Измерительные преобразователи давления реферат

Обновлено: 28.06.2024

Название работы: Классификация средств измерения давления. Общепромышленные измерительные преобразователи давления

Предметная область: Менеджмент, консалтинг и предпринимательство

Описание: Лекция 11. Классификация средств измерения давления. Общепромышленные измерительные преобразователи давления. Классификация средств измерения давления. Для прямого измерения давления жидкой или газообразной среды с отображением его значения непосредственно н.

Дата добавления: 2013-07-08

Размер файла: 116 KB

Работу скачали: 74 чел.

Классификация средств измерения давления. Общепромышленные измерительные преобразователи давления.

Классификация средств измерения давления.

Для прямого измерения давления жидкой или газообразной среды с отображением его значения непосредственно на шкале, табло или индикаторе первичного измерительного прибора применяются манометры (ГОСТ 8.271-77).

Если отображение значения давления на самом первичном приборе не производится, но он позволяет получать и дистанционно передавать соответствующий измеряемому параметру сигнал, то такой прибор называют измерительным преобразователем давления (ИПД), или датчиком давления . Возможно объединение этих двух свойств в одном приборе (манометр-датчик).

Манометры классифицируют по принципу действия и конструкции, по виду измеряемого давления, по применению и назначению, по типу отображения данных и другим признакам (рис. 1).

По принципу действия манометры можно подразделить на жидкостные (измеряемое давление уравновешивается гидростатически столбом жидкости воды, ртути соответствующей высоты), деформационные (давление определяется по величине деформации и перемещения упругого чувствительного элемента УЧЭ мембраны, трубчатой пружины, сильфона), грузопоршневые (измеряемое или воспроизводимое давление гидростатически уравновешивается через жидкую или газообразную среду прибора давлением веса поршня с грузоприемным устройством и комплектом образцовых гирь), электрические (давление определяется на основании зависимости электрических параметров: сопротивления, емкости, заряда, частоты чувствительного элемента ЧЭ от измеряемого давления) и другие (тепловые, ионизационные, термопарные и т.п.).

В промышленности при локальных измерениях давлений энергоносителей в большинстве случаев используются деформационные манометры на основе одновитковой трубчатой пружины трубки Бурдона для прямопоказывающих стрелочных приборов или с многовитковыми пружинами для самопишущих манометров), но на смену им всё чаще приходят электрические манометры с цифровым табло и развитой системой интерфейсов.

По виду измеряемого давления манометры подразделяют на приборы измерения избыточного и абсолютного давления собственно манометры, разрежения вакуумметры , давления и разрежения мановакуумметры , атмосферного давления барометры и разностного давления дифференциальные манометры (дифманометры). Манометры, вакуумметры и мановакуумметры для измерения небольших (до 20 - 40 кПа) давлений газовых сред называют соответственно напоромерами , тягомерами и тягонапоромерами , а дифманометры с таким диапазоном измерения микроманометрами (ГОСТ 8.271-77). Технические характеристики всех этих средств измерения давления определяются соответствующими общими техническими условиями (ГОСТ 2405-88, ГОСТ 18140-81 и другими).

По области применения манометры подразделяют на общепромышленные , или технические, работающие в промышленных условиях (при перепадах температур и влажности окружающей среды, вибрациях, загрязнении внешней среды и т.п.), лабораторные (приборы повышенной точности для использования в комфортных и стабильных условиях лабораторий), специальные (применяются в экстремальных условиях: на железнодорожном транспорте, судах, котельных установках, при работе с кислотными и другими агрессивными средами), образцовые (для поверки рабочих манометров) и эталонные (хранители единиц давления с целью передачи их образцовым приборам).

Рис. 1. Классификация манометров

По типу отображения значений измеряемого давления манометры подразделяют на прямопоказывающие с визуальным считыванием данных непосредственно по аналоговой (стрелочной) или цифровой шкале прибора, на сигнализирующие (электроконтактные) с выдачей управляющего электрического сигнала путем замыкания или размыкания контактов при достижении измеряемым давлением заранее установленного контрольного значения, на регистрирующие (самопишущие) с записью в память значений давления как функции времени и их отображением на электронном табло.

Манометры выполняют функцию локального контроля и в большинстве случаев из-за отсутствия возможности дистанционного доступа к их показаниям (за исключением манометров с унифицированным выходным электрическим сигналом) не могут использоваться для целей современной автоматизации. Такую возможность обеспечивают измерительные преобразователи давления (рис. 2).

