Пневмогидравлические схемы передачи давления в технологических объектах. Все страницы.

Датчики давления. конструкция, схема включения, применение

Давление является одной из основных величин, связанных с описанием поведения жидких и газообразных сред. Одна лишь энергетика потребляет большую часть выпускаемых промышленностью датчиков давления. В гидравлических, тепловых, ядерных и других энергетических установках необходим непрерывный контроль за давлением для обеспечения нормального режима работы, устранения риска разрыва стенок сосудов и трубопроводов и возникновения аварийных ситуаций.

Датчик – это устройство, воспринимающее внешние воздействия и реагирующее на них изменением сигналов. Назначение датчиков – реакция на определенное внешнее физическое воздействие и преобразование его в электрический сигнал, совместимый с измерительными схемами.

В системах контроля технологических процессов датчики давления дают информацию о давлении сжатого воздуха, газа, пара, масла и других жидкостей, обеспечивающих надлежащее функционирование машин, механизмов и систем и протекание контролируемых процессов.

Давление – это физическая величина, характеризующая воздействие усилия на единицу площади поверхности тела или условно выделенную внутри тела элементарную площадку. Оценивать величину давления можно как в абсолютных, по отношению к вакууму, так и в относительных, по отношению к атмосферному давлению, единицах; кроме того, результат измерения может быть разностью двух произвольных величин – двух разных давлений.

Все материалы можно разделить на твердые и жидкие среды. Под термином жидкая среда понимается все, что способно течь. При изменении давления жидкости превращаются в газы и наоборот. Давление имеет механическую природу, и поэтому для его описания можно использовать основные физические величины: массу, длину и время.

Избыточное давление – давление газа, превышающее давление окружающей среды. В противоположном случае речь идет о вакууме. Давление называют относительным, когда его измеряют относительно давления окружающей среды, и абсолютным – когда оно измеряется по отношению к нулевому давлению.

Принцип действия любого датчика давления заключается в преобразовании давления, испытываемого чувствительным элементом. В конструкцию практически всех преобразователей давления входят сенсоры, обладающие известной площадью поверхности, чья деформация или перемещение, возникающие вследствие действия давления, и определяются в процессе измерений.

Современные датчики давления основаны на различных методах электрического преобразования входных параметров. Выпускаются миниатюрные тензорезисторные, пьезорезистивные, пьезоэлектрические, емкостные с монокристаллическим упругим элементом, использующие эффект Холла и другие датчики давления.

На мировом рынке получили широкое распространение электрические датчики с переменным магнитным сопротивлением, конденсаторные датчики с переменной емкостью, виброчастотные преобразователи фирмы Foxboro, тензометрические датчики с использованием тонкопленочных или напыленных металлических резисторов, тензометрические преобразователи с полупроводниковыми тензорезисторами.

Сейчас одним из самых распространенных направлений построения датчиков давления является разработка интегральных тензорезисторных преобразователей с максимальным использованием достижений физики полупроводников и микроэлектронной технологии. Высокая чувствительность полупроводниковых тензорезисторов, применение монокристаллических материалов в упругих элементах тензорезисторных преобразователей, высокая стабильность и надежность, технологическая совместимость с интегральными микросхемами обработки сигнала, миниатюрные размеры полупроводниковых чувствительных элементов, возможность применения групповой технологии изготовления являются их основными достоинствами. Поэтому полупроводниковые преобразователи привлекают к себе внимание приборостроителей во всем мире.

В системе СИ единицей измерения давления является паскаль: 1 Па=1Н/м2. Это значит, что давление 1 паскаль равно силе, равномерно распределенной по по-верхности площадью 1 квадратный метр. Иногда в качестве технической едини-цы измерения давления применяется единица, называемая атмосфера, обознача-емая 1 атм.

Для грубых оценок можно запомнить еще одно соотношение: 0.1 мм Н20 создает давление, приблизительно равное 1 Па. В промышленности применяется другая единица давления, называемая торр (это название дано в честь физика Торричел-ли), которая определяется как давление, создаваемое столбиком ртути высотой 1 мм при 0°С, нормальном атмосферном давлении и нормальной гравитации. Иде-альное давление атмосферы Земли, равное 760 торр, называется технической ат-мосферой:

1атм = 160торр = 101.325Па .

