Общие понятия
Измерение давления необходимо для управления технологическими процессами и обеспечения безопасности производства. Кроме того, этот параметр используется при косвенных измерениях других технологических параметров: уровня, расхода, температуры, плотности и т. д. В системе СИ за единицу давления принят паскаль (Па), но используются и другие единицы: · атмосферы (1 атм = 100 кПа) · мм ртутного столба (1 атм = 760 мм рт. ст.) · мм водяного столба (1 атм. = 10000 мм вод.ст.)
Датчики давления измеряют давление, преимущественно в газах или жидкостях, преобразовывая его в электрический сигнал, в аналоговой либо цифровой форме. Датчики давления используются для контроля и наблюдения, и имеют множество прикладных применений. Они также могут применяться для косвенного измерения других величин, таких как поток и скорость в жидкостях и газах, уровень жидкости, высота над уровнем моря, и т.д. Датчики давления могут быть совершенно различными по исполнению, применяемым технологиям, чувствительности и стоимости. По самым грубым оценкам, их действие может быть основано, как минимум, на 50 различных технологиях. Некоторые датчики давления предназначены для измерения очень быстрых изменений давления, например в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания или газовой турбины. Такие датчики обычно изготавливаются из пьезоэлектрических материалов, например, кварца. Датчики абсолютного давления измеряют давление по отношению к совершенному вакууму. Так, атмосферное давление на уровне моря составляет 101.325 КПа. Датчики относительного давления имеют множество применений, так как могут быть откалиброваны для измерения давления в нужном диапазоне. Примером датчика относительного давления может служить автомобильный манометр, который показывает давление внутри автомобильной шины по отношению к атмосферному. Когда такой манометр показывает ноль, это означает, что абсолютное давление внутри шины равно атмосферному (~101КПа).
Рис. 3-1 Датчики абсолютного и относительного давления В зависимости от применяемой технологии датчики давления, в основном, разделяются на несколько основных типов: Датчики, основанные на тензорезисторах могут быть изготовлены из монокристаллического кремния, тонкой поликристаллической пленки, по толстопленочным или тонкопленочным технологиям, напылением или из приклеенной металлической фольги. Емкостные датчики давления используют диафрагму и камеру давления для создания конденсатора, емкость которого изменяется в зависимости от приложенного давления. Применяемые диафрагмы обычно изготавливаются из металла, керамики, или силиконовой резины. Эта технология обычно применяется при измерении небольших давлений. Емкостные датчики давления определяют сдвиг диафрагмы путем измерения изменений индуктивности, либо с применением измерительных преобразователей линейных перемещений, на основании эффекта Холла, либо путем измерения токов Фуко.
Рис. 3-2 Блок-диаграмма внутренней схемы датчика
Пьезоэлектрические датчики давления основаны на пьезоэлектрическом эффекте, возникающем в определенных материалах, например кварце, для измерения механического напряжения, возникающего в измерительном механизме в результате давления. Эта технология широко применяется для изменения быстро изменяющихся давлений. Оптические датчики давления основаны на физических изменениях, происходящих в оптоволокне для определения напряжений, возникающих в результате приложенного давления. Наиболее распространенное применение этого метода – оптоволоконные решетки Брегга, применяющиеся для удаленного распределенного мониторинга давления на больших расстояниях и в экстремальных условиях. Еще одно преимущество этой технологии – невосприимчивость к электромагнитным помехам. Потенциометрические датчики давления основаны на перемещении ползунка резистивного механизма для определения напряжения, возникающего под воздействием давления.
Рис. 3-3 Схема подключения к системе NI сDAQ с модулем расширения NI 9205/9206
|
