3784493305

Laboratorium Termodynamiki i Pomiarów Maszyn Cieplnych Pomiar ciśnienia

sygnałach analogowych, niosących informację o najróżniejszych parametrach fizycznych kontrolowanych procesów. Przyjęto następujące sygnały jako typowe dla pomiarów w automatyce:

• napięciowe:

o 0-5 V o 1 -5 V o 0-10V o 2 -10 V

• prądowe:

o 0 - 5 mA o 1 - 5 mA o 0 - 20 mA o 4 - 20 mA

W praktyce najczęściej spotykany jest standard 4-20 mA, oraz nieco rzadziej 0-10 V.

Jak łatwo zauważyć porównując konstrukcję różnych czujników ciśnienia, elementem występującym w większości rozwiązań jest metalowa lub krzemowa membrana, która przetwarza ciśnienie na przesunięcie x. Znaczące różnice pojawiają się dopiero w układach przetwarzających przesunięcie x na wielkość elektryczną służącą do sterowania w układach automatyki albo do wyświetlenia wartości ciśnienia w postaci ciągu znaków liczbowych. Do najpopularniejszych przetworników ciśnienia stosowanych w przemyśle należą:

• przetworniki pojemnościowe,

• przetworniki piezorezystancyjne,

• przetworniki piezoelektryczne (pomiar ciśnień szybkozmiennych).

8.1. Przetworniki piezorezystancyjne (tensometryczne).

-• •-

Uwy t

Przetworniki piezorezystancyjne (tensometryczne) wykorzystują efekt zmiany rezystancji materiału pod wpływem odkształcenia membrany na skutek działania ciśnienia. Na jednej z warstw powierzchni membrany wytrawiony jest zestaw piezorezystorów połączonych, w najprostszej wersji, w układzie mostka Wheatstone'a (Rys. 14). Identyczną zasadę działania mają czujniki tensometryczne, które zamiast półprzewodnikowych piezorezystorów w układzie mostka mają tensometry oporowe. Czułość piezorezystora jest nawet dziesięciokrotnie większa niż tensometru oporowego, dlatego piezorezystory częściej stosuje się jako czujniki w pomiarach sił oraz naprężeń statycznych i dynamicznych. Zwłaszcza gdy często pożądane jest, aby konstrukcja czujnika była jak najmniejsza. Odkształcenie membrany powoduje odkształcenie połączonych z nią piezorezystorów, zmieniając ich rezystancję. Dwa z nich (R1 i R3) umieszczone równolegle do kierunku naprężenia są rozciągane i ich rezystancja rośnie. Dwa (R2 i R4) umieszczone prostopadle do kierunku naprężenia są ściskane, a ich rezystancja maleje ze wzrostem ciśnienia. Mierzone napięcie nierównowagi mostka jest proporcjonalne do odkształcenia membrany czujnika i do zmiany ciśnienia działającego na membranę. Czujniki piezorezystancyjne cechują się dużą trwałością, szerokim zakresem ciśnień i małymi rozmiarami. Mają zastosowanie do rejestracji i pomiarów zarówno ciśnień statycznych jak i szybkozmiennych.

8.2. Przetworniki pojemnościowe.

Ciśnienie

odniesienia

Rys. 15

Membrana metalowa lub kwarcowa pokryta warstwą metalu wraz z równolegle do niej zamocowanymi po przeciwnych stronach płytkami stałymi tworzy kondensator. Z jednej strony na membranę działa ciśnienie

odniesienia, np. barometryczne, z drugiej zaś ciśnienie mierzone. W zależności od rodzaju ciśnienia odniesienia czujnik może mierzyć ciśnienie absolutne, nad- lub

podciśnienie oraz ciśnienie