О функциях датчика давления Ремонт и техническое обслуживание автомобилей

Емкостные датчики

Емкостной датчик (см. рисунок 2.42) состоит из параллельных пластин – конденсаторов, соединенных с диафрагмой, которая обычно металлическая и подвергается давлению сил, участвующих в процессе с одной стороны, и опорным давлением на другой стороне. Электроды прикреплены к мембране и получают питание от генератора высокой частоты. Электроды ощущают любое перемещение диафрагмы и это влияет на изменение емкости пластин –конденсаторов. Изменение емкости обнаруживается подсоединенной электрической цепью, которая выводит напряжение в соответствии с изменением давления. Данный тип датчика может работать в диапазоне от 2,5 Па – 70 МПа с чувствительностью 0,07 МПа.

• используются для измерения низких давлений и вакуума;
• высокая стабильность характеристик;
• возможность измерять низкий вакуум;
• стойкость к перегрузкам;
• простота конструкции.

• емкостные пластины могут слипаться в процессе эксплуатации.
• высокие требования к экранировке деталей;
• нелинейная зависимость емкости от приложенного давления;
• необходимость работы на высоких частотах;
• требуют наличия внешнего источника переменного тока.

Средства разработки

X-NUCLEO-IKS01A3 – оценочная плата с датчиками движения и окружающей среды (рисунок 8).

X-NUCLEO-IKS01A3 совместима с компоновкой разъема Arduino UNO R3 и имеет в составе:

• LSM6DSO: MEMS трехосевой акселерометр (±2/±4/±8/±16 g) + трехосевой гироскоп (±125/±250/±500/±1000/±2000 dps);
• LIS2MDL: MEMS трехосевой магнитометр (±50 Гс);
• LIS2DW12: MEMS трехосевой акселерометр (±2/±4/±8/±16 g);
• HTS221: емкостной датчик относительной влажности и температуры с цифровым выходом;
• DIL 24-штырьковый разъем для подключения дополнительных MEMS-датчиков и датчиков другого типа.

По умолчанию X-NUCLEO-IKS01A3 взаимодействует с микроконтроллерами STM32 оценочных плат NUCLEO посредством интерфейса I 2 C. Разработчикам доступна свободная библиотека встроенного ПО для комплексной разработки с примерами кода для всех датчиков в рамках программной экосистемы STM32Cube.

Рис. 8. Оценочная плата X-NUCLEO-IKS01A3

X-NUCLEO-IKS01A2 (рисунок 9), похожая демонстрационная плата с датчиками движения и окружающей среды, является по факту платой расширения для отладочных микроконтроллерных плат семейства STM32 Nucleo.

Рис. 9. Оценочная плата X-NUCLEO-IKS01A2

Плата X-NUCLEO-IKS01A2 включает в себя:

Основное взаимодействие с хост-контроллером на плате STM Nucleo осуществляется по интерфейсу I 2 C.

Индуктивные датчики

Индуктивные датчики давления в сочетании с диафрагмой или трубкой Бурдона. Ферромагнитный сердечник прикреплен к упругому элементу и имеет первичную и две вторичные обмотки. Ток подается на первичную обмотку. Когда сердечник по центру то же напряжение будет индуцироваться к двум вторичными обмотками. Когда сердечник перемещается под влиянием давления, отношение напряжения между двумя вторичными обмотками изменяется. Разность напряжений пропорциональна изменению давления.

На рисунке 2.43 показан пример индуктивного датчика давления с использованием диафрагмы. Для этого вида датчика давления, принимая камеру 1 в качестве эталонной камеры с опорным давлением Р1 подающегося и катушку заряжаемую эталонным током. Когда давление в других камерах изменяется, диафрагма движется и индуцирует ток в другой катушке, который измеряется и выражает измеренное значение тока в единицах давления.

Такие датчики могут быть использованы с любым упругим элементом (хотя, как правило, используются в сочетании с диафрагмой или трубкой Бурдона). Чтение значения создаваемого давления, будет определяться калибровкой напряжения. Таким образом, диапазон давления, в котором может быть использован этот датчик, определяется относительно упругого элемента, но
лежит в диапазоне от 250 Па – 70 МПа.

• высокая чувствительность;
• возможность измерять дифференциальные давления;
• незначительное влияние температуры на точность измерения.

• ограничены упругими элементами;
• сильное влияние магнитного поля;
• чувствительность к вибрациям и ударам;
• более грубые по сравнению с датчиками магнетосопротивления.

Пьезоэлектрические датчики

Пьезоэлектрические датчики используют датчик – кристалл. Когда давление прикладывается к кристаллу, он деформируется и создается небольшой электрический заряд (см. рисунок 2.45). Измерение электрического заряда пропорционально изменению давления. Этот тип датчика имеет очень быстрое время отклика на постоянные изменения давления. Подобно датчику давления основанного на принципе измерения магнетосопротивления, пьезоэлектрический элемент очень чувствителен, но реагирует гораздо быстрее. Таким образом, если время имеет существенное значение, пьезоэлектрический датчик будет приоритетный к использованию. Диапазон давления датчиков такого типа составляет 0,021 – 100 МПа с чувствительностью 0,1 МПа.

• очень быстрое время отклика;
• высокая стабильность характеристик;
• устойчивость к ударным нагрузкам и вибрациям;
• низкие (практически отсутствуют) гистерезисные эффекты;
• возможность измерять давление различных агрессивных средств;
• высокая чувствительность.

• требуют наличия внешнего источника переменного тока;
• ограничение по температуре (до 150 °C);
• малое сопротивление на выводах.

Практика применения датчиков давления STMicroelectronics

Александр Калачев (г. Барнаул)

Растет практика применения миниатюрных MEMS-датчиков давления: лабораторные приборы, смартфоны, портативные гаджеты для фитнеса и контроля здоровья. STMicroelectronics производит обширную линейку этих датчиков на базе собственной технологии VENSENS и предлагает экосистему из датчиков разного типа, средств отладки и программных продуктов для работы.

В современных условиях датчики состояния окружающей среды (или климатические датчики) могут использоваться для различных целей.

Первая и очевидная цель – мониторинг и управление микроклиматом здания или отдельных комнат в составе систем вентиляции и кондиционирования. Отдельного внимания заслуживает управление микроклиматом замкнутых объемов, например, транспортных контейнеров, контейнеров рефрижераторов и тому подобного – это может быть критически важным для сохранности грузов.

Не меньший интерес представляют мобильные и носимые устройства. На текущий момент достаточно большое количество мобильных устройств оснащаются климатическими датчиками, позволяющими добавлять новые функции или сервисы в мобильные приложения.

В качестве носимых устройств часто выступают смарт-часы, фитнес браслеты и прочие подобные устройства, ориентированные в основном на спортивные применения и отслеживание физической активности.

От самих датчиков требуются достаточно высокая точность, разрешающая способность, предельно малые габариты и низкое энергопотребление. В ряде случаев требуется также устойчивость к внешним воздействиям.

Датчики давления в системах управления микроклиматом и в мобильных устройствах присутствуют пока нечасто. Тем не менее, налицо явная тенденция к расширению возможных применений. Помимо климатического контроля и отслеживания погодных явлений, сферами применения датчиков давления являются локальное позиционирование – определение высоты, а также учет физической активности.

Внутренняя структура, режимы работы и реализация программной части для взаимодействия с датчиком давления

Рис. 7. Структурная схема датчиков давления ST Microelectronics

Аналоговая часть представлена сенсорными элементами: пьезорезистивный мост, реагирующий на изменения давления, а также температурный датчик – и состоит из малошумящего усилителя, который преобразует дисбаланс сопротивления первичных сенсоров в аналоговое напряжение. Далее с помощью аналого-цифрового преобразователя показания оцифровываются (давление – 24 бита, температура – 16 бит), подвергаются первичной обработке (фильтрация шумов и термокомпенсация), после чего данные о давлении и температуре могут быть доступны через интерфейс I 2 C/SPI.

Датчик, таким образом, напрямую взаимодействует с микроконтроллером.

Датчики оснащены выводом сигнала готовности к передаче данных, который указывает, когда доступен новый набор данных об измеренном давлении и температуре, что упрощает синхронизацию данных в измерительной системе и освобождает микроконтроллер от необходимости постоянных запросов о готовности.

Все датчики проходят обязательную заводскую калибровку, поправочные данные записываются в энергонезависимую память и копируются в соответствующие регистры датчика при его включении.

Датчики давления имеют три режима работы:

• режим пониженного потребления: отключены все внутренние блоки, кроме I 2 C-интерфейса;
• режим одиночных измерений: измерение запускается по запросу хост-контроллера;
• непрерывный режим: после запуска данного режима измерения производятся автоматически с заданной частотой и разрешением, также в цепь предварительной обработки данных может быть дополнительно включен встроенный фильтр нижних частот.

Для удобства работы датчики имеют 32-элементный FIFO-буфер для хранения выходных значений давления и температуры. Ячейки буфера 40-битные – соответственно 24 бита под данные давления и 16 под температуру. Это обеспечивает экономию энергии и вычислительных ресурсов для системы: хост-процессору не нужно непрерывно опрашивать данные с датчика, он может просыпаться только при необходимости и извлекать данные из FIFO. FIFO-буфер может работать в нескольких режимах: режим обхода (Bypass mode), режим FIFO (FIFO mode), режим потока (Stream mode), режим динамического потока (Dynamic-Stream mode), режим преобразования потока в FIFO (Stream-to-FIFO mode), режим обхода в поток (Bypass-to-Stream) и режим обхода в FIFO (Bypass-to-FIFO mode).

Дополнительно к FIFO датчики давления могут быть сконфигурированы для генерации прерываний, связанных с изменением давления или статусом FIFO-буфера – по срабатыванию условий изменяется уровень на выводе INT_DRDY.

Режимы прерывания, связанные с давлением:

• окончание измерения и готовность данных;
• выход текущего давления за установленные границы

Режимы прерывания, связанные с FIFO:

• по заданному уровню заполнения FIFO;
• по заполнению FIFO;
• по переполнению FIFO.

Емкостной датчик

Принципиальная схема емкостного датчика показана на рисунке.

Металлическая диафрагма установлена между, установленных параллельно конденсаторов. На диафрагме закреплены электроды, питание к которым подведено от генератора высокой частоты.

Жидкость подводится в сильфон, который под действием давления деформирует диафрагму. Деформация диафргамы вызывает изменение емкости конденсаторов.

Механические датчики

Большинство датчиков давления жидкости имеют упругую структуру, где жидкость заключена в небольшой отсек, по меньшей мере, с одной упругой стенкой. При использовании данного метода, показания давления определяются путем измерения отклонения этой эластичной стенки, представляя результат непосредственным отсчетом через соответствующие связи, либо через трансдуцированные электрические сигналы. Упругие датчики давления очень чувствительны, они довольно хрупкие и подвержены вибрации. Кроме того, они, как правило, значительно дороже, чем манометры, и поэтому в основном используются для передачи измеренных данных и измерения разности давлений. Теоретически можно использовать довольно широкий спектр упругих элементов для упругих датчиков давления. Однако большинство устройств используют ту или иную форму трубки Бурдона или диафрагмы.

Давление, подаваемое внутрь трубки Бурдона, вызывает упругую деформацию эллиптического или овального сечения трубки в сторону круга, которая вызывает появление напряжений в продольном направлении, заставляющих трубку разгибаться, а свободный конец трубки перемещаться. Система рычагов и передач превращает это движение и возвращает стрелку, показывающую давление относительно круглой шкалы. Диапазон измерения такого манометра составляет – от 10 Па до 1000 МПа. Трубные материалы могут быть изменены соответствующим образом в соответствии с требуемым условием процесса. Материалом для трубчатых пружин может служить сталь, бронза, латунь. В зависимости от конструктивного исполнения трубчатые пружины могут быть одно- и многовитковые (винтовые и спиральные), S-образные и т. п. Распространены одновитковые трубчатые пружины, используемые в манометрах, которые предназначены для измерения давления жидкостей и газов, а также в таких типах манометров как глубиномер. Датчики С-типа могут быть использованы в диапазонах давлений приближающихся к 700 МПа; они имеют минимальный рекомендованный диапазон давления – 30 кПа (т. е. они не достаточно чувствительны для измерения разности давлений меньше чем 30 кПа).

• портативность;
• низкие эксплуатационные расходы.

• применимы только для статических измерений;
• низкая точность.

Сильфоны имеют цилиндрическую форму и содержат много складок. Они могут деформироваться в осевом направлении при изменении давления (сжатие или расширение). Давление, которое должно быть измерено прикладывается к одной стороне сильфона (внутри или снаружи), тогда как на противоположную сторону действует атмосферное давление. Абсолютное давление может быть измерено путем откачки воздуха из внешнего или внутреннего пространства сильфона, а затем измерением давления на противоположной стороне. Сильфон может быть подключен только к включающим/выключающим переключателям или к потенциометру и используется при низких давлениях, меньше 200 Па с чувствительностью 1,2 Па.

Мембраны изготовлены из круглых металлических дисков или гибких элементов, таких как резина, пластик или кожа. Материал, из которого изготовлена мембрана зависит от того используется ли свойства упругости этого материала или ему должен противостоять другой элемент (например – пружина). Мембраны, изготовленные из металлических дисков, используют упругие характеристики, а тем, которым противостоят другие упругие элементы, изготовлены из гибких элементов. Мембраны очень чувствительны к резким изменениям давления. Мембраной изготовленной из металла можно измерить максимальное давление равное примерно 7 МПа, а мембраной использующей упругий тип материала можно измерять чрезвычайно низкие давления (0,1 кПа –2,2 МПа) при подключении к емкостным преобразователям или к датчикам перепада давления. Диафрагмы бывают плоские, гофрированные и капсульного типа. Как отмечалось ранее, мембраны очень чувствительны (0,01 МПа). Они могут измерять дробные разности давления на очень маленьком диапазоне (скажем, давления нескольких дюймов воды) (эластичный тип) или большие перепады давления (приближаясь к максимальному диапазону в 207 кПа) (металлический тип). Металлические мембраны обладают большой жесткостью, малым гистерезисом, и поэтому способны полностью восстанавливать первоначальную форму после снятия давления. Неметаллические мембраны свойствами самовосстановления формы не обладают, поэтому в них дополнительно вводят пружины и прилегающие к мембране металлические шайбы. Пружина действует через шайбу на мембрану и обеспечивает ей необходимые восстанавливающие свойства.

Примеры упругих элементов датчиков давления приведены на рисунке 2.41.

Мембраны очень универсальны – они обычно используются в очень агрессивных средах или в ситуациях с экстремальными избыточными давлениями.

• быстрое время отклика;
• высокая точность;
• хорошая линейность;
• высокая коррозийная стойкость

Как устроен реостатный датчик давления

Принципиальная схема датчика показана на рисунке.

Жидкость под давлением воздействует на мембрану 1, деформация которой через рычажный механизм передается ползуну 2. Перемещение ползуна вызывает изменение сопротивлений ветвей ce и de, подключенных по мостовой измерительной схеме.

Тензометрический датчик

Принципиальная схема тензометрического датчика для измерения давления показана на рисунке.

Тензометрические датчики 1 наклеены на корпус по двум перпендикулярным направлениям. Корпус под действием давления деформируется, эта деформация вызывает изменение сопротивления проволочных тензодатчиков, в результате происходит разбаланс мостовой схемы, в которую включены датчики.

Показания датчиков тарируются с помощью эталонного манометра.

Класификация

• Датчики абсолютного давления — предназначены для измерения величины абсолютного давления жидких и газообразных сред. Опорное давление — вакуум. Воздух из внутренней полости чувствительного элемента датчика откачан. Например, барометр – частный случай датчика абсолютного давления;
• Датчики избыточного давления — предназначены для измерения величины избыточного давления жидких и газообразных сред. Опорное давление — атмосферное; таким образом, одна сторона мембраны соединена с атмосферой.
• Датчики дифференциального давления — предназначены для измерения разности давления среды и используются для измерения расхода жидкостей, газа, пара, уровня жидкости. Давление подается на обе стороны мембраны, а выходной сигнал зависит от разности давлений.
• Датчики гидростатического давления — предназначены для преобразования гидростатического давления контролируемой среды в сигнал постоянного тока. Измеряют давление столба жидкости, зависящее только от его высоты и от плотности самой жидкости.
• Датчики вакууметрического давления (разрежение) — предназначены для измерения величины вакуумметрического давления жидких и газообразных сред. Опорное давление в этих датчиках также атмосферное. Однако, в отличие от датчиков избыточного давления, измеряемое давление меньше атмосферного, т.е. существует разрежение относительно атмосферы.
• Датчики избыточного давления-разрежения — представляют собой сочетание датчиков избыточного и вакуумметрического давлений, т.е. измеряют как давление, так и разрежение.

Класификация по конструктивному исполнению

• Датчики прямого действия — преобразуют внешнее воздействие непосредственно в электрический сигнал, используя соответствующее физическое явление;
• Составные датчики давления — включают несколько преобразователей энергии.

Класификация по принципу преобразования давления в электрический сигнал

• Тензорезистивный датчик давления;
• Пьезорезистивный датчик давления;
• Ёмкостной датчик давления;
• Резонансный датчик давления;
• Индуктивный датчик давления;
• Ионизационный датчик давления;
• Пьезоэлектрический датчик давления

Датчики давления на современном этапе

Как
видно из табл.
1.2, датчики
давления относятся к наиболее широко
употребительным в технике и составляют
значительную часть широкого производства
микроэлектронных датчиков. Зарубежные
фирмы непрерывно работают как над
созданием новых датчиков, стремясь
увеличить их надежность, повысить срок
службы до десятков тысяч часов, расширить
области применения, так и над
усовершенствованием технологии их
изготовления.

Простота
конструкции датчиков с применением
тонкопленочных преобразователей
обусловлена отсутствием сложной
кинематики для перемещения чувствительного
элемента, благодаря чему повышается
надежность измерительных преобразователей
при работе в жестких условиях эксплуатации.

Новое
поколение металлопленочных тензорезисторных
датчиков давления разрабатывается в
НИИФИ с целью снижения основной
погрешности до 0,1 – 0,2 %, увеличения
ресурса работы до 50000 ч, расширение
диапазона рабочих температур до 600 С,
использование одного датчика для работы
на четырех – пяти диапазонах давления.

В
пьезорезистивных датчиках давления
другого вида используется деформация
на срез в резисторе, находящемся недалеко
от центра мембраны под углом 45
к ней. Такие
датчики имеют четыре вывода: два для
подачи напряжения на резистор и два для
снятия напряжения в центре резистора.

Однако
недостаточное использование
пьезорезонансных преобразователей
давления предопределяется сложностью
технологии изготовления, где велик
процент ручных сборочных и доводочных
операций, а также отсутствием
метрологических исследований и оценок
точностных параметров. Дальнейшие
работы по совершенствованию
полупроводниковых датчиков давления
ведутся в направлении использования
поперечного пьезоэффекта. При этом
возможно значительное улучшение
температурной стабильности нуля и
чувствительности без индивидуальной
температурной настройки датчиков.

Фирма
Settle Systems (США) выпускает емкостные датчики
с вторичными преобразователями типа
280 Е для измерения абсолютного и
избыточного давления жидких и газообразных
сред. У них стандартный выходной сигнал,
малые гистерезис и погрешность при
широком диапазоне измерений. В емкостном
датчике перепада давления фирмы Philips
измерительный узел полностью изготовлен
из спекаемой оксидной керамики.
Измерительный блок представляет собой
плату, на обеих сторонах которой
сформированы обкладки конденсаторов,
соединенные между собой отверстием,
заполняемым несжимаемой жидкостью.
Разность давлений обратно пропорциональна
разности емкостей конденсатора. В
зависимости от толщины мембраны меняется
диапазон измерения.

Повышение
требований к точности измерений давления
(разности давлений) в широком диапазоне
температур и рабочих избыточных давлений
вызвало необходимость использования
средств цифровой обработки измерительной
информации в датчиках. Одно из следующих
направлений развития измерительных
преобразователей – создание так
называемых «интеллектуальных» датчиков
с микропроцессорной обработкой
информации. Особенностями этих датчиков
являются малая погрешность измерения
(до 0,1 %), что обусловлено возможностью
компенсации нелинейности статической
характеристики, коррекции его выходного
сигнала при воздействии ряда возмущающих
величин (температуры, статического
давления, параметров питания и др.);
возможность дистанционного управления
статическими и динамическими
характеристиками датчика; дистанционный
контроль его работоспособности.

Совмещение
в одной конструкции чувствительных
элементов с предварительными
преобразователями сигналов, вычислительными
устройствами и интерфейсами позволяет
получить ряд неоспоримых преимуществ:
сократить до двух–четырех число проводов
в линии связи, сформировать высокоуровневый
выходной сигнал, обеспечить встраиваемость
этих преобразователей в системы,
предназначенные для работы с датчиками
традиционных типов.

В
1994 г. в НИИ «Теплоприбор» изготовлены
опытные образцы «интеллектуальных»
датчиков давления и были проведены
испытания экспериментальных образцов
и блока диалога. На датчик воздействовала
повышенная температура окружающей
среды, изменялось избыточное рабочее
давление, были имитированы электромагнитные
помехи. Опыты показали, что коэффициент
подавления погрешностей этих датчиков
составляет 150–250.

При измерении
давлений можно выделить три вида
измерений:

• измерение
  давления в некотором объеме или среде;
• измерение
  разности между давлением в некотором
  объеме и атмосферным давлением, которое
  в данном случае принимается за начальное;
• измерение разности
  давлений в двух объектах.

Основное
внимание при создании перспективных
датчиков статико–динамических давлений
необходимо уделять повышению стабильности
метрологических характеристик, снижению
температурных погрешностей при
воздействии термоудара, расширению
частотного диапазона (для измерения
ударно–волновых процессов), оптимизации
конструкций чувствительных элементов,
дальнейшей миниатюризации.

Разработки
таких датчиков ведутся в основном по
тонкопленочной и полупроводниковой
технологиям с использованием
тензорезисторного, пьезорезистивного
и емкостного принципов.

При
измерении импульсных давлений применяются
в основном методы, основанные на
зависимости физических свойств среды
от давления, или методы, при которых
давление передается некоторому телу и
затем используется зависимость физических
свойств этого тела от давления.
Достоинствами первой группы методов
является то, что картина поля давлений
остается неизменной. При использовании
датчика, вносимого в среду, можно выделить
при измерении следующие этапы
преобразований:

• преобразование
  поля давлений в среде в поле давлений
  на поверхности датчика;
• преобразование
  поля давлений на поверхности в поле
  напряжений внутри датчика;
• преобразование
  поля напряжений в деформацию датчика;
• преобразование
  деформации в электрический сигнал.

Характерные
погрешности при измерении импульсных
давлений возникают на первом, третьем
и четвертом этапах преобразования.
Погрешности первого этапа связаны с
искажением поля давления. Особенностью
импульсных давлений является высокая
частота и, следовательно, относительно
малая длина волны. Поэтому размеры
вносимых в среду датчиков оказываются
сравнимыми с длинами волн и могут
вызывать существенное искажение поля
давлений из-за дифракции. Для того чтобы
искажение поля было минимальным, размеры
датчика должны быть меньше длины волны.

Погрешности
третьего этапа преобразования определяются
инерционностью преобразования, т.е.
собственной частотой датчика, которая
должна быть значительно выше частоты
измеряемых давлений. Погрешности
четвертого этапа связаны с помехами,
вызываемыми действием источника
импульсного давления.

Основные
достижения в уменьшении габаритных
размеров, повышении чувствительности
и виброустойчивости по датчикам
акустических давлений обусловлены
использованием пьезорезистивного
метода преобразования.

Назначение и область применения датчиков давления. Виды датчиков давления, принцип действия и особенности конструкции

Датчик давления — это устройство, в котором выходные параметры зависят от давления исследуемой среды, будь то жидкость, газ или пар. Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент — приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей, в том числе для герметичного соединения датчика с объектом и защиты от внешних воздействий и устройства вывода информационного сигнала.

Первичные преобразователи имеют чувствительный элемент преобразующий как правило давление в перемещение. В основе принципа действия лежит упругая деформациячувствительного элемента, который выполняется в виде гофрированных мембран, мембранных коробок, сильфонов, манометрических пружин и т.п.

Вторичные преобразователи строятся на основе различных физических явлений.

Резистивные(реостатные и тензорезистивные) 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, закрепленные на ней. Вследствие чего, сопротивление на них меняется и меняется величина тока в цепи. Реостатный представляет собой переменный резистор со скользящим контактом.

Ёмкостные преобразователи используют метод изменения ёмкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. При изменении давления мембрана с электродом деформируется и происходит изменение емкости.

Пьезоэлектрические. Главной особенностью пьезорезистивных датчиков является сам пьезорезистор. Он представляет собой полупроводник, сопротивление которого меняется при деформации или растяжении. В данном случае давление передаётся через заполняющую жидкость от диафрагмы к пьезорезистору. Далее это значение сопротивления поступает в электронный блок, который преобразует сигнал в электрический.

Индукционные датчики основаны на передаче магнитных полей от тела к другому телу, не контактирующим с первым. Иными словами – конструктивно индукционный датчик имеет железный сердечник, в проволочной обмотке, по которой проходит ток. Сердечник соединен с диафрагмой и при изменении давления меняется положение сердечника относительно самой обмотки, соответственно меняется индуктивность обмотки. Далее сигнал преобразовывается в электронном блоке.

Назовите назначение и область применения металлических и полупроводниковых термометров сопротивления. Объясните их принцип действия и особенности конструкции. Назовите достоинства, недостатки и основные характеристики.

Термо́метр сопротивле́ния — электронный прибор, предназначенный для измерения температуры и основанный на зависимости электрического сопротивления металлов, сплавов и полупроводниковых материалов от температуры. Термометр сопротивления применяют, например, для измерения температуры внутри газовых котлов на теплоэлектростанциях.

Металлический термометр сопротивленияпредставляет собой резистор, выполненный из металлической проволоки или плёнки и имеющий известную зависимость электрического сопротивления от температуры.

Широкое распространение получили Т. с. из чистых металлов, особенно платины и меди, которые конструктивно представляют собой металлическую проволоку или ленту, намотанную на жёсткий каркас (из кварца, фарфора, слюды), заключённый в защитную оболочку (из металла, кварца, фарфора, стекла) с головкой, через которую проходят 2, 3 или вывода, соединяющие Т. с. с измерительным прибором.

Полупроводниковые термометры сопротивления под названием термисторов широко применяют в технике. Термистор — полупроводниковый резистор, электрическое сопротивление которого зависит от температуры. С их помощью контролируют температуру в большом числе точек, причем показания ее могут быть получены на приборах, установленных в одном пункте. Т. с. из полупроводников широко применяются для измерения низких температур благодаря их высокой чувствительности. Т. с. этого вида представляют собой полупроводниковые пластинки (плёнки) различных габаритов и формы с приваренными металлическими выводами, помещаемые часто в защитную оболочку.

Преимущества термометров сопротивления

· Высокая точность измерений (обычно лучше ±1 °C), может доходить до 0,13м °C(0,00013).

· Возможноcть исключения влияния изменения сопротивления линий связи на результат измерения при использовании 3-х или 4-х проводной схемы измерений

· Практически линейная характеристика

Недостатки термометров сопротивления

· Малый диапазон измерений (по сравнению с термопарами)

· Более дорогой (по сравнению с термопарами), если это платиновый термометр сопротивления типа ТСП

· Требуется дополнительный источник питания для определения температуры

Датчики измерения давления

Датчик давления — это устройство, в котором выходные параметры зависят от давления исследуемой среды, будь то жидкость, газ или пар. Современные системы не могут обойтись без точных приборов этого типа, они используются в системах автоматизации различных отраслей: энергетика, пищевая промышленность, нефтяная и газовая отрасль и многие-многие другие. У нас в каталоге, есть раздел датчики давления с помощью которого, вы сможете выбрать и купить нужный вам датчик.

В состав любого датчика давления входит:

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

Производители и дилеры

В нашем каталоге представлены датчики давления, которые можно приобрести у следующих производителей и дилеров: Honeywell International, Компэл, Freescale Semiconductor, Inc, Omron Electronics LLC, ST Microelectronics, BD Sensors RUS.

Если вам понравилась статья нажмите на одну из кнопок ниже

Резонансный датчик давления

Резонансный принцип используется в датчиках давления на основе вибрирующего цилиндра, струнных датчиках, кварцевых датчиках, резонансных датчиках на кремнии. В основе метода лежат волновые процессы: акустические или электромагнитные. Это и объясняет высокую стабильность датчиков и высокие выходные характеристики прибора. Частным примером может служить кварцевый резонатор. При прогибе мембраны, происходит деформация кристалла кварца, подключенного в электрическую схему и его поляризация. В результате изменения давления частота колебаний кристалла меняется. Подобрав параметры резонансного контура, изменяя емкость конденсатора или индуктивность катушки, можно добиться того, что сопротивление кварца падает до нуля – частоты колебаний электрического сигнала и кристалла совпадают — наступает резонанс.

Преимуществом резонансных датчиков является высокая точность и стабильность характеристик, которая зависит от качества используемого материала.

К недостаткам можно отнести индивидуальную характеристику преобразования давления, значительное время отклика, не возможность проводить измерения в агрессивных средах без потери точности показаний прибора.