Файл: Федеральное агентство морского и речного транспорта федеральное государственное бюджетное образовательное.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.05.2024
Просмотров: 8
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
деформирует кристаллы и вызывает в них поляризацию зарядов, создавая тем самым разность потенциалов между наружными 2, 4 и внутренней 3 обкладками. Образовавшееся напряжение пропорционально давлению на упругий элемент.
Датчики с кварцевым пьезоэлементом обладают высокими динамическими характеристиками, что обусловило их широкое применение при контроле давления в системах с быстропротекающими процессами. Однако из-за утечки заряда с кварцевых пластин они не используются для измерения статических давлений.
Тензометрические датчики (тензорезисторы). В основе принципа работы тензорезисторов лежит явление тензоэффекта, суть которого состоит в изменении сопротивления проводников и полупроводников при их деформации. Далее изменение сопротивления преобразуется в силу тока или напряжение с помощью мостовых схем, логометра или другими известными способами. Датчик представляет собой упругий чувствительный элемент, чаще всего мембрану, на которую наклеиваются или напыляются тензорезисторы (Рис. 9).
Рис. 9. Тонкопленочный тензорезистор, напыленный на мембрану
Получили распространение проволочные и пленочные (фольговые) тензорезисторы, изготавливаемые из проводников типа манганина, нихрома, константана, а также полупроводниковые тензорезисторы, изготавливаемые из кремния и германия. Сопротивление тензорезисторов, изготавливаемых из проводников, составляет 30 – 500 Ом, а сопротивление полупроводниковых тензорезисторов от 5 ⋅ 10–2 –10 кОм.
Совершенствование технологии изготовления полупроводниковых тензорезисторов создало возможность изготавливать тензорезисторы непосредственно на кристаллическом элементе, выполненном из кремния или сапфира. Упругие элементы кристаллических материалов обладают упругими свойствами, приближающимися к идеальным. Диапазоны измерений: избыточного давления – 0–100 МПа; разности давлений – 0–2,5 МПа.
Емкостные датчики. Представляет собой электрический конденсатор переменной емкости (Рис. 10), одной из обкладок 4 которого закреплена на упругом чувствительном элементе 3. При его деформации под действием давления изменяется расстояние между обкладками, что, в свою очередь, вызывает пропорциональное изменение электрической емкости конденсатора, образованного обкладками и диэлектриком между ними. Далее изменение емкости преобразуется в изменение силы тока или напряжение, соответствующими преобразователями (например, измерительным мостом Шерингера).
В качестве диэлектрика 2 используется силиконовый гель или воздух. Рабочий диапазон изменения емкости составляет около 25% от максимального. Статическая характеристика датчика в этом интервале практически линейная. Емкостные датчики эффективны при измерении малых давлений.
Рис. 10. Емкостной датчик давления: 1 – неподвижная обкладка; 2 – диэлектрик; 3 – упругий элемент, 4 – подвижная обкладка
Индуктивные датчики. Принцип действия датчиков основан на преобразовании деформации упругого чувствительного элемента в изменение индуктивности катушки и далее в напряжение или силу тока.
На рисунке 11 показана принципиальная схема одного из таких датчиков. Мембрана 1 имеет жесткий центр 2, выполненный из ферромагнитного материала и являющийся подвижной частью сердечника 3 обмотки 4. При деформации мембраны под действием давления, уменьшается расстояние между жестким центром и торцами сердечника 3,
Рис. 11. Индуктивный датчик давления: 1 – упругий чувствительный элемент (мембрана); 2 – жесткий центр; 3 – сердечник; 4 – обмотка;
L – индуктивность
что приводит к изменению магнитной проницаемости воздушного зазора и вызывает пропорциональное изменение индуктивности обмотки 4. Измерение L осуществляется обычно мостами переменного тока. Рабочее перемещение мембраны составляет сотые доли миллиметра.
Также для преобразования перемещения упругого элемента в изменение индуктивности применяют дифференциальный трансформатор. Такой датчик (Рис. 12) состоит из мембраны 1 и дифференциального трансформатора с подвижным сердечником 3, соединенным с мембраной. Трансформатор имеет первичную обмотку 4, и две секции вторичной 2, включенных встречно. Выходное напряжение Uвых пропорционально разности индуктивностей вторичных обмоток. При симметричном расположении сердечника 3 относительно вторичных обмоток, вследствие равенства их индуктивностей выходное напряжение равно нулю. При перемещении
Рис. 12. Индуктивный датчик с дифференциальным трансформатором: 1 – мембрана; вторичные обмотки трансформатора; 3 – подвижный сердечник;
4 – первичная обмотка трансформатора
сердечника относительно этого положения в любую из сторон пропорционально будет увеличиваться выходное напряжение. Поскольку сердечник жестко соединен с мембраной, то выходное напряжение будет являться функцией измеряемого давления.
Контрольные вопросы
1. Объяснить принцип действия рассмотренных датчиков давления.
2. Указать максимальное значение разрежения (полный вакуум) в соответствующих единицах измерения.
3. Как называется датчик, измеряющий разность давлений?
4. В каких датчиках давления используется явление изменения электрического сопротивления чувствительного элемента?
5. В каких датчиках давления используется явление возникновения электрического тока при деформации чувствительного элемента?
6. Указать способы снижения нелинейности статической характеристики мембранных датчиков?
7. Что такое активный электрический датчик давления?
8. Что такое пассивный электрический датчик давления?
9. Каковы достоинства сильфонных датчиков давления?