В системе единиц США давление измеряется в фунтах-силы на квадратный дюйм. Эта единица там обозначается как рsi. Для перевода рsi в единицы системы СИ можно воспользоваться соотношением:

1рsi = 6.89х103Па= 0.0703 атм.

Принцип действия любого датчика давления заключается в преобразовании давления, испытываемого чувствительным элементом, в электрический сиг-нал. В конструкцию практически всех преобразователей давления входят сен-соры, обладающие известной площадью поверхности, чья деформация или перемещение, возникающие вследствие действия давления.

/ои

U-образный датчик давления, за-полненный ртутью,

применяемый для из-мерения давления газов.

Такой датчик обычно калибруется на-прямую в торрах. К сожалению, просто-та является практически единственным его достоинством, потому что он обла-дает целым рядом существенных недо-статков: необходимостью прецизионного выравнивания, плохой помехозащищен-ностью от ударов и вибраций, большими габаритами и загрязнением газа ртутны-ми парами.

Давление, приложенное к одно-му из концов трубки (например, левой), приводит к разбалансировке мостовой, схемы и появлению на ее выходе нену-левого сигнала. Чем выше давление в ле-вой части трубки, тем больше сопротив-ление соответствующего плеча и тем меньше сопротивление противополож-ного.

Чувствительные элементы, входящие в состав датчиков давления, являются ме-ханическими устройствами, деформирующимися под действием внешнего на-пряжения. Такими устройствами могут быть трубки Бурдона (С-образные, спи-ральные и закрученные), гофрированные и подвесные диафрагмы, мемб-раны, сильфоны и другие элементы, форма которых меняется под действием на них давления.

На рис. А показан сильфон, преобразующий давление в линейное пере-мещение, которое может быть измерено при помощи соответствующего датчика. Таким образом, сильфон выполняет первый этап преобразований давления в элек-трический сигнал. Он обладает относительно большой площадью поверхности, что дает возможность получать довольно существенные перемещения даже при небольших давлениях.

Рис. А

Стальной сильфон, используемый

в датчиках давления.

Рис. Б

Метал-лическая гофрирован-ная диафрагма, приме-няемая для преобразо-вания давления в ли-нейное перемещение.

На рис. Б показана диафрагма, применяемая в анероидных барометрах для преобразования давления в линей-ное отклонение. Диафрагма, формиру-ющая одну из стенок камеры давления, механически связана с тензодатчиком, который преобразует ее отклонения в электрический сигнал.

В состав датчиков давления обязательно входят два компонента: пластина (мем-брана) и детектор, выходной сигнал которого пропорцио-нален приложенной силе. Оба эти элемента могут быть из-готовлены из кремния. Датчик давления с кремниевой диафрагмой состоит из самой диафрагмы и встроенных в нее диффузионным методом пьезорезистивных преобразователей в виде резисторов.

Поскольку монокристаллический кремний обладает очень хорошими характеристиками упругости, в таком дат-чике отсутствует ползучесть и гистерезис даже при высоком давлении. Коэф-фициент тензочувствительности кремния во много раз превышает аналогичный коэффициент тонкого металлического проводника.

Обычно тензорезисторы включаются по схеме моста Уитстона. Максимальное выходное напряжение та-ких датчиков обычно составляет несколько сот милливольт, поэтому на их вы-ходе, как правило, ставятся усилители сигналов. Кремниевые резисторы обла-дают довольно сильной температурной чувствительностью, поэтому всегда при разработке датчиков на их основе необходимо предусматривать цепи темпера-турной компенсации.

Расположение пьезорези-сторов на кремниевой диафрагме

Датчики давления бывают трех типов, позволяющих измерять абсолютное, дифференциальное и манометрическоедавление. Абсолютное давление, например, барометрическое, измеряется относительно давления в эталонной вакуумной ка-мере, которая может быть как встроенной (рис. 1А), так и внешней.

