3.3. Електричні манометри опору

Для вимірювання тиску в важкодоступних місцях використовуються елект-

ричні манометри опору. Принцип дії приладів цієї групи ґрунтується на непрямому методі вимірювання - зміні електричного опору чутливого елемента під дією зовнішнього тиску, які функціонально пов’язані між собою.

Принципово датчиком тиску може використовуватись будь-який метал або

напівпровідник. Але для використовування в сенсорі тиску, як правило, підбирають метал з великою зміною опору під дією тиску, тобто, з великим, так званим, п’єзокоефіцієнтом та малим температурним коефіцієнтом.

Зміна опору металу (в Ом), при прикладеному до нього тиску, відповідає залежності: , (5)

де - п’єзокоефіцієнт;- опір металу, Ом;- прикладений тиск.

Найбільш повно цим вимогам відповідає манганін, хоча його п’єзокоефіцієнт відносно малий. Тому сенсори тиску, що виготовлені із манганіну, і реалізують такий метод, доцільно використовувати при високих та над високих тисках – до 3ГПа.

Принципово такий манометр являє собою масивний порожнистий корпус, в порожнину якого подають тиск і де знаходиться вимірювальна котушка, на якій в один рядок намотаний тонкий манганіновий дріт діаметром 0,05 мм та менше. Опір дроту вимірюють за допомогою відомих приладів: логометра, автоматичного моста тощо.

Крім металевих датчиків, в якості чутливих елементів використовуються вугільні та напівпровідникові матеріали. Їхній п’єзокоефіцієнт в тисячі раз більший, ніж у манганіну, але характеристика перетворення суттєво нелінійна. Крім цього вони мають великий гістерезис та залежність від впливу температури. Напівпровідникові датчики опору механічно не міцні і використовуються на тиски до 10МПа.

Терміни п’єзокоефіцієнт та п’єзоопір, використовуються, як правило, для описаних вище сенсорів, хоча інколи ці терміни використовують, маючи на увазі класичний тензометричний перетворювач.

3.4. Перетворювач Sitrans p ds III

Загальний вигляд вимірювального перетворювача Sitrans P DS III та схема вимірювальної комірки (сенсора) дифманометра приведена на рис.2. Із схеми видно, що датчик складається: із двох розподільчих мембран 1 (більшого тиску «+» та меншого - «-») ; двох О-подібних кілець, що фіксують мембрани 1; кремнієвої вимірювальної мембрани 3 з тензомодулем 4; корпусу вимірювальних комірок 6 з боковими фланцями 5 та рідини наповнення 7 (силіконове мастило).

Вимірювана різниця тисків через розподільчі мембрани 1 і наповнення 7 передається на вимірювальну мембрану 3, деформуючи її. Одночасно деформується і кремнієвий сенсор (тензомодуль) 4. Чотири встановлених на вимірювальну діаграму по мостовій схемі тензорезостори (п’єзоопори) змінюють завдяки поданому тиску свій опір. Зміна опорів визиває зміну напруги у вимірювальній діагоналі мосту, що пропорційна різниці тисків на входах «+» та «-».При перевищенні різниці тисків межових значень, що

допустимі для даного датчика, відхиляючись мембрана 3 торкається стінок

корпусу 6 і захищає сенсор 4 від перевантаження. Для особливих випадків використовування, наприклад, вимірювання тиску високов’язких матеріалів,

вимірювальні перетворювачі Sitrans P DS III поставляються з розділювачами

тиску різноманітної конструкції.

Фірмою “Siemens” випускаються вимірювальні перетворювачі різниці тисків тиску Sitrans P серії МК-ІІ з вбудованими аналоговими та серії MS, DS - цифровими індикаторами. З аналоговими індикаторами виготовляються перетворювачі на діапазон 0,23-160 бар, а цифровим – на межі 0,03-400 бар. Серія DS SITRANS P може вимірювати крім різницевого (диференціального) тиску, також надлишковий та абсолютний тиски.

Рис.2. Загальний вигляд та будова ПВП дифманометра Sitrans P DS III

Структурна схема вимірювального перетворювача DS ІІІ приведена на рис.4. Вхідний вимірювальний тиск, або різниця тисків, перетворюється в сенсорі 1 (тензомодулі) в електричний сигнал, який підсилюється в 2 та перетворюється в цифровий код в АЦП 3. Цифрова інформація опрацьовується в мікроконтролері 4 з одночасною корекцією характеристики перетворення по температурі та лінійності, і перетворюється в ЦАП 5 в вихідний уніфікований струмовий сигнал, що об’єднується одночасно із струмом живлення.

Тобто, вимірювальний перетворювач виготовляється по двопроводовій

cхемі живлення, яка одночасно є лінією як живлення, так і отримання уніфікованого вихідного сигналу 4-20 мА про значення тиску в об’єкті. Специфічні параметри налаштування сенсора та параметри налаштування мікропроцесорного контролера, зберігаються в двох енергонезалежних ППЗП 6. Перший ППЗП з’єднаний з сенсором, другий – з платою електроніки. Таке розділення пам’яті дозволяє незалежну заміну сенсора та плати електроніки.

Налаштування перетворювача DS ІІІ можливе за допомогою клавіш 8 за місцем або за допомогою НАRТ - модему 7, що дозволяє виконувати конфігурування приладу через протокол НАRТ - специфікації.

При конфігуруванні (налаштуванні) перетворювача за через НАRТ –

комунікацію, здійснюється проміжне під’єднання НАRТ – модему 7

безпосередньо до його лінії живлення в два проводи та конфігурування здійснюється за допомогою ноутбука або РС - комп’ютера.

Необхідні для комунікації по НАRТ – протоколу 5.х та 6.х сигнали

накладуються на вихідний уніфікований струмовий сигнал за частотно-

комунікаційним методом (метод FSK, Frequency Shift Keying).

Основні складові перетворювача: