В современной промышленности не обойтись без точных приборов измерения, которые служат для учета расхода различных жидкостей, а также газа, газовых смесей и пара. Помимо расходомеров с разными принципами действия, широко применяются электронные датчики давления. Они являются неотъемлемой частью измерительных комплексов, а также входят в состав теплосчетчиков, используются в системах автоматизированного контроля технологических процессов. Данные приборы востребованы в энергетике, пищевой промышленности, нефтяной и газовых отраслях и других сферах производства.
ЧТО ТАКОЕ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ
Это устройство для измерения и преобразования давления среды - жидкости, газа или пара. Полученное значение выводится на дисплей или передается в виде аналогового или цифрового выходного сигнала.
Принцип работы зависит от типа измеряемого давления, которое может быть абсолютным, избыточным и дифференциальным.
ТИПЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ
Так, в пищевом и химическом производстве широкое применение получил интеллектуальный датчик абсолютного давления, осуществляющий измерение относительно абсолютного вакуума. Отметим, что именно такое измерение применяется в узлах учета газа, пара и тепловой энергии для приведения расхода к стандартным условиям.
Решать задачи учета расхода измеряемой среды позволяет датчик дифференциального давления. Принцип его работы заключается в измерении разности давлений между двумя полостями – плюсовой и минусовой. Могут применяться для учета расхода, при помощи сужающих устройств. Сужающее устройство в трубопроводе представляет собой местное сопротивление, при прохождении через которое изменяется характер течения потока. Непосредственно перед сужающим устройством давление среды возрастает, а после него – снижается. Чем больше разница на входе и выходе сужающего устройства, тем больше расход среды, протекающей по трубе.
Кроме того, такой датчик позволяет производить учет объема жидкости не только в трубе, но и в емкости при помощи измерения давления столба жидкости на плюсовую мембрану и, при необходимости, измерения минусовой полостью давления под куполом емкости, для исключения влияния насыщенных паров. Такой метод называют гидростатическим.
В системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами не обойтись без такого прибора, как датчик избыточного давления. Он может использоваться в составе водяных систем теплоснабжения, а также входить в комплектацию узлов коммерческого и технологического учета жидкостей, газа и пара.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДАВЛЕНИЯ "ЭМИС-БАР"
В конце 2018 года в продуктовой линейке компании «ЭМИС» появились интеллектуальные преобразователи «ЭМИС» - БАР». Они способны осуществлять непрерывное измерение абсолютного, избыточного, дифференциального и гидростатического давления, определять разрежение жидких и газообразных сред, насыщенного и перегретого пара.
Несколько вариантов исполнения позволяет сделать оптимальный выбор, в зависимости от поставленных задач и условий эксплуатации, в том числе при работе на низкотемпературных, высокотемпературных и агрессивных средах.
Стоит отметить, что у заказчика имеется возможность выбора материалов изготовления разделительной мембраны и корпуса электронного блока, типа, материала и размера фланца, типа и материала кронштейна. Также на выбор представлены несколько вариантов длины погружной части разделительной мембраны плюсовой полости.
Остановимся более подробно на технических характеристиках и модификациях.
Устройство прибора
1. Корпус;
2. Крышки корпуса, передняя крышка чаще всего служит экраном дисплея;
3. RFI- и EMI-фильтры– служат для гашения электромагнитных и радиопомех;
4. Электронный блок – модуль процессора;
5. Модуль дисплея – может отсутствовать;
6. Приемник давления – имеет различный внешний вид, в зависимости от типа;
7. Фланцы и метизы – для фланцевого исполнения;
8. Клеммная колодка;
9. Кнопки настройки.
В качестве сенсора используется монокристаллическая кремниевая мембрана с расположенными на ней пьезорезисторами. При этом мембрана, подложка и резистор выполнены из одного материала – кремния. Для защиты сенсора возможно исполнение с разделительной мембраной и заполняющей жидкостью.
Устройство сенсорного модуля
Сенсорный модуль состоит из:
-штуцера;
-разделительной мембраны;
-сенсора;
-камеры;
Сигнал с сенсора по гермовводам передается в модуль электроники. Имеется внутреннее программное обеспечение с возможностью самодиагностики. Настройка основных параметров может осуществляться с помощью кнопок ввода, расположенных на устройстве. Также настройка всех параметров возможна через протокол HART. При этом цифровой HART-сигнал накладывается на аналоговый, не оказывая влияния на его постоянную составляющую.
Функции меню:
-настройка шкалы измерения с подачей опорного давления;
-настройка времени демпфирования;
-настройка шкалы измерения без подачи опорного давления;
-установка нуля;
-установка фиксированного значения тока выходного сигнала;
-установка аварийных значений тока;
-блокировка управления с кнопок;
-функция корнеизвлечения для преобразователей дифференциального давления;
-выбор единиц измерения.
Приборы «ЭМИС» - БАР» внесены в Госреестр средств измерения (№2219), имеют сертификат соответствия ТР ТС 012/2011 «О безопасности оборудования для работы во взрывоопасных средах», всю необходимую разрешительную документацию, а также дополнительные сертификаты:
-Сертификат соответствия ТР ТС 032/2013 "О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением".
