Sono disponibili diversi tipi di sensori, ciascuno con un meccanismo di funzionamento specifico. Un tipo molto diffuso è il sensore di pressione a vuoto. Questi sensori rilevano la pressione in un ambiente sotto vuoto. Il principio di funzionamento del sensore di pressione a vuoto lo rende unico rispetto ad altri tipi di sensori.
L'uso dei sensori di pressione a vuoto è comune nei laboratori e nei macchinari di fascia alta. Per questo motivo, i non addetti ai lavori hanno poca dimestichezza con questi sensori. In questo articolo parleremo di tutto ciò che riguarda i sensori di pressione a vuoto. Scopriremo cosa sono e come funzionano. Quindi, iniziamo!
Cosa sono i sensori di pressione a vuoto?
Prima di discutere il principio di funzionamento, analizziamo le basi dei sensori di pressione a vuoto.
Questi sensori sono piccoli dispositivi elettronici utilizzati per misurare la pressione all'interno del vuoto. Lo fanno confrontando la pressione del sistema di vuoto con la pressione atmosferica. Vengono utilizzati nei sistemi in cui gli operatori devono creare un vuoto (bassa pressione) per scopi specifici.
Un esempio lampante dell'uso dei sensori di vuoto è rappresentato dal sistema di pompaggio dei freni. In questo sistema è necessario mantenere il vuoto. Se è presente una pressione, i freni non funzionano in modo efficace. Per questo motivo, questi sistemi sono dotati di sensori di pressione del vuoto dedicati.
Questi sensori rilevano la pressione all'interno del sistema. Se rilevano una certa pressione, inviano un segnale elettrico all'auto. In questo modo, il conducente capisce che l'efficienza dei freni si è ridotta. Il conducente porta il veicolo dal meccanico, risolve il problema ed elimina la pressione dal sistema. Esistono diversi tipi di sensori di pressione a vuoto.
Il meccanismo di funzionamento di ogni sensore è unico. Ecco l'elenco:
- Sensore di vuoto Pirani
- Sensore di vuoto del diapason
- Sensore di vuoto piezoelettrico
- Sensore di vuoto estensimetrico
- Sensore di vuoto elettromagnetico
- Sensore di pressione capacitivo a vuoto
- Sensore a vuoto a ionizzazione a catodo caldo
- Sensore di pressione a vuoto piezoresistivo
- Sensore di vuoto a ionizzazione a catodo freddo
È interessante notare che i principi di funzionamento di ciascun tipo di sensore di pressione del vuoto differiscono. Ad esempio, il sensore di vuoto Pirani funziona in base alla conduttività termica. I sensori di pressione a vuoto capacitivi, invece, rilevano le variazioni di capacità. Ricordiamo che i sensori di pressione a vuoto capacitivi e piezoresistivi sono i più comuni in diversi settori industriali.
Parti e componenti dei sensori di pressione a vuoto
I sensori di pressione a vuoto sembrano essere dispositivi semplici. Tuttavia, non lo sono, poiché sono costituiti da varie parti e componenti. Queste parti lavorano insieme per garantire il corretto funzionamento di questi sensori di pressione. Ecco una tabella che mostra i componenti dei sensori di pressione a vuoto e il loro ruolo.
| Componente | Funzione |
| Diaframma. | Si piega con la pressione |
| Elemento di rilevamento | Rileva il movimento del diaframma |
| Elettrodi (capacitivi) | Misurare la variazione di capacità |
| Estensimetri (piezoresistivi) | Misurare la variazione di resistenza |
| Circuito di condizionamento del segnale | Amplifica ed elabora il segnale |
| Interfaccia di uscita. | Invia un segnale leggibile (ad es. tensione) |
| Alloggiamento/contenitore. | Protegge le parti interne |
Principio di funzionamento dei sensori di pressione a vuoto
Come ho già detto, ogni tipo di sensore di pressione del vuoto funziona in modo diverso dagli altri. Tuttavia, la maggior parte dei sensori di vuoto a pressione utilizza un diaframma per rilevare la pressione del sistema evacuato. Il loro principio di funzionamento è il seguente:
Questi sensori funzionano confrontando la pressione all'interno del sistema con la pressione atmosferica. Il sensore rileva le differenze di pressione quando la pressione del sistema scende al di sotto della pressione atmosferica. Questa differenza di pressione provoca la reazione dell'elemento di rilevamento, come un diaframma.
Ciò consente al sensore di determinare l'esatto livello di pressione del vuoto presente nel sistema. Ricordiamo che quando la pressione scende al di sotto della pressione atmosferica, l'elemento sensibile (membrana) si piega. Questa flessione della membrana è fondamentale perché ci aiuta a conoscere la pressione all'interno del vuoto.
