سنسورهای فشار از جمله قطعات حیاتی در دنیای امروز فناوری و صنعت محسوب می‌شوند. این سنسورها در گستره‌ای از صنایع، از هوافضا و خودروسازی گرفته تا تجهیزات پزشکی و لوازم خانگی، کاربرد دارند. عملکرد اصلی آن‌ها اندازه‌گیری فشار یک سیال (مایع یا گاز) و تبدیل آن به سیگنال الکتریکی قابل استفاده برای سیستم‌های کنترلی و نظارتی است. در این مقاله به بررسی اصول عملکرد، فناوری‌های ساخت، انواع و کاربردهای سنسورهای فشار می‌پردازیم.
سنسور فشار به طور کلی فشار فیزیکی وارد بر یک سطح را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. اساس کار بیشتر سنسورهای فشار بر پایه قانون پاسکال است: «فشار وارد بر یک نقطه از مایع یا گاز به تمام جهات به طور مساوی منتقل می‌شود».
در سنسورهای فشار، این تغییر فشار اغلب منجر به ایجاد تغییراتی در یک عنصر حساس مانند دیافراگم، پل وتستون یا یک ماده پیزوالکتریک می‌شود. این تغییرات مکانیکی یا الکتریکی سپس به یک سیگنال الکتریکی قابل خواندن تبدیل می‌شود که نشان‌دهنده مقدار فشار وارد شده است.
فناوری‌های مختلفی برای طراحی و ساخت سنسورهای فشار وجود دارد که متناسب با نیازهای مختلف انتخاب می‌شوند. برخی از رایج‌ترین فناوری‌ها عبارتند از:
این نوع سنسور از تغییر مقاومت الکتریکی مواد نیمه‌هادی در اثر فشار استفاده می‌کند. مزیت اصلی آن دقت بالا و هزینه نسبتاً پایین است. کاربرد زیادی در صنعت خودرو و تجهیزات پزشکی دارد.
در این فناوری، فاصله بین دو صفحه خازنی در اثر فشار تغییر می‌کند که باعث تغییر ظرفیت خازنی می‌شود. این نوع سنسور به دلیل حساسیت بالا و مصرف انرژی کم، در صنایع دقیق مورد استفاده قرار می‌گیرد.
این نوع سنسورها از کریستال‌هایی استفاده می‌کنند که هنگام اعمال فشار، ولتاژ تولید می‌کنند. برای اندازه‌گیری فشارهای دینامیکی مانند لرزش‌ها و ضربه‌ها مناسب هستند.
با استفاده از تغییرات میدان مغناطیسی یا القای الکترومغناطیسی در اثر فشار، سیگنال تولید می‌شود. این نوع سنسورها بیشتر در محیط‌های صنعتی خشن و شرایط سخت به کار می‌روند.
سنسورهای فشار را می‌توان از نظر نوع فشاری که اندازه‌گیری می‌کنند نیز تقسیم‌بندی کرد:
فشار مطلق (Absolute Pressure): نسبت به خلأ مطلق اندازه‌گیری می‌شود.
فشار گیج (Gauge Pressure): نسبت به فشار جو اندازه‌گیری می‌شود.
فشار تفاضلی (Differential Pressure): اختلاف فشار بین دو نقطه را اندازه‌گیری می‌کند.
دامنه کاربرد سنسورهای فشار بسیار گسترده است. در ادامه برخی از مهم‌ترین کاربردهای آن آورده شده است:
در سیستم‌های ترمز ضد قفل (ABS)، مدیریت موتور، بررسی فشار روغن و باد لاستیک از سنسور فشار استفاده می‌شود.
سنسور فشار در دستگاه‌هایی نظیر ونتیلاتورها، دستگاه‌های دیالیز، مانیتورهای فشار خون و سیستم‌های تزریق دارو کاربرد دارد.
برای اندازه‌گیری فشار در خطوط لوله، مخازن تحت فشار و چاه‌های نفت استفاده می‌شود. دقت و تحمل شرایط سخت در این صنایع بسیار مهم است.
برای پایش فشار کابین، سوخت و سامانه‌های کنترل پرواز، سنسورهای فشار دقیق و سبک‌وزن به کار گرفته می‌شوند.
در فرآیندهای تولید خودکار، کنترل فشار مایعات و گازها برای تضمین کیفیت و ایمنی حیاتی است.
سنسورهای فشار یکی از مهم‌ترین عناصر اندازه‌گیری در دنیای مدرن هستند که نقش کلیدی در ایمنی، کارایی و عملکرد بسیاری از سیستم‌ها ایفا می‌کنند. انتخاب فناوری مناسب، درک نوع فشار مورد نیاز و شناخت کاربردها، در طراحی سیستم‌های مهندسی و صنعتی اهمیت زیادی دارد. با پیشرفت مداوم فناوری‌های ساخت سنسورها، آینده این حوزه همچنان پر از نوآوری و تحول خواهد بود