Датчик вимірювання тиску: принцип роботи

У сучасній промисловості різної спрямованості широко застосовуються датчики вимірювання тиску. Служать вони для максимально точного вимірювання показань в різних середовищах і подальшого отримання даних в електричної або цифровій формі. Основні датчики діляться на оптичні, резистивні, магнітні, п'єзоелектричні, ємнісні, ртутні пьезорезонансние

пристрій датчика

У цього приладу параметри можуть змінюватися в залежності від зміни параметрів в вимірюваної середовищі, наприклад, рідини, газу, або пара. У датчику, характеристики вимірюваного середовища перетворюється в уніфікований код для виведення показників на вказівний прилад.

Датчик складається з первинного перетворювача, який включає в себе чутливий елемент – одержувач тиску, схеми другорядною обробки сигналу, і різні частини корпусу. У деяких випадках обладнується деталями герметизації для умов роботи у вологих і агресивних середовищах.

Класифікація приладів за принципом дії

Від принципу дії або методу, використовуваного при перетворенні вхідного сигналу в електричний вихідний, датчики вимірювання класифікують:

• Тензометрический метод. Чутливі деталі проводять вимірювання опору при впливі на тензорезистор, прикріплений до пружного елементу, який при впливі тиску деформується.
• П'єзорезистивного метод. Працює на основі інтегральних чутливих деталей з кремнію. Перетворювачі з кремнію мають високу чутливість завдяки можливості зміни опору напівпровідника. Для вимірювання характеристик в неагресивних середовищах використовується Low cost – метод виконання обладнання, коли чутливий елемент не обладнаний будь-якими ступенями захисту. У разі роботи в середовищі де, можливо, надання на датчик агресивного речовини, чутливий елемент обладнується герметичним корпусом з розділяє діафрагмою зі сталі, яка передає тиск за допомогою кремнієвої рідини.
• Ємнісний метод. Головною частиною датчика, що працює за таким методом є емкостная осередок. Її робота полягає в зміні електричної ємності між укладанням конденсатора і вимірювальної мембрани в залежності. Головним плюсом можна відзначити захист від деформації, при відсутності тиску мембрана відновлює свою форму, при цьому калібрування такого датчика не потрібно. А також висока стабільність характеристик обумовлена ​​малим впливом похибки температури за рахунок невеликого об'єму рідини, яка заповнює внутрішній обсяг осередку.
• Резонансний метод. За основу роботи за таким принципом взято зміна частоти резонанси коливається елемента при його деформації. З недоліків можна виділити великий час відгуку, і неможливість роботи в агресивних середовищах без втрати вимірювальної точності.
• Індуктивний метод. Грунтується на реєстрації вихрових кайданів. Вимірювальний елемент складається з двох ізольованих котушок металевим екраном. Перетворювач проводить вимірювання зміщення мембрани за відсутності фактичного контакту між двома поверхнями. Електричний струм генерується в котушках таким чином, що заряд і розряд котушки відбувається на рівних відрізках часового проміжку. При зміні положення мембрани створюється струм в зафіксованої котушці, після чого слід зміна індуктивності системи. Зсув даних основної котушки дає можливість про перетворення даних в стандартний сигнал, який за своїми параметрами пропорційний наданому тиску.
• Іонізаційний метод. Працює за принципом реєстрації потік іонізованих частинок, як ламповий діод. Лампа обладнується двома електродами, катодом, анодом, і нагрівачем в деяких випадках.Перевагою є можливість реєструвати дані в середовищах з низьким тиском, в тому числі і вакууму, але при атмосферному тиску таке обладнання експлуатувати не можна.
• П'єзоелектричний метод. Задумка ґрунтується на основі п'єзоелектричного ефекту, в якому п'єзоелемент створює електричний сигнал, пропорційно впливу вимірюваного середовища на нього. Використовується для вимірювання постійно змінюються акустичних і імпульсних середовищ. Володіє широким діапазоном динамічного і приватного вимірювання даних. Володіє невеликою масою, габаритами і високою надійністю при експлуатації у важких умовах.

види датчиків

ємнісний. Володіє найпростішої конструкцією, яка включає в себе два плоских електроди з зазором між ними. Один з них виконаний у вигляді мембрани на яку, виявляється вплив вимірюваного середовища, в результаті чого змінюється зазор між електродами. По суті, цей тип схожий на конденсатор із змінним зазором. Такий датчик в силах зафіксувати навіть невелика зміна показань.

п'єзоелектричний. Основним конструктивним елементом є п'єзоелемент, матеріал який виводить сигнал при наданні на нього вимірюваних характеристик. Знаходиться він в вимірюваної середовищі, і виділяє ток в залежності від величини зміни тиску. Але у зв'язку з тим, що цей елемент змінює свої дані, що виводяться тільки при зміні середовища, то при постійних параметрах він ніякі дані показувати не буде, і придатний для роботи тільки в середовищі де тиск періодично змінюється.

оптичний.

Пристрій роботи таких датчиків може полягати на основі двох принципів роботи:

• Волоконно-оптичному. Є найбільш точним і робота з вимірювання не залежить від зміни температурного режиму. Основною частиною для вимірювання доводиться оптичний хвилевід. Про величину вимірювання тиску у такого роду приладах роблять висновок щодо зміни амплітуди і полярності проходить світла через чутливу частину.
• Оптоелектронному. Складається з багатошарової прозорої структури, через яку проходить світло. При цьому один з цих шарів може змінювати показник заломлення і товщину шару в залежності від що чиниться тиску.

На ілюстрації нижче схематично зображено обидва методи роботи. Малюнок, А – зміна заломлення, малюнок Б – зміна шару в товщині.

ртутний.

Елементарний і технічно простий датчик. Працює на основі двох сполучених посудин, на один з який, виявляється тиск, а на другий аналоговим способом виводяться дані, і визначається по паралельно суміщеної вимірювальної шкалою.

магнітний.

Працює на основі індуктивного методу. Чутлива частина полягає в Е-образної планки, посередині якої розташована котушка, і чутлива мембрана, по ній передаються вимірювані параметри. Розташовується мембрана близько пластини, на невеликій відстані від краю. Котушка при включенні, створює магнітний потік, який в свою чергу, слід через планку, зазор і мембрану. Проникність магнітного зазору в кілька сотень разів менше проникності планки і мембрани, тому зміна індуктивності відбувається навіть при невеликій зміні величини зазору.

Пьезорезонансний.

Працює на основі п'єзоефекту, але з однією відмінністю – в цьому випадку використовується зворотний ефект пьезоелемента, заснований на зміну форми матеріалу в залежності від вступника струму. У цьому датчику застосовується резонатор, на якому розташовані два електроди по різні боки, на них по черзі подається струм різної полярності, і внаслідок цього пластина вигинається в різні сторони з урахуванням поступаемой частоти.

Відмінність від манометра

Головним відміну такого роду датчиків, від манометра – то що це прилад, який призначається для вимірювання характеристик без його перетворення.У манометрі від вимірюваних характеристик залежить показання приладу, які виводяться на його аналоговий прилад або дисплей.