Il materiale speciale, cioè l'elemento piezoresistivo, rimane attaccato a questa membrana. Quando la membrana si piega, la resistenza elettrica dell'elemento piezoresistivo cambia. Questa variazione viene convertita in dati elettrici. Dopo l'elaborazione di questi dati, la lettura esatta della pressione viene visualizzata sullo schermo del sistema di controllo.
Processo di lavoro passo dopo passo dei sensori di pressione a vuoto
Ecco le fasi esatte della misurazione della pressione del vuoto con i sensori di pressione del vuoto:
- Il sensore di pressione del vuoto viene prima collegato al sistema evacuato.
- La membrana del sensore (elemento sensibile) rimane all'interno del vuoto. L'altro lato rimane all'esterno, sotto la pressione atmosferica.
- Poiché la pressione all'interno del vuoto è bassa, la membrana si piega. Se la pressione è molto bassa, la membrana si piegherà di più; viceversa, se la pressione è alta, la membrana si piegherà di meno.
- La misura in cui una membrana si piega è determinata dalla porzione esterna al sistema. Come ho detto prima, alcune porzioni di membrana rimangono all'esterno sotto la pressione atmosferica. Questa parte esterna non mostra alcuna flessione o variazione. Se la membrana interna ed esterna rimane uguale, significa che entrambi i sistemi hanno la stessa pressione atmosferica.
- L'elemento piezoresistivo è presente sul corpo di questa membrana. Quando la membrana si deflette, la resistenza elettrica dell'elemento piezoresistivo cambia. Questa variazione viene rilevata nei segnali elettrici.
- Diversi tipi di sensori utilizzano la deflessione delle membrane in vari modi. Nei sensori capacitivi, la deflessione delle membrane provoca una variazione della capacità. Questa variazione viene poi registrata nei segnali elettrici.
- Successivamente, il segnale elettrico viene sottoposto a un'ulteriore elaborazione e amplificazione. A questo punto, la lettura esatta viene visualizzata sullo schermo del sistema di controllo.
Vantaggi e applicazioni dei sensori di pressione a vuoto
L'uso dei sensori di pressione a vuoto è in aumento in diversi settori industriali. All'inizio, questo tipo di sensore era disponibile solo nei laboratori per mantenere un ambiente controllato. Tuttavia, le cose sono cambiate e il loro utilizzo è diventato più diversificato e diffuso. Tutto il merito della loro utilizzabilità va ai vantaggi che questi sensori offrono. Eccone alcuni:
- Accuratezza di prim'ordine e lettura affidabile della pressione del sistema evacuato
- Le dimensioni ridotte di questi sensori ne facilitano l'utilizzo in spazi ridotti.
- Questi sensori di pressione del vuoto monitorano in tempo reale la pressione all'interno del sistema del vuoto.
- Il il prezzo di questi sensori è relativamente basso, che li rende un'opzione accessibile a tutti. La precisione ideale nella misurazione della pressione vale il suo valore.
Ecco una tabella che illustra le applicazioni dei sensori di pressione a vuoto in vari settori industriali.
| Industria | Dispositivi che utilizzano sensori di pressione a vuoto |
| HVAC e refrigerazione. | Unità di refrigerazione e vacuometri HVAC |
| Automotive | Booster dei freni, turbocompressori e sistemi di rilevamento delle perdite EVAP |
| Settore medico e sanitario | Autoclavi (sterilizzatori) e apparecchiature di aspirazione |
| Semiconduttori | Macchine per l'incisione, strumenti di deposizione sotto vuoto, sistemi di litografia |
| Imballaggio per alimenti. | Macchine per la sigillatura sottovuoto, sistemi di confezionamento in atmosfera |
| Laboratorio | Camere a vuoto, unità di distillazione, liofilizzatori |
| Farmaceutico | Liofilizzatori (liofilizzatori), unità di filtrazione sotto vuoto |
| Automazione industriale. | Pinze a vuoto robotizzate, tavoli a vuoto CNC, Fresatrici CNC. |
Conclusione
I sensori di pressione a vuoto offrono molti vantaggi. Dalle automobili all'industria aerospaziale e farmaceutica, dimostrano il loro valore. I sensori di pressione a vuoto più comuni e diffusi sono dotati di elementi di rilevamento. Questo elemento si deflette quando viene sottoposto a variazioni di pressione rispetto al livello atmosferico.
La deflessione della membrana modifica la resistenza elettrica dell'elemento piezoresistivo. Questa variazione di resistenza viene misurata in segnali elettrici. Questi segnali, dopo l'elaborazione, appaiono sullo schermo come numeri digitali. Ricordiamo che esistono diversi tipi di sensori di pressione a vuoto. Il funzionamento di ciascun sensore può variare.