История измерения давления

	Галилео Галилей, рожденный в Пизе (Италия) получает патент на механизм для перекачки воды из реки для ирригации полей. Сердцем насоса была система, напоминающая шприц. Однако, высота 10 метров была предельной высотой работы насоса и ученый так и не смог найти этому объяснения.
	Эванджелиста Торичелли, итальянский физик, ученик Галилея, произвел опыт, в ходе которого он поместил трубу длиной один метр, закрытую с одного конца, вертикально в чашу с ртутью открытым концом. Столб ртути опустился примерно на 760 мм, оставляя пустое пространство над этим уровнем. Торичелли посчитал причиной этого явления «силой поверхности земли». Пустое пространство в трубе он назвал «вакуумом».
	Блез Паскаль, французский философ, физик и математик, услышав об экспериментах Торичелли, начал искать причины открытых явлений. Он выяснил, что сила, удерживающая столб ртути на высоте 760 мм, — это вес воздуха. Таким образом, на горе эта сила должна быть уменьшена на разницу веса воздуха между горой и долиной у подножья. Свое предположение Паскаль доказал экспериментом у горы Пуа Де Домэ в центральной Франции. Из разницы высот ртутного столба он рассчитал вес воздуха. Паскаль сформулировал положение о том, что эта сила, которую она назвал «давление», действует вне зависимости от направления.
	Отто фон Герике, Германия. Опыты Торичелли и его умозаключения о пустом пространстве и «вакууме» противоречили доктрине вездесущего Бога и были негативно восприняты Католической Церковью. Герике разработал новые более мощные воздушные насосы и устроил знаменитый эксперимент в Магдебурге, в ходе которого 8 лошадей не могли разъединить 2 полусферы, сложенные вместе, из которых был предварительно выкачан воздух.
	Роберт Бойл, Британский химик, использовал J-образные трубки для изучения взаимосвязи между объемом и давлением заключенного в емкости газа и установил соотношение P*V=K (Р – давление, V – объем, К – константа), которое означает, что если известно давление газа в данном объеме, то это давление может быть рассчитано при изменении объема, при условии неизменности температуры и кол-ва газа.
	Почти 200 лет спустя Джозеф Льюис Гей-Люссак, французский физик и химик, обнаруживает, что давление возрастает в замкнутом объеме пропорционально росту температуры. 20 лет спустя, Вильям Томсон (Лорд Кельвин) вводит понятие абсолютной температуры с нулевой точкой -273 С (0 Кельвина).
	Технологии механического измерения Люсьен Видье, французский ученый, изобрел и построил анероидный барометр, который использует баланс пружин вместо жидкостей для измерения атмосферного давления. Удлинение пружины под давлением механически передается на стрелочный индикатор. Юджин Бурдон (основатель компании Бурдон Седем) запатентовал в 1849 году трубочный измеритель давления для более высоких давлений, используя принципы Видье.
	Электрические методы измерения Первые преобразователи давления были принципиальными механизмами, состоящими из диафрагм, трубок Бурдона, служившими емкостями, а индикатором давления служил указатель потенциометра.
	Деформационные измерители были независимо разработаны Е.Е. Симмонсом из Калифорнийского Технологического Университета и А.К. Ружа из Массачусетского Технологического Института. Симмонс был более ловок и раньше получил патент.
	Первые тонкопленочные деформационные измерители были сконструированы с резисторным мостом, который был связан с диафрагмой. В такой конструкции наблюдается разное напряжение в центре и по краям.
	Соединение преобразователя и диафрагмы было всегда причиной гистерезиса и нестабильности. В 60е годы Стэтхэм представил первый тонкопленочный преобразователь с хорошей стабильностью и малым гистерезисом. Сегодня эта технология играет большую роль на рынке датчиков высокого давления.
	Вильям Р. Пойл запатентовал емкостные преобразователи на базе стекла или кварца, а Боб Белл на базе керамики несколькими годами позже, в 1979м. Эта технология заполнила пустоту для измерения низких давлений (т.к. тонкопленочная технология для этого не походила).Емкостная технология является и по сей день сегментообразующей на рынке датчиков давления.
	Эра сенсоров Центр научных исследований Ханивелл, Миннеаполис, США, 1967г.: Арт Р. Циас и Джон Эган получают патент на кремниевую диафрагму. 1969 г.: Ханс В. КЕЛЛЕР получает патент на серийно изготавливаемые пьезорезистивные кремниевые сенсоры и разрабатывает современную конструкцию пьезорезистивной мембраны.
	Современный сенсор обычно весит около 0,01 грамма. Если некристаллическая диафрагма имеет известный гистерезис, значение точности такого преобразователя становится неопределимой современными средствами.

Пьезорезистивная технология наиболее универсальна из всех. Датчики на ее основе применимы для диапазонов от 100 мбар до 1500 бар абсолютного, относительного или дифференциального давления. Ее медленное распространение есть лишь следствие невозможности конструирования подходящего корпуса американскими компаниями.

Чем измеряют давление в 2024 году

Пьезорезистивная технология измерения давления основана на использовании пьезорезисторов - устройств, которые изменяют свое электрическое сопротивление при воздействии на них давления.

Принцип работы пьезорезистивных сенсоров давления заключается в следующем: на поверхность пьезорезистора наносится тонкий слой пьезорезистивного материала, такого как кремний или поликристаллический углерод. Когда на сенсор действует давление, пьезорезистивный материал деформируется, что приводит к изменению его электрического сопротивления. Это изменение сопротивления можно измерить и использовать для определения величины давления.

Преимущества пьезорезистивной технологии измерения давления включают:

1. Высокая чувствительность: пьезорезистивные сенсоры обладают высокой чувствительностью к изменениям давления, что позволяет точно измерять его величину.

2. Широкий диапазон измерений: пьезорезистивные сенсоры могут работать в широком диапазоне давлений, от нескольких Па до нескольких МПа, что позволяет использовать их в различных приложениях.

3. Малые размеры и низкое энергопотребление: пьезорезистивные сенсоры компактны и малогабаритны, что делает их удобными для использования в портативных устройствах. Они также потребляют небольшое количество энергии, что экономит заряд аккумуляторов.

4. Быстрый отклик: пьезорезистивные сенсоры имеют высокую скорость реакции и могут быстро измерять изменения давления.

Пьезорезистивная технология широко применяется в различных областях, таких как автомобильная промышленность, медицина, промышленная автоматизация и др. Она позволяет точно измерять давление в различных условиях и обеспечивает надежные результаты.

В течение 30 лет КЕЛЛЕР ведет технологию к совершенству, сохраняя ценовой уровень других, менее универсальных и точных технологий.