Файл: Эрлер, В. Электрические измерения неэлектрических величин полупроводниковыми тензорезисторами.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.10.2024
Просмотров: 86
Скачиваний: 0
7.4. ИП давления. |
181 |
7.4.2.3. Гофрированная пластина с упругим стержнем, работающим на изгиб
До давлений порядка 1 кг/см2 в конструкциях ИП в каче стве воспринимающих элементов применяются гофрированные мембраны или сильфоны. Сила передается на прямоугольные упругие пластины с наклеенными тензорезисторами (фиг. 7.37).
Осевое размещение глензорезистора
г |
1 . |
■ |
|
А |
|
'____ |
1 |
|
t i |
l . . . |
: ... |
|
/ |
|
Тангенциальное |
|
|
размещение |
|
|
юензорезистора |
|
|
Фиг. 7.37. |
ИП давления с силь- |
Фиг. 7.38. Упругий элемент цилин- |
|
фоном и |
упругим |
элементом |
дрической формы, |
в форме |
пластины, |
работающей |
|
|
на изгиб. |
|
|
Так как тензорезисторы здесь выведены наружу и подобные устройства обладают высокой чувствительностью, дифферен циальные ИП давления конструируются почти исключительно по такому принципу. Жесткость систем здесь также опреде ляется в основном стержневыми элементами.
7.4.2.4. Трубчатый упругий элемент
Для измерений в области высоких давлений находят приме нение трубчатые упругие элементы самых различных конструк ций. Проще всего проводится расчет тонкостенного цилиндра с
А/г < 0 ,1 (г — внутренний радиус цилиндра, |
h — толщина сте |
нок) по фиг. 7.38. |
|
Так как у металлических упругих элементов тангенциальная |
|
продольная деформация |
|
примерно в четыре раза больше аксиальной |
|
'« = т (т Н т “ °’2-нЬ |
<7-44> |
то тензорезисторы наклеиваются по возможности по образую щей. При расчете цилиндра необходимо учитывать минималь ный радиус прогиба тензорезисторов. Для полупроводниковых
182 7. Полупроводниковые измерительные преобразователи
тензорезисторов типа WDH111 он составляет примерно 10 мм. ИП давления с цилиндрическими упругими элементами при со ответствующем расчете могут применяться вплоть до давлений порядка 20 000 кг/см2.
7.4.3. Измерительные преобразователи давления серии DWH
Эта серия охватывает в первую очередь шесть типов с но минальными давлениями 5, 10, 20, 50, 100 и 200 кг/см2.
7.4.3.1. Принцип действия
На обратной к воздействующему давлению стороне круглой плоской мембраны размещаются четыре полупроводниковых
Фиг. 7.39. Электрическая схема ИП давления с полупроводниковыми тензорезисторами.
Ri — R* — полупроводниковые тензорезисторы; R |
—ме |
|
таллопленочный резистор |
для температурной компен |
|
сации чувствительности; |
Rf{ —термистор для |
темпе |
ратурной компенсации чувствительности; |
мед |
|
ное сопротивление для балансировки моста; /?£2 |
“ кон* |
|
стантановый резистор для |
балансировки моста; |
|
резистор для согласования внутреннего сопротивле |
||
ния; Rz b ~ резистор для согласования выходного си |
||
гнала. |
|
|
тензорезистора, включенные в мостовую схему Уитстона
(фиг. 7.39).
В цепи питания размещается комбинация сопротивлений для температурной компенсации чувствительности ИП. Сопротивле ния RZ\ и Rz2 в двух смежных плечах моста служат для балан сировки и температурной компенсации нуля. Кроме того, чув ствительность компенсируется с помощью R z b , а выходное со противление— с помощью R z a , так что можно производить за мену ИП без коррекции чувствительности.
7.4.3.2. Конструкция и динамические характеристики
Внешний вид ИП давления серии DWH5—DWH200 показан на фиг. 7.40. Все элементы, воспринимающие измеряемое давле ние, сделаны из нержавеющей стали. Тензорезисторы гермети чески защищены.
На фиг. 7.41 показана принципиальная схема конструкции. Для этой модели по электромеханической аналогии [16] спра ведлива эквивалентная схема, представленная на фиг, 7.42.