Рис. 2. Классификация измерительных преобразователей давления

Известны десятки способов преобразования давления в электрический сигнал, но только некоторые из них получили широкое применение в общепромышленных ИПД. По принципу действия, или способу преобразования измеряемого давления в выходной сигнал, первичные ИПД подразделяют прежде всего на деформационные и электрические . В первых деформационные перемещения УЧЭ (мембраны, сильфона, трубки Бурдона) трансформируются с помощью дополнительных промежуточных механизмов и преобразователей (например, магнитотранзисторного или оптоэлектронного) в электрический или электромагнитный сигнал, а во вторых измеряемое давление, оказывая воздействия на ЧЭ, изменяет его собственные электрические параметры: сопротивление, ёмкость или заряд, которые становятся мерой этого давления. Подавляющее большинство современных общепромышленных ИПД реализованы на основе ёмкостных (используют УЧЭ в виде конденсатора с переменным зазором: смещение или прогиб под действием прилагаемого давления подвижного электрода-мембраны относительно неподвижного изменяет ёмкость УЧЭ), пьезоэлектрических (основаны на зависимости поляризованного заряда или резонансной частоты пьезокристаллов: кварца, турмалина и других от давления) или тензорезисторных (используют зависимость активного сопротивления проводника или полупроводника от степени его деформации) принципах. В последние годы получили развитие и другие принципы создания ИПД: волоконно-оптические, гальваномагнитные, объемного сжатия, акустические, диффузионные и т. д.

На сегодняшний день самыми популярными в СНГ являются тензорезисторные ИПД. Тензорезисторные чувствительные элементы ТРЧЭ (в переводной литературе их иногда называют пьезорезисторными, не надо путать с пьезоэлектрическими) представляют собой металлическую и/или диэлектрическую измерительную мембрану, на которой размещаются тензорезисторы (чаще всего в виде уравновешенного измерительного моста) с контактными площадками для проводного подключения к внутренней или внешней электроизмерительной схеме электронному блоку обработки. Деформация мембраны под воздействием внешнего давления Р приводит к локальным деформациям тензорезисторного моста и его разбалансу изменению сопротивления, которое измеряется электронным блоком (рис. 3).

Рис. 3. Структурная схема первичного тензорезисторного ИПД

По выходному сигналу ИПД подразделяются на аналоговые и цифровые .

Основной парк действующих ИПД относится к аналоговым с унифицированным токовым сигналом 0. 5, 0. 20 или 4. 20 мA. В последнее десятилетие наметился переход к ИПД с цифровым выходом. Широкое распространение получил цифровой протокол HART . Этот открытый стандартный гибридный протокол двунаправленной связи предусматривает передачу цифровой информации поверх стандартного аналогового сигнала 4-20 мA. Бурно развивается системная интеграция первичных преобразователей с использованием различных разновидностей промышленных сетей Foundation ( Fieldbus , ModBus , Profibus и др.). При этом используется полностью цифровой коммуникационный протокол для передачи информации в обоих направлениях между ИПД и системами управления, существенно облегчая взаимозаменяемость приборов разных мировых производителей. В отечественных цифровых ИПД пока преобладают такие цифровые интерфейсы, как ДДПК (двоично-десятичный параллельный код), ИРПС (интерфейс радиальный последовательный) и RS-232C.

ИПД различаются, кроме того, по видам измеряемого давления, используемым единицам измерения и ряду основных технических параметров (ГОСТ 22520_85): диапазону измеряемого давления (выбирается для каждой модели из стандартного ряда давлений), пределу основной допускаемой погрешности (определяется при нормальной температуре + 25°С от верхнего предела диапазона измерения и включает в себя, как правило, погрешности от гистерезиса ЧЭ, его линейности и воспроизводимости результатов измерения), пределу дополнительной температурной погрешности (этот предел задается от изменения температуры относительно нормальной на каждые 10 или 28 °С или на весь температурный диапазон работы), допустимому рабочему диапазону температур окружающей среды (иногда дополнительно указывают допустимый и диапазон температур технологического процесса или измеряемой среды и корпуса прибора), динамическому диапазону измерения давлений (отношению максимального значения измеряемого давления к минимальному), стабильности метрологических характеристик во времени (как процент от верхнего предела диапазона измерения в течение 6 или 12 месяцев), устойчивости к вибрациям, защите от высокочастотных помех, климатическим и взрывозащищенным исполнениям
(ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 14254-96), требованиям к источнику питания и по другим параметрам.

