Тензоэлектрические датчики. По быстродействию эти датчики приближаются к пьезоэлектрическим преобразователям. Тензоэлектрические датчики представляют собой упругие мембраны, на которых размещены проволочные, фольговые или полупроводниковые резисторы, сопротивление которых меняется при деформации мембраны под действием давления. Проволочные тензорезисторы проще в изготовлении, но у них коэффициент тензочувствительности на порядок меньше, чем у полупроводниковых резисторов.
Известны преобразователи давления «Сапфир-22», в которых для преобразования силового воздействия давления в электрический сигнал используется сапфировая мембрана с напыленными кремниевыми резисторами. Схема преобразователя «Сапфир-22» типа ДИ, предназначенного для измерения избыточных давлений с верхним пределом измерения 0,4 МПа и выше, приведена на рис. 5.43.
|
|
а) |
б) |
|
Рис. 5.43. Схема измерительного преобразователя давления ДИ |
Рис. 5.44. Упрощенная схема размещения полупроводниковых тензорезисторов на поверхности мембраны |
|
Чувствительным элементом датчика является двухслойная мембрана 1. Давление действует на металлическую мембрану 1, на которой размещена сапфировая мембрана с напыленными тензорезисторами. Составляющие элементы измерительной схемы и усилитель находятся в блоке 2. Принципиальная схема размещения резисторов на поверхности сапфировой мембраны представлена на рис. 5.44.
При
деформации мембраны касательные напряжения et (рис. 5.44, б) имеют постоянный
знак «плюс», тогда как радиальные er его изменяют. В связи с этим сопротивление радиально
размещенных тензорезисторов с ростом давления снижается, а у касательно размещенных
– увеличивается. Это дает возможность увеличить чувствительность датчика и
ввести поправку на изменение температуры. Преобразователи «Сапфир-22»
выпускались в нескольких модификациях: для избыточного давления (ДИ), вакуума
(ДВ), избыточного давления и вакуума (ДИВ), абсолютного давления (ДА), разности
давлений (ДД), гидростатического давления (ДГ). Основной выходной сигнал – постоянного
тока 0 ¸ 5 мА при сопротивлении нагрузки
до 2,5 кОм.
В преобразователях с диапазоном измерения ниже 0,4 МПа (рис. 5.45) используются блоки из двух мембран 1 и 2, жестко соединенных между собой и находящихся под воздействием атмосферного и измеряемого давления (разрежения), либо разности давлений. Смещение центра мембран приводит к изгибу рычага 3 и сапфировой мембраны 4 с тензорезисторами. Сигнал об изменении сопротивлений тензорезисторов усиливается в блоке 5.
Чувствительный элемент с монокристаллической структурой кремния на сапфире является основой всех сенсорных блоков датчиков семейства «Метран», в которых реализованы инновационные технологии сервисного обслуживания.
Благодаря небольшим деформациям чувствительных элементов и тщательной температурной компенсации получены образцы датчиков с повышенной надежностью (срок службы до 15 лет) и стабильностью характеристик, обеспечена виброустойчивость, так что предельная погрешность приборов снижена до 0,1 %.
Для измерения сверхвысоких давлений в диапазоне 250 ¸ 1600 МПа используются датчики сопротивления манганиновые, в которых чувствительным элементом является катушка из манганиновой проволоки. Под действием давления сопротивление катушки изменяется, коэффициент преобразования составляет 2,4×10–11 1/Па. Предельная погрешность этих датчиков не превышает 1 %.
Ионизационные датчики. Для измерения низких давлений в диапазоне 10–1 ¸ 10–8 Па (10–3 ¸ 10–10 мм рт. ст.) используются ионизационные датчики. Схема преобразователя представлена на рис. 5.46.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
