Датчик давления
Датчик давления — устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газа, пара). В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический, электрический цифровой код или сигналы.
Классификация
Датчики давления можно классифицировать по диапазонам измеряемого давления, диапазону рабочих температур и, что наиболее важно, по типу измеряемого давления. Датчики давления называются по-разному в зависимости от их назначения, но одна и та же реализация может использоваться под разными названиями.
Датчик абсолютного давления
Этот датчик измеряет давление относительно идеального вакуума. Датчики абсолютного давления используются в приложениях, где требуется постоянный эталон, например, в высокопроизводительных промышленных приложениях, таких как контроль вакуумных насосов, измерение давления жидкости, промышленная упаковка, управление промышленными процессами и авиационный контроль.
Датчик избыточного давления
Этот датчик измеряет давление относительно атмосферного давления. Манометр в автомобильных шинах является примером измерения избыточного давления; когда он показывает ноль, тогда давление, которое он измеряет, такое же, как давление окружающей среды. Большинство датчиков для измерения давления до 50 бар изготавливаются таким образом, поскольку в противном случае колебания атмосферного давления (погода) отражаются как погрешность в результате измерения.
Датчик вакуумного давления
Этот термин может вызвать путаницу. Его можно использовать для описания датчика, который измеряет давление только ниже атмосферного, показывая разницу между этим низким давлением и атмосферным давлением, но его также можно использовать для описания датчика, который измеряет абсолютное давление относительно вакуума.
Датчик перепада давления (Датчик дифференциального давления)
Этот датчик измеряет разницу между давлениями в двух точках, по одной на каждой стороне датчика. Датчики перепада давления используются для измерения многих свойств, таких как падение давления на масляных или воздушных фильтрах, уровни жидкости (путем сравнения давления выше и ниже жидкости) или скорости потока (путем измерения изменения давления на сужении). С технической точки зрения, большинство датчиков давления на самом деле являются датчиками перепада давления; например, датчик избыточного давления представляет собой просто датчик перепада давления, одна сторона которого открыта для окружающей атмосферы.
Герметичный датчик давления
Этот датчик подобен датчику избыточного давления, за исключением того, что он измеряет давление относительно некоторого фиксированного давления, а не атмосферного давления окружающей среды (которое зависит от местоположения и погоды).
Принципы реализации
Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент — приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных над конструкции корпусных деталей, в том числе для герметичного соединения датчика с объектом и защиты от внешних воздействий и устройства вывода информационного сигнала. Основными отличиями одних приборов от других являются пределы измерений, динамические и частотные диапазоны, точность регистрации давления, допустимые условия эксплуатации, массогабаритные характеристики, которые зависят от принципа преобразования давления в электрический сигнал: тензометрический, пьезорезистивный, ёмкостный, индуктивный, резонансный, ионизационный, пьезоэлектрический и другие.
Тензометрический метод
Чувствительные элементы датчиков базируются на принципе изменения сопротивления при деформации тензорезисторов, приклеенных к упругому элементу, который деформируется под действием давления.
Пьезорезистивный метод
Основан на интегральных чувствительных элементах из монокристаллического кремния. Кремниевые преобразователи имеют высокую чувствительность благодаря изменению удельного объемного сопротивления полупроводника при деформировании давлением.
Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются так называемые Low cost — решения, основанные на использовании чувствительных элементов либо без защиты, либо с защитой силиконовым гелем.
Для измерения агрессивных сред и большинства промышленных применений используется преобразователь давления в герметичном металло-стеклянном корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды посредством кремнийорганической жидкости.
Ёмкостный метод
"Сердцем" датчика давления является ёмкостная ячейка. Ёмкостный метод основан на зависимости изменения электрической ёмкости между обкладками конденсатора и измерительной мембраны от подаваемого давления. Основным преимуществом ёмкостного метода является защита от перегрузок (изм. мембрана при перегрузке ложится на стенки «обкладки» конденсатора, длительное время не подвергаясь деформации, при снятии перегрузки мембрана восстанавливает исходную форму, при этом дополнительная калибровка сенсора не требуется), также обеспечивается высокая стабильность метрологических характеристик, уменьшение влияния температурной погрешности за счет малого объема заполняющей жидкости непосредственно в ячейке.