Общепромышленные измерительные преобразователи давления

Современные общепромышленные ИПД это интеллектуальные, со встроенным микропроцессором, интегральные преобразователи с цифровым интерфейсом. Они обладают свойствами диагностики и конфигурирования на расстоянии (установка нуля и диапазона шкалы, выбор технических единиц, ввод данных для идентификации и физического описания
датчика и т. п.), обеспечивают более высокое соотношение измеряемых диапазонов, улучшенную температурную компенсацию, повышенную основную точность. Однако это не значит, что другие ИПД уже не нужны: каждый тип ИПД имеет свою эффективную пользовательскую нишу.

Преобразователь давления — измерительный прибор, предназначенный для непрерывного измерения давления различных сред и последующего преобразования измеренного значения в унифицированный выходной сигнал по току или напряжению. Преобразователи давления часто называют датчиками давления. Давление определяется как единица силы создаваемая на единицу площади поверхности. В системе СИ единицей измерения давления является Паскаль (Па). Один Паскаль равен силе в один Ньютон, приложенной на площадь в один квадратный метр (Па = Н / м²).

В зависимости от вида измеряемого давления, преобразователи давления делятся на несколько видов.

Преобразователи избыточного давления

Рисунок 1 — Датчик давления общепромышленный PTE5000

Данные преобразователи измеряют давление, создаваемое какой-либо средой относительно атмосферного давления. Этот тип преобразователей давления является самым распространенным и применяется практически во всех отраслях промышленности: ЖКХ, энергетика, водоподготовка, водоочистка, системы отопления, кондиционирования и вентиляции, пищевая промышленность, химия и др.

Преобразователи абсолютного давления

Рисунок 2 — Датчик давления общепромышленный CER-1

Преобразователи вакууметрического давления (разряжения)

Рисунок 3 — Преобразователь абсолютного давления. Датчики Klay.

Эти датчики измеряют уровень разряжения (вакуума) относительно атмосферного давления. На сегодняшний день вакуумные процессы находят широкое применение в таких отраслях, как пищевая промышленность (вакуумная упаковка, вакуумный транспорт), металлургическая промышленность и производство РТИ (литье под вакуумом), автомобилестроение и др.

Преобразователи гидростатического давления (гидростатические уровнемеры)

Таблица перевода популярных единиц измерения давления

Единицы	Па	кПа	МПа	кгс/см²	мм рт.ст.	мм вод.ст.	бар
1 Па	1	10 –3	10 –6	10,197 16 х 10 –6	0,007 500 62	0,101 971 6	0,000 01
1 кПа	1 000	1	10 –3	0,010 197 16	7,500 62	101,971 6	0,01
1 МПа	1 000 000	1 000	1	10,197 16	7 500,62	101 971,6	10
1 кгс/м 2	9,806 65	9,806 65 х 10 –3	9,806 65 х 10 –6	0,000 1	0,073 555 9	1	98,066 5 х 10 –6
1 кгс/см 2	98 066,5	98,066 5	0,098 066 5	1	735,559	10 000	0,980 665
1 мм рт.ст. (при 0 °C)	133,322 4	0,133 322 4	0,000 133 322 4	0,001 359 51	1	13,595 1	0,001 332 24
1 мм вод.ст. (при 0 °C)	9,806 65	9,807 750 х 10 –3	9,806 65 х 10 –6	0,000 1	0,073 555 9	1	98,066 5 х 10 –6
1 бар	100 000	100	0,1	1,019 716	750,062	10 197,16	1

Конструкция преобразователей давления

Рисунок 4 — Схема конструкции преобразователей давления

На рисунке снизу приведена общая схема конструкции преобразователей давления. В зависимости от типа датчика, производителя прибора и особенностей применения, конструкция может меняться. Данная схема предназначена для ознакомления с основными элементами типового измерительного преобразователя давления.

На рынке существует 4 основных типа сенсоров, основанных на тензорезистивном методе преобразования, которые используют все существующие производители преобразователей давления. Рассмотрим каждый тип отдельно.

