Пьезоэлектрический датчик давления

Емкостной манометр

Электрические манометры

Принцип действия приборов основан на измерении электрических величин, связанных с измерением давления [2]. Чувствительные элементы электрических манометров производят непосредственное преобразование давления в какую-либо электрическую величину, функционально связанную с давлением. Различают емкостные датчики давления, пьезоэлектрические, тензорезисторные и др.

Емкостные преобразователи используют метод изменения емкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Известны керамические или кремниевые емкостные первичные преобразователи давления и преобразователи, выполненные с использованием упругой металлической мембраны. При изменении давления мембрана с электродом деформируется, что приводит к изменению расстояния между обкладками и, следовательно, к изменению емкости. В элементе из керамики или кремния, пространство между обкладками обычно заполнено маслом или другой органической жидкостью (рис. 6).

Рис. 6. Емкостной керамический преобразователь давления.

Принцип действия этих преобразователей основан на пьзоэлектрическом эффекте, который присущ некоторым диэлектрическим кристаллам: кварцу, турмалину, титанату бария и др. Такие кристаллы распиливают в определенном направлении, формируя пластины датчика. Если такую пластину подвергнуть сжатию, то на ее гранях появиться заряд q. Заряд q, появляющийся под воздействием механической силы F определяется соотношением:

q = kF,

где k – пьезоэлектрическая постоянная кристалла.

Из-за утечки заряда с кварцевых пластин эти преобразователи не используются для измерения статических давлений.

На рис. 7 показано устройство пьезоэлектрического датчика давления с двумя кварцевыми пластинами [4].

Рис. 7. Пьезоэлектрический датчик давления.

Измеряемое давление действует на мембрану 1, представляющую собой дно корпуса датчика. Кварцевые пластины 2 зажаты между металлическими прокладками. Средняя прокладка 3 соединена с выводом 4, проходящим через экранированную втулку 5 из изоляционного материала. Крышка 6 соединяется с корпусом и через шарик 7 передает давление пластинам, благодаря чему измеряемое давление распределяется по поверхности кварцевых пластин более равномерно. Кварцевые пластины обычно расположены таким образом, что в измерительную схему подается отрицательный потенциал. Положительный потенциал подается на корпус датчика. Использование двух (а иногда и больше) пластин повышает выходную ЭДС, поскольку выходные сигналы пластин складываются [4].

Дата добавления: 2015-07-02