Резонансный метод
В основе метода лежит изменение резонансной частоты колеблющегося упругого элемента при деформировании его силой или давлением. Это и объясняет высокую стабильность датчиков и высокие выходные характеристики прибора.
К недостаткам можно отнести индивидуальную характеристику преобразования давления, значительное время отклика, невозможность проводить измерения в агрессивных средах без потери точности показаний прибора.
Индуктивный метод
Основан на регистрации вихревых токов (токов Фуко). Чувствительный элемент состоит из двух катушек, изолированных между собой металлическим экраном. Преобразователь измеряет смещение мембраны при отсутствии механического контакта. В катушках генерируется электрический сигнал переменного тока таким образом, что заряд и разряд катушек происходит через одинаковые промежутки времени. При отклонении мембраны создается ток в фиксированной основной катушке, что приводит к изменению индуктивности системы. Смещение характеристик основной катушки дает возможность преобразовать давление в стандартизованный сигнал, по своим параметрам прямо пропорциональный приложенному давлению.
Ионизационный метод
В основе лежит принцип регистрации потока ионизированных частиц. Аналогом являются ламповые диоды.
Лампа оснащена двумя электродами: катодом и анодом, — а также нагревателем. В некоторых лампах последний отсутствует, что связано с использованием более совершенных материалов для электродов.
Преимуществом таких ламп является возможность регистрировать низкое давление — вплоть до глубокого вакуума с высокой точностью. Однако следует строго учитывать, что подобные приборы нельзя эксплуатировать, если давление в камере близко к атмосферному. Поэтому подобные преобразователи необходимо сочетать с другими датчиками давления, например, емкостными. Зависимость сигнала от давления является логарифмической.
Пьезоэлектрический метод
В основе лежит прямой пьезоэлектрический эффект, при котором пьезоэлемент генерирует электрический сигнал, пропорциональный действующей на него силе или давлению. Пьезоэлектрические датчики используются для измерения быстроменяющихся акустических и импульсных давлений, обладают широкими динамическими и частотными диапазонами, имеют малую массу и габариты, высокую надежность и могут использоваться в жестких условиях эксплуатации.
Регистрация сигналов датчиков давления
Сигналы с датчиков давления могут быть как медленноменяющимися, так и быстропеременными. В первом случае их спектр лежит в области низких частот. Для того, чтобы с высокой точностью оцифровать такой сигнал, необходимо подавить высокочастотную часть спектра, полностью состоящую из помех. Это особенно актуально в промышленных условиях.
Специально для ввода медленноменяющихся сигналов используются интегрирующие АЦП. Они проводят измерение не мгновенного значения сигнала (которое изменяется под действием помех), а интегрируют сигнальную функцию за заданный промежуток времени, который заведомо меньше постоянной времени процессов, происходящих в контролируемой среде, но заведомо больше периода самой низкочастотной помехи. Интегрирующие АЦП выпускают многие зарубежные фирмы (Texas Instruments, Analog Devices и др).
Для измерения переменных давлений применяют датчики с аналоговым выходным сигналом, например, 0—20, 4—20 мА и 0—5, 0,4—2 В.
Пьезоэлектрические датчики применяются для измерения быстропеременных процессов в диапазоне частот от единиц Гц до сотен кГц.
Отличие от манометра
В отличие от датчика давления, манометр — прибор, предназначенный для измерения (а не просто преобразования) давления. В манометре от давления зависят показания прибора, которые могут быть считаны с его шкалы, дисплея или аналогичного устройства.
См. также
- Метрология
- Измерение давления
Примечания
- Types of Pressure Sensors - gauge, absolute, sealed & differential (амер. англ.). ES Systems (3 сентября 2020). Дата обращения: 19 января 2023. Архивировано 19 января 2023 года.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Датчик давления, Что такое Датчик давления? Что означает Датчик давления?
Datchik davleniya ustrojstvo fizicheskie parametry kotorogo izmenyayutsya v zavisimosti ot davleniya izmeryaemoj sredy zhidkosti gaza para V datchikah davlenie izmeryaemoj sredy preobrazuetsya v unificirovannyj pnevmaticheskij elektricheskij cifrovoj kod ili signaly Datchik davleniyaKlassifikaciyaDatchiki davleniya mozhno klassificirovat po diapazonam izmeryaemogo davleniya diapazonu rabochih temperatur i chto naibolee vazhno po tipu izmeryaemogo davleniya Datchiki davleniya nazyvayutsya po raznomu v zavisimosti ot ih naznacheniya no odna i ta zhe realizaciya mozhet ispolzovatsya pod raznymi nazvaniyami Datchik absolyutnogo davleniya Etot datchik izmeryaet davlenie otnositelno idealnogo vakuuma Datchiki absolyutnogo davleniya ispolzuyutsya v prilozheniyah gde trebuetsya postoyannyj etalon naprimer v vysokoproizvoditelnyh promyshlennyh prilozheniyah takih kak kontrol vakuumnyh nasosov izmerenie davleniya zhidkosti promyshlennaya upakovka upravlenie promyshlennymi processami i aviacionnyj kontrol Datchik izbytochnogo davleniya Etot datchik izmeryaet davlenie otnositelno atmosfernogo davleniya Manometr v avtomobilnyh shinah yavlyaetsya primerom izmereniya izbytochnogo davleniya kogda on pokazyvaet nol togda davlenie kotoroe on izmeryaet takoe zhe kak davlenie okruzhayushej sredy Bolshinstvo datchikov dlya izmereniya davleniya do 50 bar izgotavlivayutsya takim obrazom poskolku v protivnom sluchae kolebaniya atmosfernogo davleniya pogoda otrazhayutsya kak pogreshnost v rezultate izmereniya Datchik vakuumnogo davleniya Etot termin mozhet vyzvat putanicu Ego mozhno ispolzovat dlya opisaniya datchika kotoryj izmeryaet davlenie tolko nizhe atmosfernogo pokazyvaya raznicu mezhdu etim nizkim davleniem i atmosfernym davleniem no ego takzhe mozhno ispolzovat dlya opisaniya datchika kotoryj izmeryaet absolyutnoe davlenie otnositelno vakuuma Datchik perepada davleniya Datchik differencialnogo davleniya Etot datchik izmeryaet raznicu mezhdu davleniyami v dvuh tochkah po odnoj na kazhdoj storone datchika Datchiki perepada davleniya ispolzuyutsya dlya izmereniya mnogih svojstv takih kak padenie davleniya na maslyanyh ili vozdushnyh filtrah urovni zhidkosti putem sravneniya davleniya vyshe i nizhe zhidkosti ili skorosti potoka putem izmereniya izmeneniya davleniya na suzhenii S tehnicheskoj tochki zreniya bolshinstvo datchikov davleniya na samom dele yavlyayutsya datchikami perepada davleniya naprimer datchik izbytochnogo davleniya predstavlyaet soboj prosto datchik perepada davleniya odna storona kotorogo otkryta dlya okruzhayushej atmosfery Germetichnyj datchik davleniya Etot datchik podoben datchiku izbytochnogo davleniya za isklyucheniem togo chto on izmeryaet davlenie otnositelno nekotorogo fiksirovannogo davleniya a ne atmosfernogo davleniya okruzhayushej sredy kotoroe zavisit ot mestopolozheniya i pogody Principy realizaciiDatchik davleniya sostoit iz pervichnogo preobrazovatelya davleniya v sostave kotorogo chuvstvitelnyj element priemnik davleniya shemy vtorichnoj obrabotki signala razlichnyh nad konstrukcii korpusnyh detalej v tom chisle dlya germetichnogo soedineniya datchika s obektom i zashity ot vneshnih vozdejstvij i ustrojstva vyvoda informacionnogo signala Osnovnymi otlichiyami odnih priborov ot drugih yavlyayutsya predely izmerenij dinamicheskie i chastotnye diapazony tochnost registracii davleniya dopustimye usloviya ekspluatacii massogabaritnye harakteristiki kotorye zavisyat ot principa preobrazovaniya davleniya v elektricheskij signal tenzometricheskij pezorezistivnyj yomkostnyj induktivnyj rezonansnyj ionizacionnyj pezoelektricheskij i drugie Tenzometricheskij metod Chuvstvitelnye elementy datchikov baziruyutsya na principe izmeneniya soprotivleniya pri deformacii tenzorezistorov prikleennyh k uprugomu elementu kotoryj deformiruetsya pod dejstviem davleniya Pezorezistivnyj metod Osnovan na integralnyh chuvstvitelnyh elementah iz monokristallicheskogo kremniya Kremnievye preobrazovateli imeyut vysokuyu chuvstvitelnost blagodarya izmeneniyu udelnogo obemnogo soprotivleniya poluprovodnika pri deformirovanii davleniem Dlya izmereniya davleniya chistyh neagressivnyh sred primenyayutsya tak nazyvaemye Low cost resheniya osnovannye na ispolzovanii chuvstvitelnyh elementov libo bez zashity libo s zashitoj silikonovym gelem Dlya izmereniya agressivnyh sred i bolshinstva promyshlennyh primenenij ispolzuetsya preobrazovatel davleniya v germetichnom metallo steklyannom korpuse s razdelitelnoj diafragmoj iz nerzhaveyushej stali peredayushej davlenie izmeryaemoj sredy posredstvom kremnijorganicheskoj zhidkosti Yomkostnyj metod Serdcem datchika davleniya yavlyaetsya yomkostnaya yachejka Yomkostnyj metod osnovan na zavisimosti izmeneniya elektricheskoj yomkosti mezhdu obkladkami kondensatora i izmeritelnoj membrany ot podavaemogo davleniya Osnovnym preimushestvom yomkostnogo metoda yavlyaetsya zashita ot peregruzok izm membrana pri peregruzke lozhitsya na stenki obkladki kondensatora dlitelnoe vremya ne podvergayas deformacii pri snyatii peregruzki membrana vosstanavlivaet ishodnuyu formu pri etom dopolnitelnaya kalibrovka sensora ne trebuetsya takzhe obespechivaetsya vysokaya stabilnost metrologicheskih harakteristik umenshenie vliyaniya temperaturnoj pogreshnosti za schet malogo obema zapolnyayushej zhidkosti neposredstvenno v yachejke Rezonansnyj metod V osnove metoda lezhit izmenenie rezonansnoj chastoty koleblyushegosya uprugogo elementa pri deformirovanii ego siloj ili davleniem Eto i obyasnyaet vysokuyu stabilnost datchikov i vysokie vyhodnye harakteristiki pribora K nedostatkam mozhno otnesti individualnuyu harakteristiku preobrazovaniya davleniya znachitelnoe vremya otklika nevozmozhnost provodit izmereniya v agressivnyh sredah bez poteri tochnosti pokazanij pribora Induktivnyj metod Osnovan na registracii vihrevyh tokov tokov Fuko Chuvstvitelnyj element sostoit iz dvuh katushek izolirovannyh mezhdu soboj metallicheskim ekranom Preobrazovatel izmeryaet smeshenie membrany pri otsutstvii mehanicheskogo kontakta V katushkah generiruetsya elektricheskij signal peremennogo toka takim obrazom chto zaryad i razryad katushek proishodit cherez odinakovye promezhutki vremeni Pri otklonenii membrany sozdaetsya tok v fiksirovannoj osnovnoj katushke chto privodit k izmeneniyu induktivnosti sistemy Smeshenie harakteristik osnovnoj katushki daet vozmozhnost preobrazovat davlenie v standartizovannyj signal po svoim parametram pryamo proporcionalnyj prilozhennomu davleniyu Ionizacionnyj metod V osnove lezhit princip registracii potoka ionizirovannyh chastic Analogom yavlyayutsya lampovye diody Lampa osnashena dvumya elektrodami katodom i anodom a takzhe nagrevatelem V nekotoryh lampah poslednij otsutstvuet chto svyazano s ispolzovaniem bolee sovershennyh materialov dlya elektrodov Preimushestvom takih lamp yavlyaetsya vozmozhnost registrirovat nizkoe davlenie vplot do glubokogo vakuuma s vysokoj tochnostyu Odnako sleduet strogo uchityvat chto podobnye pribory nelzya ekspluatirovat esli davlenie v kamere blizko k atmosfernomu Poetomu podobnye preobrazovateli neobhodimo sochetat s drugimi datchikami davleniya naprimer emkostnymi Zavisimost signala ot davleniya yavlyaetsya logarifmicheskoj Pezoelektricheskij metod V osnove lezhit pryamoj pezoelektricheskij effekt pri kotorom pezoelement generiruet elektricheskij signal proporcionalnyj dejstvuyushej na nego sile ili davleniyu Pezoelektricheskie datchiki ispolzuyutsya dlya izmereniya bystromenyayushihsya akusticheskih i impulsnyh davlenij obladayut shirokimi dinamicheskimi i chastotnymi diapazonami imeyut maluyu massu i gabarity vysokuyu nadezhnost i mogut ispolzovatsya v zhestkih usloviyah ekspluatacii Registraciya signalov datchikov davleniyaSignaly s datchikov davleniya mogut byt kak medlennomenyayushimisya tak i bystroperemennymi V pervom sluchae ih spektr lezhit v oblasti nizkih chastot Dlya togo chtoby s vysokoj tochnostyu ocifrovat takoj signal neobhodimo podavit vysokochastotnuyu chast spektra polnostyu sostoyashuyu iz pomeh Eto osobenno aktualno v promyshlennyh usloviyah Specialno dlya vvoda medlennomenyayushihsya signalov ispolzuyutsya integriruyushie ACP Oni provodyat izmerenie ne mgnovennogo znacheniya signala kotoroe izmenyaetsya pod dejstviem pomeh a integriruyut signalnuyu funkciyu za zadannyj promezhutok vremeni kotoryj zavedomo menshe postoyannoj vremeni processov proishodyashih v kontroliruemoj srede no zavedomo bolshe perioda samoj nizkochastotnoj pomehi Integriruyushie ACP vypuskayut mnogie zarubezhnye firmy Texas Instruments Analog Devices i dr Dlya izmereniya peremennyh davlenij primenyayut datchiki s analogovym vyhodnym signalom naprimer 0 20 4 20 mA i 0 5 0 4 2 V Pezoelektricheskie datchiki primenyayutsya dlya izmereniya bystroperemennyh processov v diapazone chastot ot edinic Gc do soten kGc Otlichie ot manometraV otlichie ot datchika davleniya manometr pribor prednaznachennyj dlya izmereniya a ne prosto preobrazovaniya davleniya V manometre ot davleniya zavisyat pokazaniya pribora kotorye mogut byt schitany s ego shkaly displeya ili analogichnogo ustrojstva Sm takzheMetrologiya Izmerenie davleniyaPrimechaniyaTypes of Pressure Sensors gauge absolute sealed amp differential amer angl ES Systems 3 sentyabrya 2020 Data obrasheniya 19 yanvarya 2023 Arhivirovano 19 yanvarya 2023 goda
