4. Принцип дії вимірювального перетворювача надлишкового

тиску SITRANS Р.

4.1. Загальна теорія та конструкція тензометричних перетворювачів.

Принцип дії тензометричних перетворювачів грунтується на, так званому, тензоефекті - зміні їхнього активного опору провідника за пружних деформацій. Самий поширений варіант використання тензоефекту - це розтягування дроту або стрічки з тензочутливого матеріалу. Такі перетворювачі використовують для вимірювання невеликих переміщень, деформацій, або інших механічних величин, що пов’язані з деформаціями.

Як матеріали для тензоперетворювачів використовуються константан, сплави міді й нікелю, нікелю й хрому. Поряд з металевими тен­зоперетворювачами дедалі ширше застосовуються напівпровідникові, які відзначаються значно вищою чутливістю, меншими габаритами і масою.

Найбільш розповсюджені металеві тензорезистори (рис. 4.5), які виготовля­ються із зигзагоподібно укладеного та при­клеєного до основи 1 (з паперу або пластма­си) дроту 2 діаметром 0,01 ...0,05 мм. До кінця дроту приварюються вивідні провідники З діаметром 0,5 мм. Часто замість дроту вико­ристовується металева фольга завтовшки 0,001 ...0,01 мм, із якої методом витравлюван­ня одержують зигзагоподібну решітку. Зверху перетворювач покривається захисною водостійкою плівкою 4. Загальний опір такого провідника дорівнює: R = n ( ) ,

де - питомий опір матеріалу; L – база перетворювача (довжина прямолінійних ділянок дротинки); S – площа перерізу дротинки; n – кількість укладених зигзагоподібно ділянок.

Тензоперетворювач наклеюється на досліджувану деталь або пружинний елемент, що перебуває під дією вимірюваного зусилля. Із зміною остан­нього, змінюється деформація деталі або пружини і, відповідно, розміри (довжина та поперечний переріз дроту) і елек­тричний опір тензоперетворювача.

Найчастіше цей опір вимірюється за до­помогою мостової схеми.

Для зменшення впливу зміни температури навколишнього середовища на точність вимірювань застосовуються спеціальні схеми термокомпенсації.

Сучасними тензорезисторними перетворювачами є вітчизняні прилади вимірювання тиску серії "Сапфір", принцип дії яких грунтується теж на тензорезисторному ефекті, але тензорезистори наносяться у вигляді монокристалічної плівки кремнію на сапфірову мемб­рану, утворюючи, так званий, тензомодуль.

Сапфір – це мінерал (різновид корунду, підклас простих окислів алюмінію), який виготовляють синтетично і який являє собою кристал синього чи голубого кольору з домішками заліза та титану.

Структурна схема первинного вимірювального перетворювача "Сапфір" (вона аналогічна у SITRANS Р) для вимірювання надлиш­кового тиску показана на рис. 4.6, а.

Первинний перетворювач ПП складається із тензомодуля ТМ і вмонтованого електронного підсилювача ВЕП. У тензо­модуль входить корпус 1, в якому закріплюється двошарова мембрана (нижній Шар являє собою металеву мембрану 2, а верхній — мембрану із сапфіру 3,що закріплюється на металевій мембрані. На сапфіровій мембрані розміщені тензорезистори 4, принципова схема розташування яких показана і рис. 4.6, б. Четверо однотипних тензорезис-торів утворюють міст (рис. 4.6 в). При цьому окремі резистори з'єднані так, що за прогину мембрани onoри резисторів R1, і R3 зростають, а R2 і R4 - зменшуються. Як наслідок досягається висока чутливість вимірювального мосту.

При виготовленні перетворювача міст врівноважується при нульовому значенні вимірюваного тиску.

Рис. 4.6. Схеми теплоперетворювача типу "Сапфір-":

З — структурна; б — розміщення тензорезисторів на мембрані; в — з'єднання тензорезисторів

Напруга у вимірювальній діагоналі мосту дорівнює:

U = U .

При зростанні тиску рівновага мосту порушується і виникає різниця напруги у вимірювальній діагоналі, яку сприймає перетворювач.