Средства проведения теплофизических измерений. Средства измерения температур. Классы точности средств измерений, страница 9

На рисунке 2.20 показан вид пьезоэлектрического датчика Т200. Особенностью данного датчика является наличие водяного охлаждения, для чего на его корпусе предусмотрены входной и выходной штуцеры. Помимо охлаждения в датчиках давления могут быть предусмотрены и другие дополнительные элементы. Так преобразователь ДСП-016, предназначенный для измерения давления в камере сгорания двигателя (до 25 МПа), выполняет и функции свечи зажигания, имея при этом ресурс работы 50 часов. Ниже в таблице 2.3 приводятся характеристики некоторых пьезоэлектрических датчиков давления, выпускаемых СКБ измерительной аппаратуры (г. Нижний Тагил).

Основным недостатком пьезоэлектрических датчиков является быстрое рассасывание даже через хорошую изоляцию сконцентрировавшихся на поверхности кристалла зарядов, поэтому их применяют только для измерения импульсных и быстро изменяющихся давлений.  Для измерения медленно изменяющихся давлений используется резонансный метод измерения, в котором пьезоэлектрический преобразователь определяет частоту генерируемых электрических колебаний, при этом измеряется резонансная частота, которая зависит от давления на ПП, и, как следствие, от деформации этого ПП.

Возникают определенные сложности со снятием характеристики датчиков данного типа. Обычно для этой цели используется специализированный пресс – сначала медленно нагнетается высокое давление (контролируемое по трубчатому манометру), а затем через специальный клапан почти мгновенно сбрасывается. Так как возникающие в процессе нагнетания заряды успевают рассосаться, то при быстром сбросе давления на выходе датчика появляется заряд обратной полярности.

Таблица 2.3

Наименование	Назначение	Диапазон измерений, МПа	Чувствительность, пКл/МПа	Собственная частота, кГц
Т200 (Т200В)	Измерение давления в гидравлических и пневматических приводах и устройствах управления	0 … 20	> 300	> 50
2Т1000	Измерение давления в топливопроводе двигателя внутреннего сгорания, измерение импульсных давлений в пневматических и гидравлических системах	0 … 100	> 30	> 170
2T1500	Регистрация высокого давления в топливной аппаратуре дизельных двигателей: - давление впрыска; - давление в трубопроводе форсунки; - регистрация хода иглы форсунки	0 … 150	> 35	> 160
2T6000	Измерение внутрибаллистических давлений, исследование характеристик порохов.	0 … 600	> 17	> 180

Для измерения постоянных и медленно изменяющихся давлений вместо пьезоэлектрических генераторных датчиков широко используются деформационные манометры, которые в комплексе со средствами измерения деформаций (тензорезисторами) образуют параметрические датчики давления[7].

Одним из первых деформационных манометров  является трубка Бурдона, получившая свое название по фамилии французского фабриканта, который в 1849 получил патент и организовал их производство. Изобретен этот манометр был случайно – немецкий инженер Шинц  стал свидетелем того, как рабочие выправляли случайно деформированный змеевик от дистилляционного аппарата. Один конец змеевика был заглушен, а в другой под высоким давлением подали воду. В 1845 году Шинц впервые применил трубчатый элемент при измерении давления – эту дату принято считать днем рождения деформационных манометров.

В электрических преобразователях давления обычно используют анализ деформации мембраны. Широкое распространение получили датчики давления, у которых мембрана изготовлена из сапфира («Сапфир-22», «Метран-55» и др.). В подобных датчиках используются полупроводниковые (кремниевые) тензорезисторы, выращиваемые непосредственно на сапфировой мембране. Устройство типового тензорезисторного преобразователя давления показано на рисунке 2.21.

Сапфировая мембрана с тензорезисторами 6 жестко соединена по всей плоскости с металлической мембраной, образуя с ней двухслойную мембрану 4, закрепленную в корпусе 1 с крышкой 5 и коллектором 7 и связанную с помощью штока 3 с мембраной 2, воспринимающей измеряемое давление. В датчике «Сапфир-22» вместо штока для передачи усилия на сапфировую мембрану используется касторовое масло, заполняющее пространство между мембранами.