Диффе-ренциальное давление, например, перепад давления в дифференциальных расхо-домерах, измеряется при одновременной подаче давления с двух сторон диафраг-мы. Манометрическое давление измеряется относительно некоторого эталонно-го значения. Примером может служить, измерение кровяного давления, которое проводится относительно атмосферного давления.

Манометрическое давление по своей сути является разновидностью дифференциального давления. Во всех трех типах датчиков используются одинаковые конструкции диафрагм и тензодатчиков, но все они имеют разные корпуса. Например, при изготовлении дифферен-циального или манометрического датчика, кремниевый кристалл располагается внутри камеры, в которой формируются два отверстия с двух сторон кристалла (рис. 1Б).

Для защиты устройства от вредного влияния окружающей среды внут-ренняя часть корпуса заполняется силиконовым гелем, который изолирует по-верхность кристалла и места соединений, но позволяет давлению воздейство-вать на диафрагму. Корпуса дифференциальных датчиков могут иметь разную форму (рис. 2).

В некоторых случаях при работе с горячей водой, коррозион-ными жидкостями и т.д. необходимо обеспечивать физическую изоляцию устрой-ства и гидравлическую связь с корпусом датчика. Это может быть реализовано при помощи дополнительных диафрагм и сильфонов.

Рис 1. Устройство корпусов датчиков: А – абсолютного, Б – дифференциального давлений.

Рис 2. Примеры корпусов дифференциальных датчиков давления.

Емкостные датчики давления также реализуются на основе кремниевых диафрагм. В таких датчиках перемещение диафрагмы относительно опорной пластины меня-ет емкость между ними. Емкостные датчики работают наиболее эффективно при невысоких давлениях. Монолитные емкостные датчики давления, изготовленные из кремниевых кристаллов, обладают максимальной стабильностью рабочих харак-теристик.

Перемещение диафрагмы может обеспечить 25% изменение емкости в широком диапазоне значений, что делает возможным проведение прямой оциф-ровки результатов измерений. В то время как для диафрагм, используемых в пьезорезитивных датчи-ках, необходимо обеспечивать макси-мальное механическое напряжение на краях, для диафрагм в емкостных дат-чиках существенным является переме-щение их центральной части.

Диафраг-мы в емкостных датчиках могут быть за-щищены от избыточного давления при помощи механических ограничителей с каждой стороны диафрагмы (для диф-ференциальных датчиков давления). В пьзорезистивных датчиках из-за не-больших перемещений такой способ за-щиты, к сожалению, работает недоста-точно эффективно, поэтому для них оп-ределяется давление разрыва, которое, как правило, в 10 раз превышает мак-симальное измеряемое давление, в то время как для емкостных преобразова-телей с механическими ограничителями эта величина в 100 раз больше. Это осо-бенно важно при работе в области низких давлений, где возможны всплески вы-сокого давления.

Для обеспечения хорошей линейности емкостных датчиков необходимо, что-бы диафрагмы обладали ровной поверхностью центральной части. Традиционно считается, что емкостные датчики обладают линейностью только тогда, когда пе-ремещения диафрагм значительно меньше их толщины.

Одним из способов улуч-шения линейности является использование гофрированных диафрагм, изготовлен-ных методами микротехнологий. Планарные диафрагмы обычно обладают лучшей тензочувствительностью по сравнению с гофрированными тех же размеров и тол-щины.

давление(дюйм Н20)

Рис. 3. Отклонение центральной ча-сти планарной и гофрированной диаф-рагм одинаковых размеров при наличии в системе плоскостных растягивающих напряжений.

При измерении низких давлений перемещение тонкой пластины или диафрагмы может быть небольшим. Фактически, оно может быть таким маленьким, что тензодатчик, прикрепленный к диафрагме или встроенный в нее, будет выдавать очень низкий выходной сигнал, недостаточный для последующей его обработки.

Один из возможных способов решения этой проблемы — использование емкостного датчика, в котором отклонение диафрагмы измеряется по ее положению относи-тельно опорной пластины, а не по напряжению внутри материала. Другим спосо-бом решения проблемы измерения очень низких давлений является применение магнитных датчиков.

