45. Упрощенная электрическая схема преобразователей "Сапфир-22".
Э
лектронный
усилитель представляет собой устройство
с глубокой отрицательной обратной
связью. Тензорезисторы R1-R4
образуют неуравновешенный мост(тензомост),
сигнал небаланса которого зависит от
измеряемого давления.Если плечи моста
симметричны, т.е. R1=R3=R0(1+kp),
R2=R4=R0(1-kp),
то R1+R2=R3+R4
и I1=I2=Iтм/2.При бесконечно большом входном сопротивлении усилителя Uтм= R0(1+kp)Iтм/2=k*R0*Iтм*р. Ток питания тензомоста стабилизирован, постоянство коэффициента преобразования обеспечивается введением отрицательной обратной связи, снимаемой с доли α резистора обратной связи Rо.с. Это сопротивление включено последовательно с сопротивлением нагрузки Rн. При бесконечно большом коэффициенте усиления ΔU=Uтм-I*α*Rос≈0, откуда I=k*Iтм/(αRос)р. Изменяя α и Rос, корректируем диапазон измерения прибора и меняем предел его измерения.
Недостатком преобразователей этого типа является значительный температурный коэффициент. В связи с этим во всех пробразователях производится температурная компенсация, которя исходит из индивидуальных температурных хар-тик каждого прибора. Для введения компенсации температурных уходов начального сигнала и диапазона в качестве терморезистора используется сопротивление диагонали питания тензомоста, которое зависит от температуры и не зависит от давления.
8 .8.Пьезорезистивные преобразователи давления
Пьезоэлектрические манометры. Принцип действия манометров этого типа основан на пьезоэлектрическом эффекте, сущность которого состоит в возникновении электрических зарядов на поверхности сжатой кварцевой пластины, которая вырезается перпендикулярно электрической оси кристаллов кварца. Схема пьезоэлектрического манометра представлена на рис. 10.20. Измеряемое давление с помощью мембраны 1 преобразуется в усилие, сжимающее кварцевые пластины 2. Электрический заряд, возникающий металлизированных плоскостях 3 под действием усилия Р со стороны мембраны, определяется выражением
где р — давление, действующее на металлическую мембрану 1 с эффективной площадью S; к — пьезоэлектрическая постоянная, Кл/Н.Напряжение на входе усилителя, подключенного к выходу пьезопреобразователя, определяется общей емкостью измерительной цепи С: U= Q/С.
Кварц в отличие от других сегнетоэлектриков, обладающих пьезоэффектом. является механически прочным и имеет высокую жесткость, что исключает влияние упругой характеристики мембраны 1на коэффициент передачи пьезоэлектрического преобразователя. Частота собственных колебаний преобразователя достигает десятков килогерц, вследствие чего они применяются при испытаниях двигателей и других технических объектов, характеризуемых высокочастотными изменениями давления. Пьезоэлектрическая постоянная кварца, составляющая около 2* 10^(-12) Кл/Н, отличается стабильностью и слабой зависимостью от температуры, что позволяет использовать пьезопреобразователи для измерения давления высокотемпературных сред. Из-за утечки заряда пьезоэлектрические преобразователи не используются для измерения статических давлений. В целях повышения чувствительности несколько кварцевых пластин включаются параллельно. Верхний предел измерения давления у этих приборов достигает 100 МПа (1000 кгс/см2).