2.4.3 Емкостные измерительные преобразователи давления

Схема измерительного преобразователя давления, оснащенного емкост­ным преобразовательным элементом, приведена на рис. 2.10,в. Из­меряемое давление воспринимается металлической мембраной 1, являющейся подвижным электродом емкостного преобразователь­ного элемента. Неподвижный электрод 2 изолируется от корпуса с помощью кварцевых изоляторов.

Для преобразования С в сигнал измерительной информации обычно используют мосты переменного тока либо резонансные LC-контуры. Емкостные преобразователи давления применяют для из­мерения давления до 120 МПа. Толщина мембраны 0,05—1 мм. Преобразователи давления данного типа используются для преоб­разования быстро изменяющихся давлений. Постоянная времени преобразователя 10-⁴ с. Основная погрешность ±(0,2—5) %.

2.4.4 Тензорезисторные измерительные преобразователи давления

Измерительные преобразователи давления, оснащенные преобразо­вательными элементами тензорезисторного типа (от лат. tendere — натягивать) получили название тензорезисторных измерительных преобразователей давления. Преобразователи давления этого вида представляют собой деформационный ЧЭ, чаще всего мембрану, на которую наклеиваются или напыляются тензорезисторы. В ос­нове принципа работы тензорезисторов лежит явление тензоэффекта, суть которого состоит в изменении сопротивления проводников и полупроводников при их деформации.

Получили распространение проволочные и фольговые тензорезисторы, изготавливаемые из проводников типа манганина, нихро­ма, константана, а также полупроводниковые тензорезисторы, из­готавливаемые из кремния и германия р- и n-типов. Сопротивле­ние тензорезисторов, изготавливаемых из проводников, составляет 30—500 Ом, а сопротивление полупроводниковых тензорезисторов от 5*10-²—10 кОм.

Совершенствование технологии изготовления полупроводниковых тензорезисторов создало возможность изготавливать тензоре­зисторы непосредственно на кристаллическом элементе, выполнен­ном из кремния или сапфира. Упругие элементы кристаллических материалов обладают упругими свойствами, приближающимися к идеальным. Сцепление тензорезистора с мембраной за счет мо­лекулярных сил позволяют отказаться от использования клеющих материалов и улучшить метрологические характеристики преобразователей.

Классы точности тензорезисторных измерительных преобразовате­лей избыточного давления, разрежения и разности давлений 0,6; 1,0; 1,5. Время установления выходного сигнала при скачкообраз­ном изменении измеряемого параметра 0,5 и 2,5 с. Диапазоны из­мерений: избыточного давления — от 0—10-³ до 0—60 МПа; раз­ряжения— от —1—0 до —10 — 0 кПа; абсолютного давления — от 0—2,5 кПа до 0—2,5 МПа; разности давлений — от 0—1 кПа до 0—2,5 МПа.

2.4.5 Пьезоэлектрические измерительные преобразователи давления

В основу работы этих преобразователей положено преобразование измеряемого давления в усилие посредством деформационного чув­ствительного элемента и последующего преобразования этого уси­лия в сигнал измерительной информации пьезоэлектрическим пре­образовательным элементом. Принцип действия пьезоэлектричес­кого преобразовательного элемента основан на пьезоэлектрическом эффекте, наблюдаемом у ряда кристаллов, таких, как кварц, тур­малин, титанат бария и др.

Измеритель­ные преобразователи этого типа обладают высокими динамически­ми характеристиками, что обусловило их широкое применение при контроле давления в системах с быстропротекающими процессами.

Чувствительность пьезоэлектрических измерительных преобра­зователей давления может быть повышена путем применения не­скольких, параллельно включенных кварцевых пластин и увеличе­ния эффективной площади мембраны.

Верхние пределы измерений пьезоэлектрических преобразовате­лей давления с кварцевыми чувствительными элементами 2,5— 100 МПа. Классы точности 1,5; 2,0. Из-за утечки заряда с кварце­вых пластин преобразователи давлений этого типа не использу­ются для измерения статических давлений.