Типы сенсоров

1. Толстопленочные сенсоры на металлической/керамической мембране

Толстопленочный сенсор на металлической/керамической мембране

Данный тип тензорезистивных сенсоров является самых дешевым, и, как следствие, широко используется для производства недорогих преобразователей давления неагрессивных сред (вода, воздух, пар).

Толстопленочные сенсоры обладают следующими особенностями:

Самое недорогое решение;
Низкая точность — 0,5% или 1%;
Измерение только высокого давления — от 1 бар и выше;
Низкий запас по перегрузке, не более 2-кратной;
Отсутствие термокомпенсации.

2. Тонкопленочные сенсоры на стальной мембране

Тонкопленочные сенсоры на стальной мембране

Тонкопленочные сенсоры на стальной мембране были разработаны специально для применения в составе преобразователей высокого (более 100 бар) давления. Они обеспечивают хорошую линейность и повторяемость при работе с высокими значениями давления.

Особенности тонкопленочных сенсоров:

Применяются только для высоких давлений — от 6 бар;
Точность — не более 0,25%;
Низкий запас по перегрузке, не более 2-х, иногда 4-кратной;
Отсутствие термокомпенсации.

3. Керамические тензорезистивные сенсоры

Керамические тензорезистивные сенсоры

Данный вид сенсоров используется для высокоточного измерения давления сред, не агрессивных к материалу керамики (как правило Al2O3), кроме пищевых продуктов (т. к. необходимо использование уплотнителя сенсора) и вязких сред. Данный тип сенсоров используют практически все ведущие производители преобразователей давления.

Применяются для измерения как низкого так и высокого давления;
Высокая точность — до 0,1%;
Средняя устойчивость к перегрузкам;
Шероховатая поверхность (нежелателен контакт с пищевыми средами).

4. Кремниевые тензорезистивные сенсоры

Кремниевые тензорезистивные сенсоры

Кремниевые тензорезистивные сенсоры широко применяются всеми ведущими производителями преобразователей давления в сочетании с защитной разделительной мембраной из нержавеющей стали (или других химически стойких сплавов) для высокоточного измерения давления различных сред. Использование сварной разделительной мембраны из нерж. стали позволяет применять данный тип сенсоров в пищевой промышленности и для вязких сред.

Применяются для измерения как низкого, так и высокого давления;
Высокая точность — до 0,1%;
Высокая устойчивость к перегрузкам.

Содержание

Введение 3
Устройство датчиков давления 4
Принцип действия датчиков давления 5
Достоинства и недостатки 9
Области применения 11
Список использованной литературы 13

Работа содержит 1 файл

промышленный датчики.doc

В датчиках давления всегда испытывается большая потребность, и они находят весьма широкое применение. Принцип регистрации давления служит основой для многих других типов датчиков, например датчиков массы, положения, уровня и расхода жидкости и др. В подавляющем большинстве случаев индикация давления осуществляется благодаря деформации упругих тел, например диафрагмы, трубки Прудона, гофрированной мембраны. Такие датчики имеют достаточную прочность, малую стоимость, но в них затруднено получение электрических сигналов. Потенциалометрические (реостатные), емкостные, индукционные, магнитострикционные, ультразвуковые датчики давления имеют на выходе электрический сигнал, но сравнительно сложны в изготовлении. Датчик давления — это измерительное устройство, с изменяемыми физическими параметрами. Суть работы заключается в том, что параметры меняются в зависимости от давления среды (измеряться может давление пара или другого газа, а также жидкости). Устройство преобразует давление в электрический или пневматический сигнал, а также в цифровой код. Помимо преобразования давления, данный вид датчика служит для измерения перепада давлений и разряжений.

В состав любого датчика давления входит:

первичный преобразователь давления с чувствительным элементом;
различные по конструкции корпусные детали;
схемы для повторной обработки сигнала.

В общих чертах, датчик давления необходим для замера давления в жидких и газообразных средах. Их применение в промышленности достаточно широко распространено. Машиностроение, энергетика, пищевая промышленность и химическое производство - ни одна из этих областей не может обойтись без этого устройства. Так как разновидностей датчиков давления достаточно много, для удобства все их разделяют на три вида по типу давления, которое они замеряют: датчики абсолютного давления (отсчет ведется от состояния вакуума), датчики относительного давления (отсчет начинается с атмосферного давления), датчики дифференциального давления (их задача определить разницу между замеряемыми давлениями.

Датчики абсолютного давления измеряют внешнее давление относительно вакуума (нулевого давления), который запечатывается в эталонную камеру при производстве датчика.

Датчики дифференциального давления измеряют разницу между давлениями, одновременно приложенными к противоположным сторонам диафрагмы.

Датчики шаблонного давления, это частный случай датчика дифференциального давления. В качестве одного из давлений, приложенных к диафрагме, берется атмосферное давление.

Устройство датчиков давления

Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент и приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей и устройства вывода.

В датчиках давления всегда испытывается большая потребность, и он находят весьма широкое применение. Принцип регистрации давления служит основой для многих других типов датчиков, например, датчиков массы, положения, уровня и расхода жидкости и др. В подавляющем большинстве случаев индикация давления осуществляется благодаря деформации упругих тел, например диафрагмы, трубки Прудона, гофрированной мембраны. Такие датчики имеют достаточную прочность, малую стоимость, но в них затруднено получение электрических сигналов. Потенциалометрические (реостатные), емкостные, индукционные, магнитнострикционные, ультразвуковые датчики давления имеют на выходе электрический сигнал, но сравнительно сложны в изготовлении. В настоящее время в качестве датчиков давления все шире используются тензометры. Особенно перспективными представляются полупроводниковые тензометры диффузионного типа. Диффузионные тензометры на кремниевой подложке обладают высокой чувствительностью, малыми размерами и легко интегрируются с периферийными схемами. Путем травления по тонкопленочной технологии на поверхности кристалла кремния с n-продимостью, формируется круглая диафрагма. На краях диафрагмы методом диффузии наносятся пленочные резисторы, имеющие p-проводимость. Если к диафрагме прикладывается давление, то сопротивление одних резисторов увеличивается, а других - уменьшается. Выходной сигнал датчика формируется с помощью мостовой схемы, в которою входят эти резисторы. Полупроводниковые датчики давления диффузионного типа, подобные вышеописанному, широко используются в автомобильной электронике, во всевозможных компрессорах. Основные проблемы - это температурная зависимость, неустойчивость к внешней среде и срок службы. Тензометрия (от лат. tensus — напряженный и греч. metron — мера) — способ измерения напряженно-деформированного состояния конструкции. Базируется на определении напряжений и деформаций в наружных слоях детали с помощью тензодатчиков и регистрирующей аппаратуры. Тензодатчик, представляет собой резистор, сопротивление которого изменяется при деформации. Его приклеивают к поверхности тестируемой детали, так чтобы он деформировался вместе с ней. Используются одиночные тензорезисторы или блоки тензорезисторов, соединённые по схеме моста или полумоста. Регистрирующая аппаратура называется тензостанция. До 1980-х годов она представляла собой комплекс самописцев, регистрирующих значения сигналов датчиков на бумаге. Развитие компьютерной техники и АЦП изменило облик этой аппаратуры. На настоящий момент стала возможна не только регистрация сигналов тензодатчиков, но и их компьютерный анализ в реальном времени и автоматическая выдача управляющих сигналов для изменения режима работы тестируемой конструкции. Тензометрия широко используется для измерения веса.

Принцип действия датчиков давления

Оптические датчики давления могут быть построены на двух принципах измерения: волоконно-оптическом и оптоэлектронном.

Волоконно-оптические

Волоконно-оптические датчики давления являются наиболее точными и их работа не зависит от колебания температуры. Чувствительным элементом является оптический волновод. Об измеряемой величине давления в таких приборах обычно судят по изменению амплитуды и поляризации проходящего через чувствительный элемент света.

Оптоэлектронные

Датчики этого типа состоят из многослойных прозрачных структур. Через эту структуру пропускают свет. Один из прозрачных слоев может изменять свои параметры в зависимости от давления среды. Есть 2 параметра, которые могут изменяться: первый это показатель преломления, второй это толщина слоя. На иллюстрации показаны оба метода, изменение показателя преломления — рисунок а, изменение толщины слоя — рисунок б.

Понятно, что при изменении этих параметров будут меняться характеристики проходящего через слои света, это изменение будет регистрироваться фотоэлементом. Более подробно об оптоэлектронных датчиках давления можно почитать. К достоинствам датчика этого типа можно отнести очень высокую точность.

