Датчики давления

 То  же самое напряжение Е, которое используется для нагрева эталонной пластины, подается на термистор S_v, расположенный на чувствительной пластине, через резистор R_v, равный резистору R_r. Выходное напряжение снимается относительно чувствительного термистора и моста. Передаточная функция такого датчика показана на рис. 13Б. Вакууметрам иногда приходится работать с газами, которые могут загрязнить их чувствительную пластину, поэтому в их состав также должны входить соответствующие фильтры.

Ионизационные датчики

Такие датчики напоминают вакуумные лампы, используемые в качестве усилителей в старых радиоприемниках. Ток ионов между пластиной и нитью накаливания почти линейно зависит от плотности молекул (давления). Лампы вакуумных датчиков имеют обратное включение: на сетку подается высокое положительное напряжение, а пластина подсоединяется к низкому отрицательному напряжению. Выходным сигналом ионизации-онного датчика является ток ионов, снимаемый с пластины, пропорциональный давлению и току электронов на сетке. В настоящее время используется усовершенство-ванная модель этого датчика, называемая измерителем Баярда-Алперта. Он обладает большей чувствительностью и стабильностью и может измерять более низкие давления. Его принцип действия аналогичен предыдущему датчику, но измеритель Баярда-Алперта имеет другую конструкцию, в нем пластина заменена на провод, окруженный сеткой, а нить накаливания катода вынесена наружу (рис. 15Б). 

Рис. 15. Ионизационный вакуумный датчик (А),

измеритель  Баярда-Алперта (Б), датчик газового сопративления (В)

4. Электронный барометр

  Описанный ниже барометрический прибор пригоден для точного измерения давления атмосферного воздуха, которое на уровне моря равно 1013 мбар, С увеличением высоты (например, в горах) или при переменном состоянии погоды давление воздуха сильно изменяется. На высоте 10 км, например, оно падает до 264 мбар, а на 20 км — до 55 мбар. Изменение давления воздуха в зависимости от высоты (относительно уровня моря) описывается так называемым барометрическим уравнением высоты: 

P_L = P₀exp(-h/H)   или    h = Hln(P₀| P_L) 

где P_L — давление воздуха на высоте h, P₀ — давление воздуха на уровне моря  (1013мбар), H—константа.  

Зависимость давления воздуха  от высоты иллюстрируется данными таблицы: 

 

  При подъеме от 0 до 500 м давление воздуха  снижается примерно на 58 мбар. В среднем получается 0,12 мбар/м. В зависимости от погодных условий давление воздуха колеблется в диапазоне от 980 мбар (низкое) до 1025 мбар (высокое), т.е. по перепаду давления это соответствует перепаду высоты около 500 м. 

Принципиальная  схема барометра

  Принципиальная  схема электронного барометра изображена на рис. 3.2.1. Датчик

давления (например, KPY 10 фирмы Siemens) питается стабилизированным напряжением 15 В. Выходное напряжение составляет при этом 0...300 мВ для диапазона давлений 0...2 бар. Диапазон измерения давления атмосферного воздуха составляет 50 мбар (±25 мбар), следовательно, выходное напряжение должно быть усилено в 50 раз. Для этого можно применить дифференциальный усилитель (например, LM363). При нормальном атмосферном давлении на вход усилителя подается напряжение , которое повышается операционным усилителем ОР1 до 7,5В. Вторым операционным  усилителем (например, LM358) с помощью настроечного потенциометра P₁ напряжение сигнала доводится до 10 В. Сопротивления R₂ P₁ равны 1 МОм, а сопротивление R₁ равно 100кОм. 

Установка нуля осуществляется делителем напряжения R₃ = R₄= 20 кОм и Р₂ = 10 кОм.

Калибровка

  Точная  установка (калибровка) выходного сигнала U_A осуществляется на испытательном стенде, показанном на рис. 3.2.2. 

С помощью  U-образной манометрической трубки, заполненной водой, можно создать колебания давления ±25 мбар, необходимые для регулировки чувствительности датчика давления. Поскольку нормальное давление 1013 мбар соответствует водяному столбу 10,34 м, колебание давления ±25 мбар соответствует изменению водяного столба ±25,5 см. U-образный манометр состоит из двух стеклянных трубок длиной около 1 м, соединенных между собой резиновым шлангом и наполовину заполненных

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

водой (при возможности — дистиллированной).   Если     давление на входе и выходе одинаково, то и уровень воды в обеих трубках будет на одинаковой высоте. В этом состоянии выход манометра соединяют с датчиком давления другим резиновым шлангом и отмечают выходное напряжение U_A1. Нагнетая воздух во вход манометра, смещают уровень воды на 25,5 см. Это второе выходное напряжение U_A2 также отмечают. Разность после калибровки должна составлять 250 мВ. Если величина слишком мала то нужно увеличить усиление с помощью настроечного потенциометра Р₁ . Указанная процедура повторяется до тех пор, пока не получится . Затем устанавливают нулевую точку. Для этого у местной метеорологической службы запрашивают давление воздуха в данный момент. С помощью на настроечного потенциометра Р₂ устанавливается, например, выходной сигнал U_A =10,05 В, соответствующий измеренному в данный момент давлению 1005 мбар. После такой процедуры калибровки на выходе схемы получается значение давления воздуха в данный момент. В этом случае изменению выходного напряжения на 10 мВ соответствует изменение давления воздуха на 1мбар.

Если  ожидаются довольно большие изменения  температуры (например, 20°С), то с помощью соответствующей схемы следует еще дополнительно компенсировать смещение нуля и изменение чувствительности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

План

1.  Общие понятия о давлении

     1.1 Единицы измерения давления

     1.2 Классификация.

2. Чувствительные  элементы датчиков давления.

3. Методы  измерения давления.

    3.1. Ртутные датчики давления

     3.2 Пьезорезистивные датчики

    3.3 Емкостные датчики

    3.4  Датчики переменного магнитного  сопротивления

    3.5. Оптоэлектронные датчики

    3.6 Вакуумные датчики (вакууметры Пирани, ионизационные датчики)

4. Электронный  барометр 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованных источников:

- Дж. Фрайден «Современные датчики. Справочник», Мир электроники, 2005

- Р.Г. Джексон «Новейшие датчики», 2007

- Г.Виглеб «Датчики», Москва, Мир, 1989 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ

ДНЕПРОПЕТРОВСКИЙ  НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. О. ГОНЧАРА 

                                                                                Факультет физики,электроники

                                                                                и компьютерных систем

                                                                                 Кафедра радиоэлектроники

ДОКЛАД НА ТЕМУ:

«ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ»

 
 
 
 
 

Днепропетровск

2011