerkiksi verisuonten välisen paineen ja kallon paineen mittauksissa. [10]

Piezoresistiivinen paineanturi


Piezoresistiiviset paineanturit hyödyntävät piin resistiivisyyden muutosta mittaamaan jännityksen tai venymän muutosta pii kiteesseä. Muodon muutos ja siitä seuranneen resistiivisyyden muutos muutetaan paineen muutokseksi. Piezoresistiivisiä paineantureita käytetään autoteollisuudessa mittamaan dieselin ruiskupaineita ja paineita pakokaasun kierrätys laitteistossa. Piezoresistiiviset paineanturit eivät kestä korkeita lämpötiloja p-n liitosten takia, mikä estää niiden käytön yli 120 celsiuksessa. Myös lämpötilan vaihtelu muuttaa venymää, minkä seurauksena mittasuure (resistiivisyys) muuttuu. Prototyyppi on kehitetty, jota voidaan käyttää jopa 600 celsiuksessa. [11] [12]

Resonanssi paineanturi


Resonanssi paineanturi käyttää hyväkseen mekaanisesti värähtelevää rakennetta, minkä taajuus muuttuu kun paine muuttuu. Paine herkän kalvon liikkuminen muuttaa resonaattorin muotoa niin, että myös värähtely taajuus muuttuu. Resonanssi paineanturit ovat kehitetty suuren paineen sovelluksiin, kuten öljy- ja kaasualalle. [13]

Optinen paineanturi


Optisten paineanturien toiminta perustuu optisten ominaisuuksien muutoksiin paineessa. [14]

Piranin paineanturi


Piranin paineanturin toiminta perustuu lämmönsiirtoon lämmittimestä lämpökaivoon vakuumin läpi, jolloin kaasun paine riippuu kaasun lämmönjohtokyvystä. Piranin paineanturilla mitataan usein vakuumin painetta.

Tunneloitumiseen perustuva paineanturi

Tunneloitumiseen perustuvassa paineanturissa käytetään tunneloitumis virtaa mittamaan paine. Kahden levyn välinen tunneloitumis virta riippuu levyjen etäisyydestä. Anturin etuna, verrattuna kapasitiiviseen paineanturiin, pidetään sen tarkkuutta suhteessa kokoon. Sillä siis saadaan sama tarkkuus kuin kapasitiivisella anturilla, mutta pienemmällä koolla. [15]
  1. ^ Glenn Harman, Roland Sommer, Paul Engeler, Pressure Sensors. Jon S. Wilson, Sensor Technology Handbook, Newnes, Burligton, 2005. s. 411-456,
    http://www.sciencedirect.com/science/article/B86RJ-4PCJ07C-H/2/647b017adbda1d513f970540110e2393 (17.01.2010)
  2. ^ Gardner, Julian W.; Varadan, Vijay K.; Awadelkarim, Osama O. Microsensors, MEMS, and Smart Devices. 2001. s 263. John Wiley & Sons. http://knovel.com/web/portal/browse/display?_EXT_KNOVEL_DISPLAY_bookid=1436&VerticalID=0 (17.01.2010)
  3. ^ Beeby, Steve; Ensel, Graham; Kraft, Michael. MEMS Mechanical Sensors. Norwood, MA, USA: Artech House, 2004. s. 113. http://site.ebrary.com/lib/ttyk/Doc?id=10081990&ppg=123 (17.01.2010)
  4. ^ Andrew DeHennis, Junseok Chae, Pressure Sensors. Yogesh Gianchandani, Osamu Tabata, and Hans Zappe. Comprehensive Microsystems, Elsevier Oxford, 2008, s. 101-133 http://www.sciencedirect.com/science/article/B8STX-4R2RHFD-12/2/be4913dca79520605132e92d94f127be (17.01.2010)
  5. ^ Yogesh B. Gianchandani, Chester G. Wilson and Jae-Sung Park. MEMS: Applications, Second Edition. Chapter 3: Micromachined Pressure Sensors: Devices, Interface Circuits, and Performance Limits. 2006 by Taylor & Francis Group, LLC, http://www.nanonetbase.com/books/4404/9139ch3.pdf (01.02.2010)
  6. ^ Jarmo Tanskanen
  7. ^ Jarmo Tanskanen
  8. ^ Yogesh B. Gianchandani, Chester G. Wilson and Jae-Sung Park. MEMS: Applications, Second Edition. Chapter 3: Micromachined Pressure Sensors: Devices, Interface Circuits, and Performance Limits. 2006 by Taylor & Francis Group, LLC, http://www.nanonetbase.com/books/4404/9139ch3.pdf (01.02.2010)
  9. ^ Beeby, Steve; Ensel, Graham; Kraft, Michael. MEMS Mechanical Sensors. Norwood, MA, USA: Artech House, 2004. s. 113. http://site.ebrary.com/lib/ttyk/Doc?id=10081990&ppg=123 (17.01.2010)
  10. ^ Beeby, Steve; Ensel, Graham; Kraft, Michael. MEMS Mechanical Sensors. Norwood, MA, USA: Artech House, 2004. s. 113. http://site.ebrary.com/lib/ttyk/Doc?id=10081990&ppg=123 (17.01.2010)
  11. ^ Beeby, Steve; Ensel, Graham; Kraft, Michael. MEMS Mechanical Sensors. Norwood, MA, USA: Artech House, 2004. s. 113. http://site.ebrary.com/lib/ttyk/Doc?id=10081990&ppg=123 (17.01.2010)
  12. ^ Andrew DeHennis, Junseok Chae, Pressure Sensors. Yogesh Gianchandani, Osamu Tabata, and Hans Zappe. Comprehensive Microsystems, Elsevier Oxford, 2008, s. 101-133 http://www.sciencedirect.com/science/article/B8STX-4R2RHFD-12/2/be4913dca79520605132e92d94f127be (17.01.2010)
  13. ^ Beeby, Steve; Ensel, Graham; Kraft, Michael. MEMS Mechanical Sensors. Norwood, MA, USA: Artech House, 2004. s. 113. http://site.ebrary.com/lib/ttyk/Doc?id=10081990&ppg=123 (17.01.2010)
  14. ^ Beeby, Steve; Ensel, Graham; Kraft, Michael. MEMS Mechanical Sensors. Norwood, MA, USA: Artech House, 2004. s. 113. http://site.ebrary.com/lib/ttyk/Doc?id=10081990&ppg=123 (17.01.2010)
  15. ^ Yogesh B. Gianchandani, Chester G. Wilson and Jae-Sung Park. MEMS: Applications, Second Edition. Chapter 3: Micromachined Pressure Sensors: Devices, Interface Circuits, and Performance Limits. 2006 by Taylor & Francis Group, LLC, http://www.nanonetbase.com/books/4404/9139ch3.pdf (01.02.2010)