-Декларация о соответствии ТР ТС 032/2013 "О безопасности машин и оборудования".
-Декларация о соответствии ТР ТС 020/2011 "Электромагнитная совместимость технических средств".
-Сертификат соответствия «Применение в средах, содержащих сероводород».
-Экспертное заключение по результатам санитарно-эпидемиологической экспертизы.
-Право интеллектуальной собственности разработчика защищено патентом РФ № 186107.
Выпускаются с возможностью фланцевого и штуцерного соединения. На выбор заказчика есть несколько материалов мембраны, полости камеры и корпуса электронного блока, а также типа заполняющей жидкости.
Имеют несколько вариантов исполнения:
-с фланцевым присоединением
-со штуцерным присоединением
-с открытой мембраной
-с выносной разделительной мембраной
Данные спецификации представлены с фланцевым креплением и с выносными разделительными мембранами. Модели 186,187, 188 являются преобразователями разрежения.
Спецификация 163 – с плоской мембраной, 164 – с погружной мембраной. Они применяются для точного определения уровня жидкости в различных емкостях и резервуарах.
Преимущества
Каждый из представленных приборов обладает высокой точностью измерений на уровне лучших мировых образцов. При специальном заказе основная приведенная погрешность составляет 0,04%. Также они отличаются долговременной стабильностью - не более 0,1% в течение 5 лет (или 0,02% в течение года).
Их ключевыми особенностями являются широкий диапазон измерения (от -0,5 до 69 МПа), способность работать в условиях перегрузки до 105 МПа и расширенная самодиагностика.
Имеется возможность настройки (в том числе калибровки нуля) с кнопок непосредственно во взрывоопасной зоне, без нарушения взрывозащиты корпуса, а также обеспечена работа с фирменным программным обеспечением «ЭМИС» - Интегратор». Межповерочный интервал составляет 5 лет.
В 2018 году, в целях проведения ОПИ, преобразователи «ЭМИС-БАР» были поставлены на объект УРМЦ «Газпром – Трансгаз – Екатеринбург». В своем отзыве заказчик отмечает, что за время опытно-промышленных испытаний они показали себя надёжным средством измерения, отвечающим всем техническим требованиям и в полной мере обеспечивающим заявленные метрологические и технико-эксплуатационные параметры. Приборы показали высокую стабильность при различных температурных режимах и в разных погодных условиях, высокую визуализацию, интуитивность и практическое удобство дисплея.
Также положительные характеристики преобразователи ИД «ЭМИС-БАР» получили по результатам работы на «Березниковском содовом заводе», где измеряемой средой стала фильтровая жидкость карбоколонны. «Интерфейс настройки прибора интуитивный и понятный. Материал корпуса соответствует заявленному в паспорте. Несмотря на наличие в фильтровой жидкости агрессивных примесей, отложений и коррозии на сенсоре не было. Метрологические характеристики после 6 месяцев работы соответствуют заявленным. Диапазон напряжения питания может быть от 12 до 36 вольт, при этом влияния на работу прибора данный разбег по питанию не оказывает», - отмечает в отзыве заказчик.
Стоит отметить, что измерители «ЭМИС» - БАР» являются частью комплексов учета энергоносителей и теплосчетчиков. Сейчас комплексы можно приобрести с расширенной гарантией до 3 лет, по Вашему запросу.
На рисунке комплекс учета «ЭМИС»-Эско 2210»
Необходимо добавить, что с появлением в продуктовой линейке «ЭМИС» датчиков давления, для заказчиков открылись возможности унификации применяемого оборудования и получения дополнительных выгод при комплексной покупке средств измерения нашей торговой марки!
Если у Вас существует потребность в приобретении продукции, на нашем сайте Вы можете оставить заявку или заполнить опросный лист и отправить его на адрес [email protected].
Задать вопрос инженерам по работе производимых приборов
emis-kip.ru
Датчик давления — Википедия
Датчик давления — устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газа, пара). В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический, электрический сигналы или цифровой код.
Датчик давления
Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент — приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных над конструкции корпусных деталей, в том числе для герметичного соединения датчика с объектом и защиты от внешних воздействий и устройства вывода информационного сигнала. Основными отличиями одних приборов от других являются пределы измерений, динамические и частотные диапазоны, точность регистрации давления, допустимые условия эксплуатации, массогабаритные характеристики, которые зависят от принципа преобразования давления в электрический сигнал: тензометрический, пьезорезистивный, ёмкостный, индуктивный, резонансный, ионизационный, пьезоэлектрический и другие.
Тензометрический метод[править | править код]
Чувствительные элементы датчиков базируются на принципе изменения сопротивления при деформации тензорезисторов, приклеенных к упругому элементу, который деформируется под действием давления.
Пьезорезистивный метод[править | править код]
Основан на интегральных чувствительных элементах из монокристаллического кремния. Кремниевые преобразователи имеют высокую чувствительность благодаря изменению удельного объемного сопротивления полупроводника при деформировании давлением.