Другое название таких датчиков — индуктивные. Чувствительная часть таких датчиков состоит их Е-образной пластины, в центре которой находится катушка, и проводящей мембраны чувствительной к давлению. Мембрана располагается на небольшом расстоянии от края пластины. При подключении катушки, создается магнитный поток, который проходит через пластину, воздушный зазор и мембрану. Магнитная проницаемость зазора примерно в тысячу раз меньше магнитной проницаемости пластины и мембраны. Поэтому, даже небольшое изменение величины зазора влечет за собой заметное изменение индуктивности.

Имеет одну из наиболее простых конструкций. Состоит из двух плоских электродов и зазора между ними. Один из этих электродов представляет собой мембрану на которую давит измеряемое давление, вследствие, чего изменяется величина зазора. То есть, по сути, этот тип датчиков представляет собой конденсатор с изменяющейся величиной зазора. А как известно емкость конденсатора зависит от величины зазора. Емкостные датчики способны фиксировать очень маленькие изменения давления.

Тоже очень простой измерительный прибор. Работает по принципу сообщающихся сосудов. На один из этих сосудов давить измеряемое давление. Давление определяется по величине ртутного столба.

Пьезоэлектрические

Чувствительным элементом датчиков этого типа является пьезоэлемент —материал, выделяющий эклектический сигнал при деформации (прямой пьезоэффект). Пьезоэлемент находится в измеряемой среде, он будет выделять ток пропорциональный величине изменения давления. Так как электрический сигнал в пьезоматериале выделяется только при деформировании, а при постоянном давлении деформирование не происходит, то этот датчик пригоден только для измерения быстро меняющегося давления.

Пьезорезонансные

Этот тип тоже использует пьезоэффект, только в отличие от прошлого типа тут используется обратный пьезоэффект — изменение формы пьезоматериала в зависимости от подаваемого тока. В датчиках данного типа используется резонатор (например пластина) из пьезоматериала, на которую нанесены с двух сторон электроды. На электроды по переменно подается напряжение разного знака, таким образом пластина изгибается то в одну то в другую сторону с частотой подаваемого напряжения. Но если на эту пластину подать силу, например мембраной чувствительной к давлению, то частота колебания резонатора изменится. Частота резонатора и будет показывать величину, с которой давление давит на мембрану, а она в свою очередь давит на резонатор.

В качестве примера, на рисунке приведен пьезорезонансный датчика абсолютного давления. Он выполнен в виде герметичной камеры 1. Герметичность достигается соединением корпуса 2, основания 6 и мембраны 10, которая крепится к корпусу с помощью электронно-лучевой сварки. На основании 6 закреплены два держателя: 4 и 9. Держатель 4 крепится к основанию с помощью специально перемычки 3 и он держит силочувствительный резонатор 5. Держатель 9, установлен для крепления опорного пьезорезонатора 8.

Мембрана 10 передает усилие через втулку 13 на шарик 6, закрепленный в держателе 4. Шарик 4 передает силу давления на силочувствительный резонатор 5.

Провода 7 крепятся на основании 6 и служат для соединения резонаторов 5 и 8 с генераторами 17 и 16 Выходной сигнал абсолютного давления формируется схемой 15 из разности частот генераторов. Датчик давления помещен в активный термостат 18 с постоянной температурой 40 градусов Цельсия. Измеряемое давление подается через штуцер 12.

Резистивные

По-другому этот тип датчиков называет тензорезистивный. Тензорезистор — это элемент, изменяющий свое сопротивление в зависимости от деформирования. Эти тензоризисторы устанавливают на мембрану чувствительную к изменению давления. В итоге, при давлении на мембрану она изгибается и изгибает тензоризисторы, закреплеые на ней. Вследствие чего, сопротивление на них меняется и меняется величина тока в цепи. Чувствительные элементы датчиков базируются на принципе измерения деформации тензорезисторов, припаянных к титановой мембране, которая деформируется под действием давления. Тензорези́стор (от лат. tensus — напряжённый и лат. resisto — сопротивляюсь) — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации. Тензорезисторы используются в тензометрии. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов. Тензорезистор является основной составной частью тензодатчиков, применяющихся для косвенного измерения силы, давления, веса, механических напряжений, крутящих моментов и пр.

Электрические измерительные приборы состоят из датчика и указателя (приемника), соединенных между собой проводами. Датчик устанавливается в месте измерения и преобразует измеряемую физическую величину в электрический сигнал. В приемнике этот сигнал испытывает обратное преобразование с помощью стрелки и шкалы, отградуированной в единицах физической измеряемой величины.

