Датчик давления

Датчик давления — устройство, физические параметры  которого изменяются в зависимости  от давления измеряемой среды (жидкости, газы, пар). В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный  пневматический, электрический сигналы  или цифровой код.

1 Принципы реализации                                               2 Регистрация сигналов датчиков давления

1.1 Тензометрический  метод                                       3 Отличие от манометра

1.2 Пьезорезистивный  метод

1.3 Ёмкостной метод

1.4 Резонансный метод

1.5 Индуктивный метод

1.6 Ионизационный  метод 

Принципы  реализации

Датчик давления состоит из первичного преобразователя  давления, в составе которого чувствительный элемент и приемник давления, схемы  вторичной обработки сигнала, различных  по конструкции корпусных деталей  и устройства вывода. Основным отличием одних приборов от других является точность регистрации давления, которая  зависит от принципа преобразования давления в электрический сигнал: тензометрический, пьезорезистивный, емкостной, индуктивный, резонансный, ионизационный.

Тензометрический  метод

Чувствительные элементы датчиков базируются на принципе измерения  деформации тензорезисторов, припаянных к титановой мембране, которая  деформируется под действием  давления.

Пьезорезистивный  метод

Основаны на интегральных чувствительных элементах из монокристаллического кремния. Кремниевые преобразователи  имеют высокую временную и  температурную стабильности. 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.

Ёмкостной метод

Ёмкостные преобразователи  используют метод изменения ёмкости  конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Известны керамические или кремниевые ёмкостные первичные  преобразователи давления и преобразователи, выполненные с использованием упругой  металлической мембраны. При изменении  давления мембрана с электродом деформируется  и происходит изменение емкости. В элементе из керамики или кремния, пространство между обкладками обычно заполнено маслом или другой органической жидкостью. Недостаток — нелинейная зависимость емкости от приложенного давления.

Резонансный метод

В основе метода лежат  волновые процессы: акустические или  электромагнитные. 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.

Регистрация сигналов датчиков давления

Сигналы с датчиков давления являются медленноменяющимися. Это значит, что их спектр лежит  в области сверхнизких 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). 

Отличие от манометра

В отличие от датчика  давления, манометр — прибор, предназначенный  для измерения (а не преобразования) давления. В манометре от давления зависят показания прибора, которые  могут быть считаны с его шкалы, дисплея или аналогичного устройства.