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.
Ёмкостный метод[править | править код]
"Сердцем" датчика давления является ёмкостная ячейка. Ёмкостный метод основан на зависимости изменения электрической ёмкости между обкладками конденсатора и измерительной мембраны от подаваемого давления. Основным преимуществом ёмкостного метода является защита от перегрузок (изм. мембрана при перегрузке ложится на стенки «обкладки» конденсатора, длительное время не подвергаясь деформации, при снятии перегрузки мембрана восстанавливает исходную форму, при этом дополнительная калибровка сенсора не требуется), также обеспечивается высокая стабильность метрологических характеристик, уменьшение влияния температурной погрешности за счет малого объема заполняющей жидкости непосредственно в ячейке.
Резонансный метод[править | править код]
В основе метода лежит изменение резонансной частоты колеблющегося упругого элемента при деформировании его силой или давлением. 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[править | править код]
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[править | править код]
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.
Пьезоэлектрический метод[править | править код]
В основе лежит прямой пьезоэлектрический эффект, при котором пьезоэлемент генерирует электрический сигнал, пропорциональный действующей на него силе или давлению. Пьезоэлектрические датчики используются для измерения быстроменяющихся акустических и импульсных давлений, обладают широкими динамическими и частотными диапазонами, имеют малую массу и габариты, высокую надежность и могут использоваться в жестких условиях эксплуатации.
Сигналы с датчиков давления могут быть как медленноменяющимися, так и быстропеременными. В первом случае их спектр лежит в области низких 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).
Для измерения переменных давлений применяют датчики с аналоговым выходным сигналом, например, 0—20, 4—20 мА и 0—5, 0,4—2 В.
Пьезоэлектрические датчики применяются для измерения быстропеременных процессов в диапазоне частот от единиц Гц до сотен кГц.
В отличие от датчика давления, манометр — прибор, предназначенный для измерения (а не просто преобразования) давления. В манометре от давления зависят показания прибора, которые могут быть считаны с его шкалы, дисплея или аналогичного устройства.
ru.wikipedia.org
Датчики давления. Виды и работа. Как выбрать и применение
Датчики давления являются устройством, выдающим сигналы на выходе, зависящие от давления измеряемой среды. Сегодня не обходятся без точных датчиков определения давления. Они применяются в автоматизированных системах всех отраслей промышленности.
Многие датчики давления функционируют на преобразовании давления в движение механической части. Кроме механических элементов (трубчатые пружины, мембраны) для замеров используются тепловые и электрические системы. Электронные элементы дают возможность осуществить производство датчиков давления на электронных элементах.
Датчик давления состоит из:
Первоначальный преобразователь вместе с чувствительным элементом.
Корпус датчика, имеющий разные конструкции.
Электрическая схема.
Классификация и принцип работы
Волоконно-оптические
Этот тип датчиков считается самым точным в работе, которая не имеет большой зависимости от изменений температуры. Элементом точной чувствительности действует оптический волновод. Давление в волоконно-оптических приборах определяется путем поляризации света, прошедшего по элементу чувствительности, и колебаниям амплитуды.
Оптоэлектронные датчики давления
Датчики давления состоит из нескольких слоев, через которые проходит свет. Один слой меняет свойства от величины давления среды. Меняются 2 параметра: величина преломления и размер слоя. Методы изображены на рисунках.
При изменении свойств будет изменяться характеристика света, проходящего через слои. Фотоэлемент производит регистрацию изменений. Преимуществом оптоэлектронных приборов стала высокая точность.
Датчики легко определяют давление, имеют повышенное разрешение, чувствительность, стабильны к действию температуры. Перспективность оптоэлектронных приборов обуславливается работой на интерференции света, использованием интерферометра для замера малых перемещений. Основные составляющие элементы датчика – кристалл оптического анализатора с диафрагмой, фотодиод и детектор. Детектор составляют три светодиода.
К 2-м фотодиодам прикреплены оптические фильтры, которые имеют отличия по толщине. Фильтры состоят из кремниевых зеркал, имеющих отражение от лицевой части поверхности, которые имеют слой оксида кремния. Поверхность напылена слоем алюминия малой толщины.
Световой преобразователь подобен емкостному датчику. Его диафрагма смоделирована способом травления, которая покрыта металлическим тонким слоем. Стеклянная пластина снизу покрыта металлическим слоем. Между подложкой и стеклом есть промежуток, образованный двумя прокладками.
Два металлических слоя образуют интерферометр с изменяемым воздушным промежутком. В его состав вошли: зеркало на стекле стационарного вида и меняющее положение зеркало на мембране.
На подобной основе изготавливают чувствительные датчики размером 0,55 мм. Они легко проходят через ушко иглы.
Оптическое волокно взаимосвязано с сенсором. В нем с помощью управления микропроцессора подключается монохроматический свет, который вводится в волокно. Делается замер интенсивности обратного света, по калибровке рассчитывается наружное давление и результат показывается на экране. Сенсоры используют в медицине для проверки давления внутри черепа, измерения кровяного давления в артериях легких. Другими методами в легкие добраться невозможно.