Датчики переменного магнитного сопротивления (ПМС) из-меряют изменение магнитного сопротивления дифференциального трансформа-тора, вызванного перемещением магнитной диафрагмы, возникающего вследствие воздействия на нее внешнего давле-ния.

Принцип действия таких датчи-ков очень напоминает принцип дей-ствия магнитных детекторов. На рис. 4А проиллюстрирована основная идея модуляции магнитного потока. Конструкция, состоящая из Е-образного сердечника и катушки формиру-ет магнитный поток, силовые линии которого проходят через сердечник, воздушный зазор и диафрагму.

Маг-нитная проницаемость материала сер-дечника по крайней мере в 1000 раз выше проницаемости воздушного за-зора, поэтому его магнитное со-противление всегда ниже сопротивле-ния воздуха. В связи с этим величина индуктивности всей этой конструкции определяется шириной зазора.

На рис. 5 показана конструк-ция ПМС датчика давления, в котором между двумя половинами корпуса, состоящих из катушки и Е-образного сердеч-ника, размещается магнитно проницаемая диафрагма. Катушки покрыты специ-альным составом, обеспечивающим прочность системы даже при воздействии очень высоких давлений.

С двух сторон диафрагмы сформированы узкие рабочие камеры, соединенные с входными портами подачи давления. Рабочий диапазон датчика определяется толщиной диафрагмы, однако полное отклонение диаф-рагмы редко превышает 25…30 мкм, потому такие преобразователи, в основном, применяются для измерения низких давлений.

Небольшие поперечные размеры рабочих камер физически защищают мембрану от чрезмерного отклонения в ус-ловиях избыточного давления, поэтому ПМС датчики являются достаточно на-дежными устройствами. При подаче переменного тока возбуждения возникает магнитный поток, захватывающий оба сердечника, воздушные зазоры и диаф-рагму.

Таким образом, в состав датчика входят два индуктивных элемента, являю-щихся плечами мостовой схемы (рис. 4Б). Когда на диафрагму действует диф-ференциальное давление, она отклоняется в ту или другую сторону, что приводит к пропорциональному изменению магнитного сопротивления двух воздушных за-зоров.

(Б)

Рис. 4. Датчик измерения давления по переменному магнитному сопротивлению: А — основной принцип действия, Б — экви-валентная схема.

Рис. 5. Конструк-ция ПМС датчика для измерения низкого дав-ления: А — схема сбор-ки датчика. Б — устрой-ство датчика

При измерении низких давлений или когда для повышения динамического диапазо-на применяются толстые мембраны, для получения заданных значений разрешения и точности величина перемещения диафрагмы может оказаться недостаточной. В до-полнение к этому рабочие характеристики большинства пьезорезистивных и неко-торых емкостных датчиков довольно сильно зависят от температуры, что требует ис-пользования дополнительных цепей температурной компенсации.

Оптические ме-тоды измерений обладают рядом преимуществ над остальными способами детекти-рования давления: простотой, низкой температурной чувствительностью, высокой разрешающей способностью и высокой точностью. Особенно перспективными яв-ляются оптоэлектронные датчики, реализованные на основе явления интерферен-ции света.

Рис. 6. Схема

оптоэлектронного датчика давления, использующего принцип интерфе-ренции света.

В состав датчика входят следую-щие компоненты: пассивный кристалл оптического преобразователя давления с диафрагмой, вытравленной в кремни-евой подложке; светоизлучающий диод (СИД) и кристалл детектора. Де-тектор состоит из трех р-n фотодиодов, к двум из которых пристроены опти-ческие фильтры Фабри-Перо, имею-щие небольшую разницу по толщине.

Эти фильтры представляют собой кремниевые зеркала с отражением от передней поверхности, покрытые сло-ем из SiO2 на поверхность которых нанесен тонкий слой А1. Оптический пре-образователь похож на емкостной дат-чик давления, за исключением того, что в нем конденсатор заменен на интерферометр Фабри-Перо, используемый для измерения отклонения диафрагмы.

