Краснодар
КраснодарМоскваКрасноярскНовосибирскОмскИркутскРостов-на-ДонуПермьУфаВолгоградВоронежСамараКазаньЕкатеринбургНижний НовгородЧелябинскСанкт-Петербург
КАЛЬКУЛЯТОР
ЗАКАЗАТЬ ЗВОНОК
+7 (861) 944-33-11
ВХОД
Главная » Полезная информация » Что такое датчик давления? Как его выбрать и правильно применять

Что такое датчик давления? Как его выбрать и правильно применять

08.02.2019

Датчик давления – устройство полезное и крайне необходимое. Он выдает на выходе сигналы, которые зависят от давления измеряемой среды.
Сегодня редко какая-нибудь автоматизированная система из любой промышленной отрасли обходится в своей работе без применения точных датчиков по определению давления.
Функционирование многих датчиков давления построено на преобразовании давления в механическое движение.
Для замеров применяются электрические и тепловые системы, а также механические элементы – трубчатые пружины, мембраны.

Состав

Рассмотрим, из чего состоит датчик давления. Есть как минимум три составляющих: электросхема, имеющий разные конструкции корпус и
первоначальный преобразователь вместе с чувствительным элементом.

Принципы работы (классификация)

Чтобы вы могли лучше разобраться в предлагаемой на рынке продукции до ее приобретения, классифицируем датчики давления и приведем их четкие характеристики.

Датчики волоконно-оптические

Они самые точные в работе, если нет изменений в температуре воздуха. В датчиках этого типа установлен оптический волновод, который является элементом точной чувствительности. С помощью поляризации света, который проходит по оптическому волноводу, и по колебаниям амплитуды, определяется давление в волоконно-оптических приборах.

Датчики давления оптоэлектронные

Несколько слоев образуют датчики давления. Через данные слои проходит свет. Один из слоев изменяет свойства из-за величины давления среды. Изменения касаются двух параметров: величины преломления и размера слоя. Свет, проходящий через слои, поменяет свои характеристики. Регистрацию изменений производит фотоэлемент.
По словам пользователей, именно высокая точность стала тем весомым преимуществом оптоэлектронных приборов, которое является решающим при выборе данного типа товара.
Кроме того, они имеют еще целый ряд полезных характеристик и преимуществ: датчики стабильно реагируют на изменения температуры, у них повышенное разрешение, легко определяют давление.
Оптоэлектронные приборы работают на интерференции света, в своей деятельности используют интерферометр для замера малых перемещений. Это обуславливает их перспективность.
Датчик состоит из: фотодиода и детектора (три светодиода), а также кристалла оптического анализатора с диафрагмой. Оптические фильтры, имеющие отличия по толщине, прикреплены к двум фотодиодам. Из кремниевых зеркал с отражением от лицевой части поверхности состоят фильтры. Слоем алюминия малой толщины сделано покрытие поверхности датчика.
Диафрагма светового преобразователя, покрытая тонким металлическим слоем защиты, смоделирована способом травления. Также металлическим слоем конструкторы покрыли и нижнюю стеклянную пластину. Две прокладки образуют необходимый промежуток между стеклом и подложкой. Интерферометр с изменяемым воздушным промежутком образуют два металлических слоя. Здесь же располагаются меняющее положение зеркало на мембране и зеркало на стекле стационарного вида.
Чувствительные датчики размером 0,55 мм изготавливаются именно на подобной основе изготавливают. Профессионалы знают, что отличает эти датчики – они легко проходят через ушко иглы.
С сенсором тесно взаимосвязано оптическое волокно. Монохроматический свет, вводимый в волокно, подключается в сенсоре с помощью управления микропроцессора. Далее производится замер интенсивности обратного света. Наружное давление рассчитывается по калибровке. На экране выводится готовый результат.

Подобные сенсоры сегодня широко использует современная медицина. Например, с их помощью медики могут проверить давления внутри черепа у пациента, либо измерить кровяное давление в артериях легких. Это незаменимый инструмент. Просто-напросто другими способами в легкие человека добраться невозможно.

Магнитные датчики

Другое название магнитных датчиков – индуктивные. Е-пластина, встроенная в их конструкцию, служит здесь элементом чувствительности. По центру датчика располагается проводящая мембрана и катушка. Расположение катушки таково, что она находится на малом расстоянии от конца пластины. Когда присоединяется обмотка, то происходит образование магнитного потока. Этот поток проходит через мембрану, промежуток воздуха и через пластину.
Образующаяся в зазоре магнитная проницаемость воздуха будет в 1000 раз слабее мембраны и пластины. К значительному изменению индуктивности приводит даже малое изменение параметра зазора.
Давление воздействует на мембрану определенным образом: она изгибается, также изменяется сопротивление катушки. Изменение с помощью преобразователя переводится в сигнал тока. Обмотка преобразователя включена в плечо. При создании измерительного рабочего элемента преобразователя использована схема моста. Сигнал от элемента измерения аналого-цифровой преобразователь передает в виде сигнала от давления.

Емкостные датчики

Самую простую конструкцию имеют емкостные датчики. Они состоят из двух плоских электродов с зазором. Тип используемого электрода – мембранный. Принцип работы такой: на мембрану давит измеряемое давление, затем изменяется размер зазора. Конденсатор с меняющимся зазором образуют этот вид датчиков. Если меняется промежуток от пластин или от электродов, как в данном случае, то подлежит изменениям и величина емкости конденсатора.
Емкостные датчики в наибольшей степени эффективны и применяются там, где требуется определение небольших изменений давления. Также, к примеру, датчики могут сделать замер избыточного давления в различной среде. Кроме того, емкостные датчики широко используются на промышленных предприятиях, в реализации тех технологических процессов, где задействованы насосы и компрессоры, есть системы воздушного и гидравлического оборудования, станки. Конструкция емкостного датчика стойка к вибрациям, хорошо переносит смену температуры. Благодаря особенностям конструкции он надежно защищен от неблагоприятных воздействий химической и электромагнитной сред.

Ртутные датчики давления

Ртутный датчик имеет самую простую конструкцию, работает, используя закон о сообщающихся сосудах. Давление воздействует на одну емкость, там, где нужны измерения. В итоге давление определяется по величине другого сосуда.

Датчики давления пьезоэлектрические

Пьезоэлемент – это элемент чувствительности в датчике данного типа. Пьезоэлемент во время деформации создает электрический сигнал. Это именуется прямым пьезоэффектом. Сам пьезоэлемент располагается в измеряемой области. Ток, который образуется, прямо зависит от значения давления.
Особенность пьезоэлектрических датчиков состоит в том, что сигнал в нем формируется только при деформации. Если давление неизменно, то деформация не происходит – сигнал пьезоэлектрик не сгенерирует. В связи с этим, данный датчик применим там, где необходимы замеры среды, в которой давление быстро изменяется. Где можно эффективно применять пьезоэлектрики? К примеру, в первичных преобразователях потока водяных вихревых счетчиков, а также и других сред. Пьезоэлектрические датчики давления устанавливают, как правило, парами в трубу с проходом в несколько сотен миллиметров за предметом обтекания. Вихри фиксируются. От скорости потока и расхода по объему прямо зависят количество и частота вихрей.

Датчики давления пьезорезонансные

В механизме действия этого типа датчиков применяется обратный пьезоэффект. В зависимости от тока подачи видоизменяется форма материала пьезоэлемента. В конструкции использован резонатор в виде пластины, произведенной из пьезоматериала. Электроды нанесены с двух сторон на пластину. Напряжение питания с разным знаком по очереди подключается на электроды. Пластина изгибается в обе стороны. Направление изгиба зависит от частоты и полярности поданного напряжения. Резонатор изменит частоту своих колебаний при воздействии на пластину силой. Мембрана давит на резонатор, при этом частота резонатора указывает значение давления на мембрану.

Резистивные датчики давления

Довольно часто эти датчики именуют тензорезисторами. Главный элемент датчика при деформации изменит собственное сопротивление. На мембраны, чувствительные к изменяющемуся давлению, монтируются данные тензорезисторы. На мембрану воздействует сила, в следствие чего происходит изгиб мембраны. Далее изгибаются и, закрепленные на мембране, тензорезисторы. В итоге это приводит к тому, что сопротивление и значение тока цепи изменяется на тензорезисторах. К увеличению длины и снижению сечения приводит растяжение элементов из проводников на каждом тензорезисторе. Результат этого процесса – повышение сопротивления. Произошло сжатие элементов – значит сопротивление понизилось.
В целом, при работе данных датчиков происходят незначительные сопротивления. И здесь поэтому нашлось место для применения усилителей по обработке сигнала. Происходит переделка деформации
в изменение сопротивления проводника. А в итоге – в сигнал тока.
Как выглядят тензорезисторы и что они из себя представляют? Это проводящий зигзагообразный элемент, находящийся на гибкой подложке, приклеенной к мембране. Материал подложки: слюда, полимерная пленка, бумага.
Из тонкой проволоки или фольги, из полупроводника изготавливается элемент проводника.
Выводами из проволоки или площадками контактов соединяют чувствительный элемент с цепью измерения. Площадь тензорезисторов чаще всего составляет порядка 10 кв. мм. Поэтому резистивные датчики давления лучше всего подходят для замера силы нажатия, давления, веса.

Как выбрать?

Прежде всего, ориентируясь на тип давления. Многое зависит от того, что вы будете измерять – какое именно давление: вакуумное, относительное, барометрическое, избыточное, абсолютное. Далее следует внимательно посмотреть на интервал разбега давления.
Важен также класс защиты датчика. Свои степени защиты от пыли и влаги разработаны и существуют для применения в разных условиях работы.
Нужно посмотреть и на эффекты температуры. Значительные помехи, влияющие на результат измерения датчика создает расширение предметов. Если в среде всегда есть изменения температуры, то нужно применять термокомпенсацию. Также нужно ориентироваться и на границы температур.
Важно учитывать то, что для агрессивных условий играют значимую роль свойства используемого при производстве датчика материала. Тип сигнала выхода может быть аналоговый и цифровой. Поэтому необходимо учитывать количество проводов, интервалы выхода сигнала.

<<< назад