Магнитные
Магнитные датчики давления еще называют индуктивными. Элементом чувствительности служит Е-пластина, в центре расположена катушка, и проводящая мембрана. Она расположена на малом расстоянии от конца пластины. При подсоединении обмотки образуется магнитный поток, он идет через пластину, промежуток воздуха и мембрану.
Магнитная проницаемость воздуха в зазоре в 1000 раз слабее мембраны и пластины. Малое изменение параметра зазора приводит к значительному изменению индуктивности.
При воздействии давления мембрана изгибается, сопротивление катушки меняется. Преобразователь переводит изменение в сигнал тока. Измерительный рабочий элемент преобразователя сделан по схеме моста, обмотка включена в плечо. АЦП подает сигнал от элемента измерения в виде сигнала от давления.
Емкостные
Датчики давления самой простой конструкции, состоящий из плоских электродов (2 шт.) с зазором. Электрод сделан мембраной, на нее давит измеряемое давление. Меняется размер зазора. Такой вид датчика образует конденсатор с меняющимся зазором. Величина емкости конденсатора меняется при изменении промежутка от пластин или от электродов в данном случае.
Для определения очень небольших изменений давления приборы наиболее применимы и эффективны. Они дают возможность произвести замеры избыточного давления в различной среде. На предприятиях при выполнении технологических процессов, в которых задействованы системы воздушного и гидравлического оборудования, в насосах, компрессорах, на станках емкостные датчики нашли широкое применение. Датчик емкостного вида имеет конструкцию, которая имеет стойкость к вибрациям, скачкам температуры, защищена от химической и электромагнитной среды.
Ртутные
Также простая конструкция прибора. Действует по закону о сообщающихся сосудах. На одну емкость давит давление, которое нужно измерить. По величине другого сосуда – определяется давление.
Пьезоэлектрические
Элементом чувствительности в этом датчике служит пьезоэлемент. Это вещество, создающее электрический сигнал во время деформации. Такое свойство называется прямым пьезоэффектом. В измеряемой области находится пьезоэлемент, который образует ток, прямо зависящий от значения давления. Сигнал в датчике из пьезоматериала образуется только при деформации. При неизменном давлении нет деформации, поэтому датчик годен только для проведения замеров среды с быстро изменяемым давлением.
Если давление не будет изменяться, то не будет деформации, пьезоэлектрик не сгенерирует сигнал.
Пьезоэлектрики нашли использование в первичных преобразователях потока водяных вихревых счетчиков, и других сред. Их устанавливают парами в трубу с проходом в несколько сотен мм за предметом обтекания. Фиксируют вихри. Количество и частота вихрей прямо зависят от скорости потока и расхода по объему.
Пьезорезонансные датчики давления
В отличие от вышеописанного вида датчика здесь применяется обратный пьезоэффект, то есть, форма материала пьезоэлемента изменяется от тока подачи. Применяется резонатор в виде пластины из пьезоматериала. На пластину с двух сторон нанесены электроды. На них подключается по очереди напряжение питания с разным знаком, пластина производит изгиб в обе стороны в зависимости от полярности поданного напряжения и частоты.
Если воздействовать на пластину силой, чувствительной мембраной к давлению, то резонатор изменит частоту колебаний. Частота резонатора укажет значение давления на мембрану, которая оказывает давление на резонатор.
На рисунке изображен пьезорезонансный датчик с абсолютным давлением, который сделан герметичной камерой 1. Она достигается корпусом 2, основанием 6, мембраной 10. Мембрана крепится на электронную сварку к корпусу. Держатели закреплены на основании перемычками. Силочувствительный резонатор удерживает держатель.
Мембрана 10 давит на втулку 13 и шарик 6, который закреплен в держателе. Шарик давит на чувствительный резонатор 5. Проводка закреплена на основании 6, необходима для слияния резонаторов с генераторами. Сигнал на выходе абсолютного давления образуется по схеме путем разности генераторных частот. Датчик находится в активном термостате 18 с неизменной температурой 40 градусов. Давления для измерения поступает через штуцер 12.
Резистивные датчики давления
Другим названием этот датчик называется тензорезистор. Это элемент, который меняет собственное сопротивление при деформации. Такие тензорезисторы монтируют на мембрану, которая чувствительна к изменяющемуся давлению. В результате при приложении силы на мембрану происходит ее изгиб, из-за этого изгибаются тензорезисторы, которые на ней закреплены. На тензорезисторах меняется сопротивление и значение тока цепи.
Растяжение элементов из проводников на каждом тензорезисторе ведет к увеличению длины и снижению сечения. В итоге сопротивление повышается. При сжатии процесс происходит наоборот. Изменения сопротивления незначительные, поэтому для обработки сигнала применяются усилители. Деформация переделывается в изменение сопротивления проводника или полупроводника, а затем в сигнал тока.
