Датчики давления

Датчики давления предназначены для преобразо на 11 и я да ил е m і я 11 электрический сигнал. В этих измерительных устройствах чувства тельным элементом в общем случае служит плоская упругая мембра па (рис.

Мембрана размещается во внутренней полости датчика и закреп­ляется по всему периметру между его корпусными деталями. В одной из образовавшихся при этом камер размещается преобразователь пе­ремещения (см. гл. 4). В датчиках давления (рис. 9.4, б) мембрана на­ходится под действием разности перепада двух переменных давлений

и Р₂.

Под действием названных давлений возникает деформация пло­ской мембраны, которая преобразуется в электрический сигнал с по­мощью преобразователя перемещений.

Если в датчике давления или перепада давлений используется пьезоэлектрический преобразователь (см. рис. 6.7), то он располага­ется между мембраной и корпусом правой (на рис. 9.4, б) камеры, {десь следует отметить, что датчики с пьезоэлектрическим преобра­зователем способны измерять только быстроизменяющиеся давле­ния, что определяется особенностью формирования сигнала этих преобразователей.

В датчиках с емкостным преобразователем перемещения обычно мембрана используется в качестве одного из электродов конденсато­ра. Второй электрод (обкладка конденсатора) устанавливается в пра­вой камере параллельно мембране.

В датчиках с индуктивным преобразователем перемещений (см. гл. 6) на мембране укрепляется ферромагнитная пластина (флажок), а па отдельной пластине размещается в правой камере плоская катуш­ка индуктивности.

2

Л -І

]-

Р _

— р₂

Рис. 9.4. Схемы датчиков давления:

I — корпус; 2,3~ камеры; 4— плоская мембрана; 5— преобразователь перемещений; 6— стабили­зированный источник питания неуравновешенного моста; 7 — усилитель

В наиболее распространенных в настоящее время датчиках давле­ния и перепада давлений используют тензорезистивные преобразова­тели перемещений (см. гл.

На рис. 9.4, в показана плоская мембрана, на поверхности кото­рой нанесено четыре полупроводниковых тензорезистора, а на рис.

9.4, г показаны распределения механических касательных и ради­альных ст_г напряжений вдоль диаметра D мембраны.

Как видно из рис. 9.4, г, касательные напряжения ст_х имеют посто­янный знак, а радиальные а_г изменяют его. В связи с этим у тензоре­зисторов R₂ и Л₃, размещенных вблизи края мембраны, с увеличением давления сопротивление будет уменьшаться, а у касательно разме­щенных тензорезисторов /?1 и R4 сопротивление будет возрастать. Ре­зисторы R_t — R4 включены в схему неуравновешенного электриче­ского моста, поэтому одновременное увеличение сопротивления тен­зорезисторов R\ и R4 и уменьшение сопротивлений тензорезисторов R₂ и R₃ позволяет увеличить чувствительность преобразования давле­ния. Сигнал неуравновешенного моста снимается с измерительной диагонали а — Ь, усиливается электронным усилителем и обычно преобразуется в электрический унифицированный сигнал постоян­ного тока (0—5 мА). Использование схемы, показанной на рис. 9.4, в, также позволяет обеспечить в большей степени независимость сигна­ла датчика от изменения температуры. Датчики давления и перепада давлений с тензорезистивными преобразователями перемещений имеют класс точности 0,5—1.

9.5.