184 7. Полупроводниковые измерительные преобразователи
гармоники собственной частоты (подробнее см. [10]):
а я „ = |
i.eo -^4, |
(7.47) |
|
пга |
|
ЯР = |
(1 —V2) г® |
(7.48) |
0,196----ш -^-. |
где рр — плотность материала мембраны. Суммарная деформа ция упругого чувствительного элемента составляет, согласно фиг. 7.42,
~ |
р р ~ |
+ ( а Ш р ~ ~ |
1 - (со/шг )2 ’ |
^7 ' 4 9 ^ |
а при собственной круговой частоте мембраны ИП
1
(7.50)
УЩ*Гр
Собственная частота является важным параметром при ди намических измерениях. У ИП давления серии DWH5—DWH200 fr возрастает пропорционально корню квадратному из соответ ствующей области номинальных давлений.
7.4.8.3. Технические характеристики
Таблица 7.6
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИП ДАВЛЕНИЯ С ПОЛУПРОВОДНИКОВЫМИ ТЕНЗОРЕЗИСТОРАМИ
Характеристика
Номинальное давление
Допускаемая перегрузка
Выходное напряжение ит д при
номинальном давлении и номиналь ном напряжении питания
Размер |
|
|
Модели DWH |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
ность |
5 |
10 |
20 |
50 |
100 |
200 |
|
||||||
кг/см2 |
5 |
10 |
20 |
50 |
100 |
200 |
|
|
50?4 |
номинального давления |
|
||
мВ |
|
100 |
|
|
|
|
Номинальное напряжение питания |
В |
6 |
|
Основная погрешность |
|
< ± 0 ,5 « измеренного значения |
|
Дрейф нуля в интервале от 0 до |
96/10 °С |
< ± 0 , 2 |
номинального значения |
+60 °С |
«/10 °с |
|
|
Температурная зависимость коэф |
< ± 0 , 2 |
измеренного значения |
|
фициента чувствительности в ин |
|
|
|
тервале от 0 до +60 °С |
°с |
|
|
Рабочий температурный диапазон |
-30 ... |
+100 |
|
Температурный диапазон хранения |
°с |
-40 ... |
+100 |
Собственная резонансная частота |
кГц |
6 ... 36 в зависимости от номиналь |
|
|
|
ного давления |
|
Зона нечувствительности |
СМ3 |
< 2 |
|
Посадочное гнездо |
|
М20Х1.5 |
|
Масса |
г |
<900 |
|
7.4. ИП давления |
185 |
7.4.3.4. Области применения
ИП давления с полупроводниковыми тензорезисторами се рии DWH5—DWH200 могут применяться для измерения как ста тических, так и динамических давлений. Главная их область применения — производственная измерительная техника. ИП да вления помогают дистанционно измерять давления газов и жидкостей. Они используются для контроля и регулирования производственных процессов. Кроме того, ИП давления с полу проводниковыми тензорезисторами помогают решать различные проблемы измерения давлений, возникающие при научных ис следованиях во многих областях техники.
7.4.4.Методические погрешности при измерениях давлений газов
ижидкостей
7.4.4.1.Влияние изменения объема предмембранной полости за счет прогиба мембраны и измерительной поверхности мембраны
При прецизионных измерениях в камерах давления малого объема освобождающийся за счет прогиба мембраны объем Vа может вызвать погрешности измерения. Из уравнения (7.35) имеем
Кл = 4 ш > ( 0 ) . |
(7.51) |
Прогиб в середине пластины по уравнению (7.36) различен для разных областей номинального давления. При номинальном да влении для DWH5 он составляет примерно 0,1 мм и умень шается до 0,02 мм для DWH200 при радиусе мембраны га= 17 мм.
При динамических измерениях погрешности измерения могут быть вызваны: 1) несовпадением между коэффициентом отра жения ИП давления, установленного заподлицо со стенкой ре зервуара, и коэффициентом отражения стенки резервуара или 2) совпадением диаметра мембраны с длиной волны.
7.4.4.2. Влияние подсоединительного /санала
Если ИП находится выше или ниже нулевого уровня, то при статических измерениях следует исключить собственный вес столба жидкости. Его гидростатическое давление составляет [1]
Ар = рgF АН, |
(7.52) |
где р — плотность, g — ускорение силы тяжести в месте измере ния в м/с2, F = (1/9,80665) • [(кгс • с2)]/(кг • м)] — коэффициент пересчета, АН— высота столба жидкости.
Пример : объект измерения — масло.
Рмасла = 0,9 г/см3; АН = 100 см; Ар = 0,09 кг/см2.