Тензорезисторы выполнены в виде проводящего зигзагообразного элемента, или из полупроводника, который расположен на гибкой подложке, приклеенной к мембране. Подложка сделана из слюды, полимерной пленки или бумаги. Элемент проводника – из полупроводника, тонкой проволоки или фольги, напыленных на металл в вакуумном состоянии. Чувствительный элемент соединяют с цепью измерения выводами из проволоки или площадками контактов. Тензорезисторы чаще имеют размер площади до 10 мм2. Они более подходят для замера давления, веса, силы нажатия.
Как выбрать
Тип давления. Важно определить, что вы будете измерять. Есть несколько типов давления: барометрическое, избыточное, вакуумное, относительное, абсолютное.
Интервал разбега давления.
Класс защиты датчика. Для разных условий работы определены свои степени защиты от пыли и влаги.
Термокомпенсация. Эффекты температуры: например, расширение предметов, создают значительные помехи на результат измерения датчика. Если температура всегда изменяется в среде, то нужна термокомпенсация. Про границы температур тоже нельзя забывать.
Вид материала. Свойства материала играют значительную роль для агрессивных условий.
Тип сигнала выхода. Бывают цифровой вид и аналоговый. Нужно также учесть интервалы выхода сигнала, количество проводов.
Похожие темы:
electrosam.ru
Электронный датчик давления
просмотров 4 042 Google+
Применяемость электронных датчиков.
Электронный датчик давления, как и аналоговый датчик, служит для преобразования давления жидкости или газа в электрический сигал. На сайте рассматривались резисторные датчики давления, применяемые с аналоговыми приборами. Но с развитием электроники на автомобилях широко начали применяться электронные панели приборов, для роботы которых необходимы датчики с другим принципом действия и большей точности. Это привело к разработке ионизационных, тензометрических, ёмкостных, резонансных, пьезорезистивных и ионецонных датчиков. Все эти датчики имеют свои преимущества и недостатки.
Tензометрические и пьезорезистивные датчики.
В автомобилях широко стали применяться тензометрические и пьезорезистивные. Главным преимуществом этих датчиков является их низкая стоимость, достаточная точность, хотя показания тензометрических датчиков и зависит от перепада температуры, но на автомобильном двигателе это большого значения не имеет.
Tензорезисторный датчик давления
Рассмотрим как устроен тензометрический электронный датчик давления. Его конструкция почти такая же, как и резисторного датчика старого образца. Корпус, поделён на две части мембранной, с одной стороны к которой подходит среда, давление которой замеряется. На другой стороне мембраны припаяна сапфировая подложка, на которой собственно и располагаются кремниевые или металлические тензорезисторы, сформированные в эпитаксиальной плёнке, соединённые в мостовую схему. Принцип работы такого датчика основан на разбалансировке моста при пригибании мембраны под воздействием измеряемой среды. Чем больше прогибается мембрана, тем вше степень разбалансирования моста. Кристаллы монокремня обладают большой упругостью, что способствует устойчивости показаний при любом давлении. Но тензорезисторы чувствительны к изменению температуры. Поэтому при разработке датчиков приходится добавлять цепи термокомпенсации. Собственный выходной сигнал с датчика очень мал, примерно 100 мВ, поэтому в конструкции используется усилитель.
Пьезорезистивный датчик.
Последнее время большое распространение получают пьезорезистивный электронный датчик давления. Это обусловлено большей их стабильностью и высокой температурно-временной стабильностью по сравнению с тензометрическими датчиками. Выполнение пьезорезистивных датчиков возможно двух типов. Для работы в агрессивной и неагрессивной среде. Отличие исполнения в передаче давления на чувствительный элемент. При работе в неагрессивной среде воздействие производится непосредственно на чувствительный элемент, либо чувствительный элемент заливается силиконовым гелем, который передаёт воздействие давления. Для агрессивных сред используются датчики с мембраной из нержавеющей стали. Полость между мембраной и чувствительным элементом заполняют кремнийорганической жидкостью. Чувствительный элемент датчика представляет собой мембрану из монокристаллического кремния с диффузионными пьезорезисторами на диэлектрическом основании.
Пьезоризисторы, как и в тензорезисторном датчике давления соединены в мост Уинстона. Принцип работы датчиков так же идентичен работе датчиков. Подключение в пьезоризисторном датчике так же возможно по аналогии с датчиком Холла. Это упрощает конструкцию, так как нет необходимости в согласовании элементов между собой. В этом случае при прогибании мембраны будет изменяться изменение напряжения. Давление прикладывается перпендикулярно напряжению и под его воздействием в резисторе образуется электрическое поле прямо пропорциональное приложенному давлению, значение которого снимается.
admin 04/08/2015«Если Вы заметили ошибку в тексте, пожалуйста выделите это место мышкой и нажмите CTRL+ENTER» "Если статья была Вам полезна, поделитесь ссылкой на неё в соцсетях"
avtolektron.ru
Электронные датчики давления и температуры масла — logbook UAZ Patriot 2013 on DRIVE2
Здравствуйте, уважаемые форумчане. Установил электронные датчики давления и температуры масла.
Zoom
Датчики с боре
Решил, что нужно смотреть и за давлением и за температурой, ибо они взаимосвязаны.
Zoom
Взгляд изнутри
Наилучшим местом выбрал место за БК. Начала хотел приклеить на двусторонний скотч, но решил, что эти датчики тут надолго, поэтому прикрутил саморезами.
Zoom
Придвинул вплотную к БК и слегка повернул в сторону водителя. Провода соединил с помощью клеммной коробки. Её закрепил саморезом.
Zoom
Провода заплел в косичку
Zoom
Жгут проводов не видно за БК
Провод использовал обычный ПСВ 2*0,75мм. Протянул через штатное отверстие с проводкой в перегородке моторного отсека. Внутри находится высоко под панелью, но достать можно, пихать надо из под капота.
Zoom
Концы обжал наконечниками под датчики.
На переходнике три отверстия конусообразных. Датчики тоже с конусообразной резьбой. Они не вкручиваются в стандартное место на ГБЦ, где стоит аварийный датчик давления масла. Резьба и диаметр другие. Так что либо заказывать токарю переходник, либо вот такой китайский переходник. Я сначала заказал токарю переходнички в стандартное место, купил тройник. Но получилось, что датчик температуры вкручивать некуда. Думал вкрутить его в поддон двигателя при смене масла. Залезли снизу, посмотрели — алюминий, и вкручивать некуда, будет торчать — отломлю. Заказал переходник. Он специально для этого предназначен.
Zoom
Переходник под масляный фильтр в комплекте с двумя штуцерами размером 20мм и 3/4
Zoom
Датчик давления
Zoom
Датчик температуры
Zoom
Примерка
Zoom
Высокотемпературный герметик
Zoom
Датчики установлены на герметик.
Zoom
Снимаем фильтр
Zoom
Прикручиваем переходник
При прикручивании переходника возникла небольшая проблема. Размер под ключ нестандартный. Головка на 23 мала, а на 27 велика. Нужно что-то промежуточное, чего у меня не оказалось. Затягивал разводным ключом, что неудобно, срывается, т.к. гайка заглублена в корпусе переходника.
Zoom
Подключаем провода.
Места для установки большого по высоте фильтра осталось достаточно.
Zoom
Массу нашел у блока предохранителей. Мой провод — синий.
Zoom
Питание взял с прикуривателя. Красный зажим.
Zoom
Результат.
При проверке меня ввело в заблуждение то, что температура двигателя и масла разные. Смотрю на новый прибор, он на "нуле", т.е. на +40, а двигатель уже +50. Думал, что чего-то напутал. Всё разобрал все провода заново перетыкал. Прибор проверил — работает, стрелка гуляет при подаче напряжения. Пока проверял — заводил несколько раз, масло нагрелось, и прибор ожил. Пока ехал до дома 10мин, двигатель прогрелся до +84, масло до +90. На холодном двигателе на холостых давление 5бар, на прогретом 2бара. При оборотах 2000 — давление 5бар. Маслу Shell Helix Ultra 5w40 уже 8000км. Ещё косяк был непредусмотренный. Масло стекло немного, щуп был сухой. Пришлось бежать за литровкой. Резюме: всё работает, все нравится. Подсветка у этих приборчиков очень яркая, но не регулируется. Днем при ярком солнце хорошо видно, а ночью — слепит, нужно придумывать какую-то регулировку яркости подсветки.
Датчик температуры www.aliexpress.com/snapsh…538&productId=32797867832
Подставка под датчики ru.aliexpress.com/item/2-…=a2g0s.9042311.0.0.KAHCXD
Датчик давления масла ru.aliexpress.com/item/52…=a2g0s.9042311.0.0.KAHCXD
www.drive2.com
Электронные датчики давления и температуры масла — УАЗ Patriot, 2.7 л., 2013 года на DRIVE2
Здравствуйте, уважаемые форумчане. Установил электронные датчики давления и температуры масла.
Полный размер
Датчики с боре
Решил, что нужно смотреть и за давлением и за температурой, ибо они взаимосвязаны.
Полный размер
Взгляд изнутри
Наилучшим местом выбрал место за БК. Начала хотел приклеить на двусторонний скотч, но решил, что эти датчики тут надолго, поэтому прикрутил саморезами.
Полный размер
Придвинул вплотную к БК и слегка повернул в сторону водителя. Провода соединил с помощью клеммной коробки. Её закрепил саморезом.
Полный размер
Провода заплел в косичку
Полный размер
Жгут проводов не видно за БК
Провод использовал обычный ПСВ 2*0,75мм. Протянул через штатное отверстие с проводкой в перегородке моторного отсека. Внутри находится высоко под панелью, но достать можно, пихать надо из под капота.
Полный размер
Концы обжал наконечниками под датчики.
На переходнике три отверстия конусообразных. Датчики тоже с конусообразной резьбой. Они не вкручиваются в стандартное место на ГБЦ, где стоит аварийный датчик давления масла. Резьба и диаметр другие. Так что либо заказывать токарю переходник, либо вот такой китайский переходник. Я сначала заказал токарю переходнички в стандартное место, купил тройник. Но получилось, что датчик температуры вкручивать некуда. Думал вкрутить его в поддон двигателя при смене масла. Залезли снизу, посмотрели — алюминий, и вкручивать некуда, будет торчать — отломлю. Заказал переходник. Он специально для этого предназначен.
Полный размер
Переходник под масляный фильтр в комплекте с двумя штуцерами размером 20мм и 3/4
Полный размер
Датчик давления
Полный размер
Датчик температуры
Полный размер
Примерка
Полный размер
Высокотемпературный герметик
Полный размер
Датчики установлены на герметик.
Полный размер
Снимаем фильтр
Полный размер
Прикручиваем переходник
При прикручивании переходника возникла небольшая проблема. Размер под ключ нестандартный. Головка на 23 мала, а на 27 велика. Нужно что-то промежуточное, чего у меня не оказалось. Затягивал разводным ключом, что неудобно, срывается, т.к. гайка заглублена в корпусе переходника.
Полный размер
Подключаем провода.
Места для установки большого по высоте фильтра осталось достаточно.
Полный размер
Массу нашел у блока предохранителей. Мой провод — синий.
www.drive2.ru
разновидности, способ подключения, принцип работы
В настоящее время, на современном рынке существует конструктивное многообразие измерительных устройств – датчиков давления воздуха, отвечающих за изменение такого параметра, как давление воздуха в системе. Они представляют собой элемент, физические свойства которого, показывают разное значение при изменении давления среды, которую измеряет датчик (в нашем случае воздух). Среди линейки видов данных устройств, порой сложно правильно выбрать нужную модель. Попробуем помочь разобраться с этим вопросом.
Описание и назначение
Датчики давления воздуха могут измерять изменение атмосферного давления и давление в конструктивной схеме какой — либо установки. Устройства контроля давления воздуха предназначены для непрерывного измерения и преобразования давления воздушной среды в выходной сигнал в виде напряжения или тока.
Для замеров могут использоваться механические, тепловые и электронные рабочие элементы. Последние дают более точные показания и, все чаще, находят применение в современных реалиях.
Сферы применения
Одной из сфер применения датчиков является измерение колебаний атмосферного давления. Эти данные необходимы для метеорологических служб, в медицинских целях, при наблюдении за метеозависимыми больными. Замеры атмосферного давления метеорологами позволяют установить направление ветров и движение циклонных областей. Атмосферные датчики отличаются по виду рабочего элемента – ртутные и электронные.
Также, широкое применение данные устройства получили для замера давления воздуха и других газов в автомобилестроении, строительстве, химической и легкой промышленности. Любой автоматизированный промышленный процесс, зачастую, не обходится без датчиков давления.
Классификация, конструкция и принцип действия
В конструкцию любого датчика давления входят такие составляющие:
Преобразователь физической величины (давления) с рабочим элементом.
Электронная схема для обработки и усиления выходного сигнала.
Защитное покрытие (корпус).
Рассмотрим классификацию датчиков по принципу действия.
Волоконно-оптический
Представляет собой устройство, рабочим элементом которого служит нить из прозрачного материала, являющаяся переносчиком световых волн методом их отражения от стенок волокна. Данный тип устройств дает довольно точные измерения давления и не имеет зависимости от температуры окружающей среды. Диэлектрический корпус устраняет влияние электромагнитных полей на работу преобразователя. Современные оптические волокна изготавливаются из кварца.
Работа датчика основана на изменении амплитуды и направления электромагнитного поля (поляризации) световой волны, которая движется по рабочему элементу. При изменении давления, действующего на рабочий элемент, его диаметр уменьшается, а длина увеличивается на величину, измеряемую в нанометрах (нм). Деформация приводит к изменению свойств светового луча, проходящего по оптоволокну, что дает разницу в показаниях до и после приложения силы к чувствительному элементу.
Сигнал от волокно-оптического устройства поступает в специальный усилитель, который может принимать сигналы от нескольких датчиков и находиться на расстоянии от них.
Данные устройства обладают преимуществами перед другими видами:
Возможность работы на расстоянии от объекта измерения.
Передача по одному каналу большего количества информации за больший промежуток времени (мультиплексирование).
Отсутствие воздействия электромагнитных помех.
Нет необходимости в подаче электричества в зону замеров.
Большой срок службы в стабильном состоянии.
К датчикам, применяющим в своей работе световые волны, можно отнести и оптоэлектронные системы. В них используются прозрачные многослойные плоскости, изменяющие свойства света под действием давления. Световая волна фиксируется фотоэлементом, который передает сигнал на электронную схему.
Магнитный
Устройство состоит из Е- образной плоскости с индуктивной катушкой и проводящей мембраны, на которую воздействует давление. Работа датчика основана на изменении электромагнитной индукции катушки при изменении зазора между плоскостью и мембраной.
Недостатки данных преобразователей:
Функционирование на переменном токе.
Зависимость точности показаний от равномерности частоты напряжения питания.
Погрешность показаний при изменении температуры.
Влияние электромагнитных полей на показания.
Погрешность при изнашивании (старении) рабочих элементов.
Магнитные датчики производятся в двух исполнениях – по одинарной и дифференциальной схеме. Последняя имеет преимущества. В дифференциальном способе применяются 2 контура, которые фиксируют изменение величины электромагнитной индукции с противоположным знаком полярности. Во второй конструкции рабочий элемент с катушкой может иметь разную форму (Е- образную и цилиндрическую).
Емкостной
Данное устройство преобразует давление в изменение емкости конденсатора, выступающего в роли рабочего элемента. Специальная развязка (мультивибратор с компаратором) преобразует изменение величины емкости на рабочем элементе в выходной сигнал.
Емкостные устройства изготавливают с одним и двумя конденсаторами. Первые более подвержены воздействию окружающей среды (влажность и температура воздуха), вторые немного сложнее в конструкции, однако делают более точные замеры.
Преобразователи имеют конструкцию с одним либо двумя электродами, расположенными в корпусе и, изолированными от него. Между камерами с электродами расположена тонкая металлическая пластина, которая, совместно с электродами, дает емкость переменного значения, подключенную в схему измерения физического параметра. При подаче воздуха с одной стороны датчика, пластина смещается, изменяется значение емкости и устройство показывает величину избыточного давления.
Ртутный
Одним из простейших способов измерения давления воздуха либо другого газа является ртутный датчик, напоминающий формой английскую букву U. Принцип его действия основан на всем известном свойстве сообщающихся сосудов.
Через трубку вышеуказанной формы протягивается проводник, подключенный в мостовую схему, не выдающую сигнала при равнозначных сопротивлениях на обеих ветвях проводника, подключенных в схему. Половина трубки заполняется ртутью. При увеличении давления на одну из сторон трубки, с этой стороны ртуть опускается, а с обратной – поднимается. После данного физического воздействия ртутью появляется разность сопротивлений провода в одной и другой ветви, что провоцирует включение мостовой схемы и выходного сигнала.
К недостаткам данного устройства относится плохая защита от механических воздействий и большие габариты.
Еще один вид ртутного датчика – чашечный барометр. Состоит из запаянной трубки, присоединенной к емкости со ртутью. При изменении атмосферного давления, увеличивается или уменьшается давление на емкость и столбик ртути в трубке.
Пьезоэлектрический
Название устройства говорит о том, что его работа основана на преобразовании энергии механического воздействия в электрическую при помощи кристаллических материалов. При давлении на такой материал, между его сторонами появляется разность потенциалов. Этот способ измерения давления удобен только при быстром изменении его величины, так как при длительном приложении постоянной силы к пьезоэлектрику, его выходной сигнал постепенно гаснет.
К достоинствам устройства относятся:
Простота конструкции.
Дешевизна.
Отсутствие необходимости в подаче питания.
Датчик состоит из двух пластин из пьезоматериала, между которыми находится металлический электрод, соединенный с выходной проводкой. Пластины изолированы от корпуса, служащего «массой». Гайка из диэлектрического материала отделяет выходной провод от корпуса.
Пьезорезонансный
Принцип действия похож на предыдущий, но в качестве рабочего элемента применяются кристаллы кварца. Кристалл крепится к рабочей пластине, передающей давление. При деформации плоскости, изменяется частота колебаний кристалла. Данные свойства дают несомненные преимущества этому виду преобразователей:
Точность измерений.
Долговечность.
Работа с широкой разницей температур.
Возможность управления сигналом микропроцессором.
Пьезорезонансные элементы получили большую популярность для точной калибровки измеряемой физической величины, применяются в газовых скважинах, барометрах.
Резистивный
Эти преобразователи недорогие и простые по конструкции. Недостатком таких датчиков служит пониженная точность измерения давления. Принцип действия заключается в изменении сопротивления резистора при надавливании на рабочий элемент.
В его состав входит пленка из полупроводникового материала, проводник со связанными электродами, пластина, создающая пространство между проводником и полупроводником, слои из диэлектриков.
При приложении силы на полупроводниковую пленку, она начинает контактировать с электродами проводника через пластину, сохраняющую зазор, датчик начинает выдавать сигнал. Эти приборы не точные, их можно применять скорее для регистрации давления, но не для его измерения.
Советы по выбору и применению
При выборе датчика для своих потребностей нужно учитывать такие факторы:
Наличие воздействий на оборудование извне (электромагнитные поля, вибрации, агрессивная среда).
Диапазон измеряемой величины.
Температурные показатели измеряемого воздуха и окружающей среды.
Точность требуемых замеров.
Целесообразный тип выходного сигнала.
Влажность помещения, где будет установлен прибор.
Также, необходимо учесть вид измеряемого давления, его разброс, класс защиты прибора и материал корпуса.
Рассмотрим классификацию датчиков по принципу действия.