Электронные измерительные системы расширяют возможности как в количестве контролируемых параметров, так и в способах отображения информации. В частности, в таких системах приборный щиток может быть заменен дисплеем.

Обязательным элементом датчика давления является мембрана – плоская или гофрированная пластина, выполненная из бронзы или какого-либо иного упругого материала, жестко зажатая по краям. Герметичная полость, расположенная под мембраной, должна соединяться через штуцер с полостью измерения давления. В большинстве случаев мембрану снабжают жестким центром, на котором укрепляют устройство, связывающее мембрану с передающим механизмом. С изменением давления мембрана прогибается и ее жесткий центр перемещается. Связь перемещения жесткого центра h с величиной измеряемого давления Р. как показано на рис. 1, а. нелинейна, причем гофрированная мембрана при прочих равных условиях более чувствительна к изменению давления, чем плоская Отличие датчиков давления друг от друга в основном состоит в том. как в них перемещение жесткого центра преобразуется в электрический сигнал. Это зависит от системы измерения, в которой используется датчик. На рис. 1, 6, изображен датчик давления масла, снабженный реостатным датчиком. Толкатель, закрепленный в жестком центре мембраны, через качалку воздействует на ползунок реостата, который при этом поворачивается вокруг своей оси.

Рис. 1. Мембранные датчики давления

а - зависимость переме- щения жесткого центра мембраны h от давления Р; б - реостатный датчик; в - датчик импульсной систе-мы; г – датчик сигнали-затора; 1 - штуцер; 2 - мембрана; 3 - реостат; 4 - ползунок 5 - упругая пластина с неподвижным контактом; 6 – термо-биметалл со спиралью и подвижным контактом; 7 - регулятор; 8 - неподвижный контакт; 9 - подвижный контакт

Второе плечо П-образной биметаллической пластины закреплено на упругом держателе, положение которого можно изменить поворотом воздействующего на него регулятора. Это позволяет осуществлять настройку датчика, изменяя первоначальное усилие прижатия контактов друг к другу. Изменение давления перемещает жесткий центр мембраны, при этом меняется усилие прижатия контактов друг к другу и соответственно изменяется относительное время нахождения их в замкнутом состоянии.

Датчик сигнализатора аварийного давления (рис. 1, г) имеет простую конструкцию. На жесткий центр мембраны опирается рычаг выключателя, который и замыкает контакты, если давление превышает заданные пределы или, в зависимости от назначения датчика, если давление падает ниже допустимых пределов.

Датчики электронных информационных систем

Применение электроники позволяет расширить класс датчиков, используемых в информационных системах.

Для замера давления используются кремниевые датчики. Путем травления по тонкопленочной технологии на поверхности кристалла кремния формируется круглая диафрагма, на которую методом диффузии наносятся пленочные резисторы. Если к диафрагме прикладывается давление, сопротивление одних резисторов увеличивается, других уменьшается, что и формирует с помощью мостовой схемы сигнал с датчика. Температурная зависимость сигнала таких датчиков требует компенсации.

Пьезорезистивный эффект заключается в изменении проводимости при механическом напряжении в кристалле полупроводника, что связано с изменением подвижности носителей электричества в кристаллической решетке. Коэффициент тензочувствительности у кремния достигает значений от 1 до 150. Как правило, пьезорезисторы формируются в кремниевой диафрагме сразу в виде мостовой схемы, совмещенной с электронным усилителем (интеллектуальный датчик давления). В зависимости от толщины диафрагмы и способа передачи информации эти датчики могут измерять давление в диапазоне 1…10000 Па и до температур порядка 250°С. Точность порядка ±3% (фирма Honeywell). В микроисполнениии (диаметр датчика до 5 мм) они могут сочетаться с чипами, передающими информацию о давлении в шинах. Типовая чувствительность порядка 3 мВ/кПа

В качестве магнитоэлектрических указателей на автомобилях наиболее распространены трехобмоточные логометры. Логометр имеет две обмотки L 1 и L 2, расположенные соосно, но намотанные встречно. Третья обмотка L 3 перпендикулярна первым двум (рис. 2, а). Применение трех обмоток позволяет повысить точность логометра, так как расширяет возможности его шкалы до 120-160 градусов.

Рядом с обмотками располагается постоянный магнит, способный поворачиваться на своей оси. он устанавливается в направлении действия суммарной магнитодвижущей силы всех трех обмоток. Магнит соединен со стрелкой прибора.

датчик автомобиль магнитоэлектрический указатель

Рис 2. Логометрический указатель:

а - электрическая схема; б - векторная диаграмма магнитодвижущих сил обмоток; 1 - подвижный магнит; 2 - неподвижный магнит; 3 – стрелка.

Величина силы тока 1 2 в обмотках L 2 и L 3 постоянна, сила тока Ij в обмотке L 1 изменяется с изменением сопротивления датчика Магнитодвижущие силы (МДС) обмоток F 1 f F 2 и F 3 равны произведению сил тока соответствующих обмоток на число витков обмоток. МДС по вертикальной оси F y создается только обмоткой L 3 F y = F 3 ; МДС по горизонтальной оси F x определяется разностью МДС F ) и F 2 , так как зти обмотки включены встречно F x = F 1 - F 2 . МДС F , по направлению которой устанавливается постоянный магнит, равна геометрической сумме F y и F x . На рис. 2, б представлена векторная диаграмма МДС для случаев, когда МДС F t больше F 2 (сопротивление датчика мало, ток l t велик) и F 2 больше F ^ (велико значение и мало значение Ц). По векторным диаграммам видно, что суммарная МДС F поворачивается относительно горизонтальной оси в зависимости от величины сопротивления датчика влево или вправо, т.е. угол поворота магнита и связанной с ним стрелки прибора стремится к 180°. Все более находят распространение логометры с переключением обмоток электронной схемой, позволяющим расширить шкалу прибора почти до 360°.

К особым достоинствам логометра следует отнести независимость его показаний от величины напряжения питания, так как с ростом напряжения, напри мер, токи всех оомоток, и следовательно, и их МДС возрастают пропорционально, так что суммарная МДС остается прежней. Сопротивление температурной компенсации R ,. Выполняется из провода с малым температурным коэффициентом сопротивления (константан, манганин), оно практически не меняется с изменением темпера-туры, и поскольку его величина значительно превышает сум-марную величину сопротивления обмоток 1_ 2 и L 3 , ток и, следовательно, МДС этих обмоток становятся мало зависимы от температуры. Если обмотки выполнены из провода, сопротивление которого мало реагирует на температуру, то R T отсутствует. На рис. 3. представлена конструкция логометра. Магнит может поворачиваться вокруг своей оси, на корпус которой закреплена стрелка. Обмотки намотаны на пластмассовый каркас. Магнитный экран предотвращает влияние внешних полей на показания прибора. Возврат стрелки в нулевое положение при отключении прибора происходит за счет силы притяжения магнита к небольшому неподвижному магниту, встроенному в нижнюю половину каркаса.

1. Чижков Ю.П., Акимов А.В. Электрооборудование автомобилей. – М.: За рулем, 1999.

2. Асмолов Г.И., Рожков В.М., Соколов В.Г. Виды информации и датчики в системах транспортной телематики: Учебное пособие/ МАДИ. – М., 2008.-74с

3. Данов Б.А., Рогачев В.Д. Электронные приборы автомобилей. – М.: Транспорт, 1994.

Приборы контроля высоких давлений

Контроль качества материалов и сварных соединений

. документацию на контроль, а также проводит систематический контроль за эксплуатацией оборудования и приборов контроля и . давления. По способу создания разности давлений различают схемы с внутренним и внешним избыточным давлением, т. е. избыток давления .

Прибор трехосного сжатия стабилометр

. , но в ручном режиме контроля изменения объема образца и обратного давления. Приборы в которых возможно нагружение . вертикальных и объемных деформаций образца; - приборы для измерения давления в поровой жидкости образца (устройства .

Система автоматики регулирования давления

. оптимальные первичные и вторичные приборы. 3.1 Регулирование и контроль давления пара Для измерения давления пара в паровой магистрали . которого отображается значение температуры. 7.3 Контроль давления теплоносителя в паровой магистрали Для контролирования .

Тепловой контроль и автоматика тепловых сетей

. устройство через персональный компьютер; - автоматический контроль и индикацию наличия неисправностей теплосчетчика и нештатных . с требованиями нормативной документации на данный прибор. Преобразователи давления КРТ смонтировать в соответствии с требованиями .

Читайте также: