czujniki ciśnienia

MANOMETRY
Literatura:
Jerzy Kostro – Elementy, urządzenia i układy automatyki.
1. Czujniki piezorezystancyjne.
Czujnik piezorezystancyjny zawiera mostek, którego gałęzie powstały drogą dyfuzji
domieszek w krysztale krzemu. Przy braku ciśnienia rezystancje wszystkich gałęzi mostka są
jednakowe i sygnał wyjściowy jest równy zeru. Pod działaniem ciśnienia wartości rezystancji
rezystorów tworzących mostek ulegają zmianie: jedne z nich zwiększają się, inne zmniejszają. Pod
działaniem ciśnienia następuje więc rozstrojenie mostka, sygnał wyjściowy mostka jest miarą
działającego ciśnienia. Czujnik piezorezystancyjny ma liniową charakterystykę statystyczną, bez
histerezy, przy dołączeniu odpowiednich rezystorów kompensujących mało wrażliwą na wpływ
temperatury. Właściwości pomiarowe w połączeniu z niewielkimi wymiarami, odpornością na drgania
i możliwością stosowania przy ciśnieniu do kilkudziesięciu megapaskali, pozwalają budować na bazie
tego czujnika wysokiej klasy przetworniki ciśnienia i różnicy ciśnień.
Przetworniki ciśnienia zawierają czujnik piezorezystancyjny umieszczony w obudowie i
oddzielony od czynnika, którego ciśnienie jest mierzone, membraną i warstwą oleju silikonowego
wypełniającego dokładnie przestrzeń pod membraną. Czujnik jest łączony ze wzmacniaczem za
pomocą wieloprzewodowej taśmy elastycznej.
Czujniki piezorezystancyjne, oprócz podstawowego sygnału pomiarowego (ciśnienie lub
różnica ciśnień), wytwarzają także sygnały pomiarowe informujące o temperaturze czujnika i
ciśnieniu statycznym. Te trzy sygnały pomiarowe wprowadzone na wejście mikroprocesora
umożliwiają kompensację wpływu temperatury i (przy pomiarze różnicy ciśnień) ciśnienia
statycznego poprzez obliczenie, na podstawie przechowywanej w pamięci charakterystyki czujnika,
prawidłowej wartości wielkości mierzonej. Obecność w przetworniku mikroprocesora do
przetwarzania sygnałów pomiarowych umożliwiła dotychczas niespotykane dodatkowe jego funkcje,
takie jak: zdalna komunikacja i dialog operatora z przetwornikiem, wywoływanie procedur
diagnostyki, wybór charakterystyk i punktów pracy itp.
Wszystkie dodatkowe możliwości uzyskane dzięki zastosowaniu mikroprocesora zwiększają
bezpieczeństwo i dokładność systemu, w którym jest zainstalowany przetwornik, oraz wygodę pracy
operatora. Przetworniki z czujnikami piezorezystancyjnymi umożliwiają dużą dokładność pomiaru.
Firma HONEYWELL podaje dla produkowanych przez siebie przetworników ciśnienia dokładność
0,1% oraz wpływ zmian temperatury czujnika -0,5% na 55°C. przetworniki firmy HONEYWELL są
stosowane do pomiarów przepływu (pomiary spadku ciśnienia na zwężce) oraz do pomiarów poziomu
cieczy w zbiornikach.
2. Czujniki pojemnościowe.
Mierzone ciśnienia działają na membrany separujące, za którymi znajduje się olej silikonowy.
Olej silikonowy przenosi ciśnienie na sprężystą membranę pomiarową stanowiącą jedną z okładek
kondensatora różnicowego. Pod wpływem różnicy ciśnień działających na membranę zmienia się
tylko ciśnienie z jednej strony, z drugiej strony jest komora próżniowa, następuje proporcjonalne do
różnicy ciśnień ugięcie membrany i zmiana pojemności między nią a zewnętrznymi okładkami
kondensatora. Przy tym, jeżeli pojemność między membraną a prawą okładką rośnie, to pojemność
między membraną a okładką lewą maleje (dlatego kondensator został nazwany kondensatorem
różnicowym). Jednym z warunków prawidłowej pracy manometrów z elementami sprężystymi jest
praca przy niewielkich odkształceniach tych elementów. W omawianym rozwiązaniu, wg danych
katalogowych, przemieszczenie membrany pomiarowej nie przekracza 0,1mm.