Главная  Автоматизация процессов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [ 20 ] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65

ГЛАВА

ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ

Как и датчики температуры, датчики давления отно-сятся к наиболее широко употребительным в технике. Однако для непрофессионалов измерение давления представляет меньший интерес, так как существую-щие датчики давления относительно дороги и имеют лишь ограниченное применение. Несмотря на это, рассмотрим некоторые варианты их использования,

3.L Кремниевые л&тчрлш

Для любительской практики представляют интерес лишь относительно недорогие кремниевые датчики давления, имеющие выходной сигнал чаще всего порядка нескольких вольт. Обычно такой датчик изготовляют из кремниевой пластины, часть которой вытравливают до образования тонкой мембраны. Методом ионной имплантации на мембране выполняют резистквные элементы с межсоединениями. При изменении давления мембрана прогибается, и под действием пьезоэлектрического эффекта происходит изменение сопротивления резистивных элементов. Толщина мембраны, как и геометрическая форма резисторов, определяется областью допустимых давлений. Преимуществами широко распространенных датчиков этого типа являются:

© высокая чувствительность,

© хорошая линейность,

© незначительные гистерезисные явления,

О малое время срабатывания,

© компактная конструкция,



40 мбар Измерение уровня жидкости в стиральных и посудо

моечных машинах 100 мбар Пылесосы, контроль фильтров, измерение расхода 200 мбар Измерение кровяного давления

1 бар Барометр, регулировка зажигания и впрыска в ав-

томобильных двигателях

2 бар Измерение разрежения на такте всасывания в авто-

мобильных двигателях 10 бар Измерение давление масла и сжатого воздуха в тор-

мозной системе автомобиля; холодильники SO бар Пневматические системы, промышленные роботы S00 бар Гидравлические системы, строительные машины

Четыре однотипных пьезорезистора образуют мост, как показано на рис. 3.1.1. При этом отдельные резисторы {Rl ... r4) соединены так, что при прогибе мембраны сопротивление резисторов Ri и R3 возрастает, а у i?2 и i?4 - уменьшается. В результате достигается высокая чувствительность измерительного моста. Выходное напряжение Ua соответствует тогда уравнению

(Ri + r2){R, + Rz)

На рис. 3.1.2 графически представлена зависимость Ua{p) для типичного кремниевого датчика давления. Здесь же продемонстрировано и влияние температуры на чувствительность, .

© экономичная планарная технология изготовления.

Недостаток, заключающийся в повышенной тем- пературной чувствительности, можно в большинстве случаев скомпенсировать.

Область применения датчиков давления определяется возможным диапазоном измеряемых давлений (см. табл. 3.1.1).

Таблица 3.LI

Области применения датчиков давления

д^мения Применение



Поскольку в этом случае максимальное выходное напряжение составляет лишь 0,1 В, для дальнейшей обработки сигнала его нужно усилить еш:е примерно до 1 В. Такое 10-кратное усиление по напряжению с помощью стандартных операционных усилителей (741, LM358 и т. п.) не составляет проблемы, а


т, Е

< 100

S 50

Давление Р, бар-

Рис. 3.1.1. Измерительный мост из четырех идентичных пьезорези-Сторов, составляющих в совокупности датчик давления.

Рис. 3.1.2. Характеристика кремниевого датчика давления при различных температурах (25 и 125°С).

поэтому согласование сигнала с измерительным прибором осуществляется легко. Для измерений с повышенной точностью следует дополнительно компенсировать температурную погрешность датчиков.

Компенсация температурной погрешности В принципе следует различать температурный коэффициент смещения нуля н температурный коэффициент чувствительности и каждую отдельную погрешность компенсировать индивидуально.

Температурный коэффициент смещения нуля (примерно -2-10 К ) представляет собой температур-




1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 [ 20 ] 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65