Про способы реализации датчика давления

В этой статье рассмотрено несколько способов создания датчиков давления. Главная задача любого датчика в электронной схеме – перевести реакцию на изменение внешних условий в электрический сигнал (как правило, речь идет о величине напряжения или силы тока).

1 Тензометрические датчики

В основе этого метода лежит явление изменения сопротивления резистора от его сжатия или растяжения. Изменение сопротивления связано с тем, что сопротивление растет с ростом длины резистора и падет при увеличении площади сечения. При особой конструкции проводника можно добиться наличия у него 2 свойств:

1) при растяжении проводника растет его длина и падет площадь сечения (хотя это не обязательно происходит) – эти явления, как в целом, так и по отдельности повышают его сопротивление;

2) при сжатии происходит наоборот – длина падет, растет площадь сечения, сопротивление падает.

В дальнейшем от изменения сопротивления резистора можно получить информацию об этой величине 2 способами. Во-первых, мы можем измерять ток, который протекает через резистор из источника постоянного напряжения. Кроме явного отображения на приборах типа амперметра можно преобразовывать этот ток в другие величины (например – магнитное поле).

Во-вторых, мы можем измерять напряжение, которое возникает на этом резисторе. Для этого ток должен уже быть постоянным, например – за счет того, что величина сопротивления резистора не является существенной в сравнении с общим сопротивлением цепи. Вот напряжение уже является основным параметром для преобразования в радиотехнических схемах.

Отношение относительного изменения сопротивления к относительной деформации называют коэффициентом тензочувствительности. Эта величина высокая у кремния (особенно – монокристаллического), в сравнении с металлической фольгой. При этом металлическую фольгу (или пленку) проще использовать при нанесении на более гибкий объект, который будет деформироваться при работе датчика.

2 Емкостные датчики

Этот вид датчика давления также основан на применении тонких мембран. Поэтому датчик в большей мере подходит для измерения давления жидкости либо газа, что приводит к идее емкостного микрофона и датчика вибрации.

Физический принцип работы датчиков этого вида основан на зависимости емкости конденсатора от расстояния между двумя электродами. Для простейшего случая такая емкость C равна

C = ε ε0 S/d,

где ε – относительная электрическая проницаемость среды, ε0 – электрическая постоянная, S – площадь одного из электродов, d – расстояние между ними. Следует заметить, что эта формула является точной только при условии, что электроды параллельны, имеют одинаковую форму и ориентацию, и расстояние между ними много меньше, чем их размер.

Так же емкостный датчик может реагировать на существенное изменение внутреннего состава. Это происходит, когда воздух внутри конденсатора меняется на жидкость или вещество самого разного вида (аммиак, органические жидкости – спирты, кислоты, глицерин). Так же подобная идея может быть использована в датчиках затопления.

 

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *