Датчики давления (мембранные датчики).

Для малых давлений- кремниевые датчики.

Для больших давлений- магнитоупругие датчики.

Преимущества кремниевых датчиков:

- высокая чувствительность,

- хорошая линейность,

- незначительный гистерезис,

- малое время срабатывания,

- компактная конструкция,

- выходной сигнал несколько вольт на постоянном токе.

Конструкция: кремниевая пластина, часть которой вытравливают до образования тонкой мембраны.На мембране выполняют резистивные элементы.При изменении давления мембрана прогибается и под действием пьезоэлектрического эффекта происходит изменение сопротивления резистивных элементов. Толщина мембраны и геометрическая форма R-элементов определяется областью допустимых давлений.

Недостаток: повышенная температурная чувствительность,которая м. б. скомпенсирована.

Область применения: в зависимости от диапазона давлений:

До 40 м бар- измерение уровня жидкости

До 100 м бар- измерение расхода

До 1 бар- барометры,впрыск топлива ДВС

До 2 бар- измерение разряжения на тракте всасывания ДВС

До 10 бар- давление масла и воздуха в тормозных системах,компрессоры холодильников

До 50 бар-пневматические системы,промежуточные работы

До 500 бар-гидравлические системы(строительные машины).

Обычно 4 однотипных пьезорезистора,образующие мост соединенный таким образом,что при прогибе мембраны сопротивление резисторов R1,R3 вырастает, R2,R4 уменьшается- в результате достигается высокая чувствительность измерительного моста.

Ua=Ucc*(R1R3 – R2R4)/(R1+R2)*(R4+R3):

Компенсация температурной погрешности.

Различают:

-температурный коэффициент смещения 0

-температурный коэффициент чувствительности.

Каждую погрешность компенсируют индивидуально.

Kt0- температурный коэффициент смещения 0»-2*10^-4 1¤К.

Температурная погрешность при нулевом давлении» в 10 раз меньше температурный коэффициент чувствительности Ktч (-2*10^-3 1¤К)

Пассивная компенсация.

Пассивная компенсация чувствительности моста.

Установка нуля шкалы и пассивная компенсация температурного смещения 0 с помощью дополнительного R0.

Подбором шунтирующих резисторов R, R0 и терморезистора Rt можно оказать влияние на смещение 0 и на изменение чувствительности.

Барометр.

На уровне моря давление- 1013мбар=766ммрт.ст..

На высоте 10км-264мбар=198ммрт.ст.

На высоте 20км-55мбар=41ммрт.ст.

Изменение давления от высоты:

Pl=P0*exp(-h/H) или h=H*ln(P0/Pl) (для высотомера)

Где Pl-давление на высоте h,

P0- давление на уровне моря (1013мбар),

H- константа.

В зависимости от погодных условий давление на уровне моря колеблется от 980ммрт.ст. до 1025мбар и соответсвует перепаду высот 500м.

Установка нуля осуществляется делителем R3=R4=20k и P2=10k.Калибровка- резистором P1.

Высотомер.

Аналогичен барометру.

Если чувсствительность датчика 150мВ/бар,то на выходе 15В/бар.

Магнитоупругие датчики (магнитострипционные).

Преимущество:возможность измерения бесконтактным способом механических напряжений в подвижных деталях без уменьшения их жесткости.

Принцип действия магнитоупругих датчиков:на основе магнитоупругого эффекта- изменение магнитных свойств ферромагнитных материалов под действием механических сил.Ферромагнетику при заданном внешнем магнитном поле соответствует определенная магнитная проницаемость и ширина петли гистерезиса. Под действием внешних механических сил происходит смещение границ доменов и изменение направлений их намагниченности, это меняет магнитную проницаемость и форму петли гистерезиса. В поликристаллических телах, изготовленных из материалов с положительной магнитострипцией (железо и его сплавы) под действием растягивающих сил магнитная проницаемость в направлении растяжения увеличивается,а петля гистерезиса сужается.Для материалов с отрицательной магнитострипцией(никель и его сплавы) магнитная проницаемость по направлению растяжения уменьшается,а петля гистерезиса расширяется.

Преобразование измеряемого механического параметра в электрическую величину в магнитоупругих датчиках осуществляется последовательно в три этапа.

1. Преобразование измеряемого параметра в механическое напряжение в материале чувствительного элемента.

2. Преобразование механического напряжения в материале чувствительного элемента в изменениеего магнитных характеристик.

3. Изменение магнитных характеристик чувствительного элемента преобразуются с помощью электро-магнитного преобразователя в изменение выходных электрических параметров датчиков.

Конструктивно магнитоупругие датчики существуют трех видов:

1. Магнитоупругие датчики дроссельного типа.

2. Магнитоупругие датчики трансформаторного типа.

В этих видах происходит сжатие либо растяжение по одной оси.

3. Магнитоупругие датчики, использующие изменение магнитной анизотропии материала(сельсинные датчики трансформаторного типа,поворот).

Дата добавления: 2015-08-13