Диафрагма, сфор-мированная методом травления в подложке из монокристаллического кремния, по-крыта тонким слоем металла. На нижнюю сторону стеклянной пластины также на-несено металлическое покрытие. Между стеклянной пластиной и кремниевой под-ложкой существует зазор шириной w, получаемый при помощи двух прокладок.

Два слоя металла формируют интерферометр Фабри-Перо с переменным воздушным за-зором w, в состав которого входят: подвижное зеркало, расположенное на мембране, меняющее свое положение при изменении давления, и параллельное ему стационар-ное полупрозрачное зеркало на стеклянной пластине.

Поскольку величина w связа-на с внешним давлением линейной зависимостью, длина волны отраженного излу-чения меняется при изменении давления. Принцип действия датчика основан на из-мерении модуляции длины волны, получаемой от сложения падающих и отражен-ных излучений.

Детектор работает как демодулятор, электрический выходной сигнал которого пропорционален приложенному давлению. Он является оптическим компарато-ром, сравнивающим высоту рабочей камеры датчика давления и толщину вирту-альной камеры, сформированной за счет разности высот двух фильтров Фабри-Перо.

Когда размеры этих камер равны, ток фотодетектора будет максимальным. При изменении давления происходит косинусная модуляция фототока с периодом, со-ответствующим половине средней длины волны источника излучения. Фотодиод без фильтра используется в качестве эталонного диода, отслеживающего полную интенсивность света, поступающего на детектор.

Его выходное напряжение при-меняется при последующей обработке сигналов для получения нормированных ре-зультатов измерений. Поскольку рассматриваемый датчик давления является не-линейным, он обычно встраивается в микропроцессорную систему, на которую, в частности, возложены функции его линеаризации.

Аналогичные оптические датчики давления реализуются на основе оптоволоконных световодов. Такие дат-чики незаменимы при проведении измерений в труднодоступных зонах, где исполь-зование ВЧ интерферометров невозможно. При производстве подложек для микроэлектронных устройств, оптических компо-нентов, а также в ходе проведения химических и других технологических процес-сов бывает необходимо измерять очень низкие давления.

Без таких измерений не обходятся и при проведении некоторых научных экспериментов, например, в кос-мических исследованиях. Термин вакуум означает давление ниже атмосферного, но, как правило, он употребляется в случаях практического полного отсутствия дав-ления газов.

Вакуум можно измерять и традиционными датчиками, при этом будут регис-трироваться отрицательные значения давления по отношению к атмосферному, но это очень неэффективный подход. Обычные датчики давления не могут опре-делять очень низкие концентрации газов из-за низкого отношения сигнал/шум.

В отличие от традиционных датчиков давления измерители вакуума работают на совершенно других принципах, которые основываются на некоторых физичес-ких свойствах молекул газов и заключаются в определении числа молекул в за-данном объеме. К таким физическим свойствам относится теплопроводность, вязкость, ионизация и другие. В этом разделе будут даны краткие описания са-мых популярных датчиков давления, используемых для измерения вакуума.

Вакууметры Пирани — это датчики, измеряющие давление по теплопроводности газа. Этот тип измерителей вакуума был разработан первым. В конструкцию само-го простого датчика Пирани входит нагреваемая пластина. Измерение вакуума зак-лючается в определении количества тепла, теряемого этой пластиной, которое за-висит от давления газа.

Существует несколько конструкций датчи-ков Пирани, используемых в вакуумной техни-ке. В состав некоторых из них входят две плас-тины, находящиеся при разных температурах. В таких датчиках давление газа определяется по количеству энергии, затраченной на нагрев пластин.

Рис. 7. Вакууметр Пирани с термисторами с ОТК, работающими в режиме саморазогрева.

На рис. 7 показан дифференциальный вакууметр Пирани. Камера датчика разделена на две иден-тичные секции. В одной из секций газ находит-ся при эталонном давлении (например, при 1 атм =760 торр), а вторая расположена в ваку-умной камере, давление в которой необходи-мо измерить.

В каждой камере есть нагревае-мая пластина, которая для уменьшения кондуктивной теплопередачи через окружающие твер-дые предметы подвешена на очень тонких со-единительных элементах. Желательно, чтобы обе камеры имели одинаковые форму, конструкцию и размеры, для того чтобы кондуктивные и радиационные потери тепла в них были идентичными.

