czujniki ciśnienia
Transkrypt
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.