Чем сим-метричнее конструкция камер, тем лучше компенсируются паразитные теплопотери. Пластины нагрева-ются при помощи электри-ческих нагревателей. В рас-сматриваемом датчике на-гревательным элементом является термистор с отри-цательным температурным коэффициентом (ОТК).

Ионизационные датчики напоминают вакуумные лампы, ис-пользуемые в качестве усилителей в старых радио-приемниках. Ток ионов между пластиной и нитью накаливания почти линейно зависит от плотнос-ти молекул (давления). Лампы вакуумных датчиков имеют обратное включение: на сетку по-дается высокое положительное напряжение, а пла-стина подсоединяется к низкому отрицательному напряжению.

Выходным сигналом ионизационно-го датчика является ток ионов ip, снимаемый с пла-стины, пропорциональный давлению и току элек-тронов ig на сетке. В настоящее время используется усовершенствованная модель этого датчика, назы-ваемая измерителем Баярда-Алперта.

Он обла-дает большей чувствительностью и стабильностью и может измерять более низкие давления. Его прин-цип действия аналогичен предыдущему датчику, но измеритель Баярда-Алперта имеет другую конст-рукцию, в нем пластина заменена на провод, окру-женный сеткой, а нить накаливания катода выне-сена наружу (рис. 8Б).

Рис. 8. Ионизационный вакуумный датчик (А), изме-ритель Баярда-Алперта (Б), датчик газового сопротивле-ния (В).

При столкновении молекул газа с подвижным объектом, они теряют свою энер-гию. В этом заключена основная идея датчика с вращающимся ротором. В рассматриваемом датчике (рис. 8В) маленький стальной шарик диаметром 4.5 мм при помощи магнитов удерживается в подвешенном состоянии внутри ваку-умной камеры и при этом вращается с частотой 400 Гц.

Классификация

На сегодняшний день огромное количество специализированных производителей предлагает широкий ассортимент ГБО как на карбюраторные, так и на инжекторные типы моторов любой сложности и конфигурации. Условно все системы разделяют на поколения, у каждого из которых — собственная работа и степень автоматизации регулировки:

• Первое поколение — вакуумный принцип дозировки каждой газовой порции. Специальный механический клапан реагирует на разреженность, возникающую во входном коллекторе авто, когда работает двигатель и открывает дорогу газу. Примитивное устройство для несложных карбюраторных систем не имеет никакой обратной связи с электроникой мотора, точной регулировки и других опциональных надстроек.

• Редукторы второго поколения уже снабжены простейшими электронными мозгами, которые, связываясь с внутренним датчиком содержания кислорода, воздействуют на простой электромагнитный клапан. Такой принцип работы уже позволяет не просто машине ехать лишь бы как, а регулирует состав газовоздушной смеси, стремясь к оптимальным параметрам. Практичное и все еще широко распространённое устройство среди владельцев карбюраторных автомобилей, но в Европе оно уже запрещено с 1996 года к применению за высокий уровень загрязнения окружающей среды.

• Спрос на представителей переходного третьего поколения достаточно низок. Работа этих высокотехнологичных систем основана на автономном программном обеспечении, создающем собственные топливные карты. Газ подается специальным встроенным инжектором в каждый цилиндр по отдельности. Внутреннее программное оборудование эмулирует работу бензиновых форсунок на собственных аппаратных мощностях. Конструкция оказалась не слишком удачной, слабый процессор блока зависал, вызывая сбои в налаженности работы механизма. Идея затерялась при появлении более нового и проработанного класса ГБО.

• Самые распространённые на сегодняшний день редукторы — с разделенным впрыском газовоздушной смеси. Это доведенный до конца проект 3-го поколения, но использующий в программе настройки стандартные бензиновые карты автомобиля, что не утяжеляет нагрузку на вычислительные мощности блока управления. Отдельно идет линейка поколения 4 , разработанная для прямоточных систем непосредственного впрыска топлива прямо в мотор FSI.

• Новейшее средство, внедряющееся на рынке авто — 5 поколение. Ключевая особенность принципа действия состоит в том, что газ не испаряется в редукторе, а нагнетается жидким прямо в цилиндры. В остальном это полное соответствие 4 поколению: разделенный впрыск, задействование данных с заводской топливной карты, автоматический режим перехода с газа на бензин и т. д. Из преимуществ еще можно отметить те, что оборудование полностью совместимо с ныне действующими экологическими стандартами и новейшей бортовой диагностикой.

Промышленные датчики давления. устройство и типы

В качестве сенсора могут использоваться два типа мембран – тензометрические и пьезометрические.

Мембрана, установленная в сенсоре, может либо изменить своё электрическое сопротивление, либо вырабатывает электрический ток под давлением.

Поскольку на мембрану оказывается длительное давление, пьезорезистор постоянно вырабатывает слабый ток, передающийся на расположенный за ней блок электроники, обрабатывающий сигнал с мембраны и передающий его далее на преобразователь. Преобразователь в свою очередь конвертирует полученные данные в унифицированный цифровой сигнал.

Чтобы защитить мембрану сенсора от повреждений, ставят дополнительную высокопрочную мембрану, а пространство между ними заполняют несжимаемой жидкостью, обычно маслом.

Масло может быть техническим (обычно так и бывает), но кроме этого может использоваться и пищевое. Как правило, это является требованием пищевых производств, чтобы в случае повреждения защитной мембраны или корпуса изделия техническое масло не могло попасть в рабочую среду.

В общем можно разделить все промышленные датчики давления на два типа.

Преобразователи относительного давления обычно имеют в области мембраны сенсора связь с атмосферой. Таким образом измерения всегда производятся с поправкой на атмосферу, то есть давление измеряется относительно неё.

Датчик абсолютного давления ТД-10.101b

Преобразователи абсолютного давления герметичны и с атмосферой никак не связаны, таким образом они измеряют прямое давление на мембрану.

Список применений весьма обширен у обоих типов преобразователей, всё зависит от конкретных запросов отдельного производства.

Всё же отметим несколько вариантов. Преобразователи относительного давления являются незаменимыми в области расчёта гидростатического давления, оказываемого столбом жидкости в некой ёмкости.

Если столб жидкости в ёмкости связан с атмосферой, то преобразователь абсолютного давления измерит давление и столба жидкости, и атмосферы, то есть произведёт неадекватные измерения. В таких случаях применяются только относительные преобразователи.

Справка. Иногда датчики относительного давления погружного типа могут назвать датчиком уровня. Это не верно, такие преобразователи называются датчиками гидростатического давления.

Преобразователь дифференциального давления может устанавливаться в герметичных ёмкостях, где к нему подводятся два трубопровода, заполненных несжимаемой жидкостью, обычно маслом.

датчик дифференциального давления ТД-12.104b

Трубопроводы отсечены от пространства ёмкости мембранами, на одну из которых давит воздух, на другую жидкость.

Почему нельзя позволить датчику контактировать непосредственно с жидкостью? Разделители необходимы для компенсации резких скачков напряжения мембраны при наполнении или заборе жидкости из ёмкости. Масло обладает достаточной инерцией и позволяет получить более сглаженную характеристику измерений. Не стоит забывать и о банальной защите сложного оборудования от внешней среды.

Конечно, это может порождать и сложности. Например, для монтажа мембранного разделителя придется отправить само устройство на производство таких мембран.

Тензометрический датчик

Тензометрический датчик обнаруживает изменения давления путем измерения изменения сопротивления мостовой схемы Уитстона. В общем, эта схема используется для определения неизвестного электрического сопротивления, уравновешивая две секции мостовой схемы, так что бы отношение сопротивлений в одной секции (

Пример несвязанного тензодатчика показан ниже. Данный тип датчиков использует чувствительные к натяжению провода, один конец которого закреплен на неподвижной раме, а другой конец прикреплен к подвижному элементу, который движется с изменением давления.

Пример связанного тензодатчика можно увидеть ниже. Данный тип размещается в верхней части диафрагмы, которая деформируясь при изменении давления, натягивает провода, прикрепленные к диафрагме.

Выводы: