Диагностика строительных машин / Датчики средств диагностирования строительных машин / Глава 4.5
Потенциометрические датчики давления
Датчики давления малогабаритные потенциометрические ДМП-А предназначены для измерения давлений жидкости и газов. Конструкция датчика и принцип действия представлены.
Избыточное давление воздействует на чувствительный элемент датчика. В качестве чувствительного элемента в приборе применяется малогабаритная грибковая мембрана 19. Под действием избыточного давления мембрана деформируется. Деформация передается на шток 3, шток поворачивает ось 4 со щеткодержателем 10 и перемещает скользящий контакт 21 по потенциометру. В результате меняется выходное сопротивление и соответственно напряжение.
Он работает в комплекте со стабилизированными блоками питания БПС-36.
Принцип действия преобразователей основан на тензорезистивном эффекте в гетероэпитаксиальных пленках кремния. Конструкция преобразователей обеспечивает непосредственное преобразование деформации мембранного упругого чувствительного элемента (мембраны), возникающей при воздействии измеряемого давления, в электрический сигнал. Этот сигнал с помощью встроенного электронного устройства преобразуется в токовый выходной сигнал дистанционной передачи.
Конструкция преобразователей представлена далее. Тензомодуль закреплен в корпусе. Усилительное устройство и параметрический стабилизатор напряжения смонтированы на четырех платах. На плате установлено переменное сопротивление, предназначенное для корректировки нуля. Преобразователи закрываются кожухом. На корпусе закреплена вилка для соединения с блоком питания.
Электрическая схема преобразователей представлена. Параметрический стабилизатор напряжения обеспечивает стабилизированное питание тензочувствительного моста и схемы температурной компенсации. Стабилизатор напряжения включает в себя стабилитроны Д2, ДЗ, Д4 и балластное сопротивление Я1.
На входе стабилизатора напряжения включен диод Д1, предназначенный для защиты схемы преобразователей от случайного включения питания противоположной полярности.
Тензочувствительный мост состоит из четырех гетероэпитаксиальных кремниевых тензорезисторов Rsl, Rs2, Rs3 и Rs4. Тензорезисторы с положительными коэффициентами тензочувствительности и тензорезисторы с отрицательными коэффициентами тензо-чувствительности включены в противоположные плечи моста. Последовательно с тензорезистором Rs4 включен резистор обратной связи R13.
Питание тензочувствительного моста осуществляется напряжением, снимаемым со стабилизаторов ДЗ и Д4 через резистор настройки диапазона R7. Резисторы R9 и RIO предназначены для настройки нуля.
Резистор R15 и стабилитрон Д6 обеспечивают рабочий режим транзистора Т2. Резистор R14 защищает микросхему ЭМ2 от перегрузок. Резистор R8 осуществляет функции балансировки.
На выходе тензочувствительного моста включен электронный усилитель, состоящий из микросхемы ЭМ2 и каскада усилителя мощности, собранного на транзисторе Т2. Электронный усилитель усиливает сигнал разбаланса тензочувствительного моста и преобразует его в унифицированный токовый выходной сигнал. Нагрузка включается в коллекторную цепь транзистора Т2.
Схема температурной компенсации обеспечивает компенсацию температурного смещения нуля и температурного изменения диапазона выходного сигнала.
Схема преобразователей работает следующим образом. При отсутствии деформации мембраны (т. е. при нулевом измеряемом давлении) и при нормальной температуре окружающего воздуха тензочувствительный мост сбалансирован, сигнал в его выходной диагонали и ток в нагрузке равны нулю. Под действием избыточного давления происходит деформация мембраны, в тензорезисторах возникают механические напряжения, их сопротивления изменяются и в выходной диагонали моста возникает электрический сигнал, который усиливается электронным усилителем. В выходной цепи усилителя протекает ток, пропорциональный величине измеряемого избыточного давления.
Измерительные преобразователи давления и разрежения «Сап-фир-22» позволяют контролировать: абсолютное давление; избыточное давление; разрежение; разность давлений. Конструктивно они близки преобразователям «Кристалл», их принципы действия аналогичны.
Конструктивно «Сапфир-22» состоит из тензопреобразователя, электронного усилителя и корпуса. Тензопреобразователь состоит из двухслойной мембраны (сапфировая мембрана с гетероэпитаксиальными тензорезисторами соединена жестко по всей плоскости с металлической мембраной), жестко закрепленной в корпусе тензопреобразователя, во внутреннюю полость которого подается давление, и кольца коллектора для съема электрического сигнала.
Деформация мембраны, пропорциональная измеряемому давлению, вызывает изменение сопротивлений кремниевых тензорезисторов, которое электронным устройством преобразователя усиливается И преобразуется в стандартный выходной сигнал постоянного тока.
Преобразователи изготовляют трех диапазонов по выходному сигналу: 4...20 мА - при двухпроводной линии (питание 15...42 В постоянного тока); 0...20 мА и 0...5 мА - при четырехпроводной линии (питание 36±1 В постоянного тока).
Механотронный датчик давления (механотрон) представляет собой электронный вакуумный прибор (сдвоенный диод с общим катодом), часть оболочки которого выполнена в виде гофрированной мембраны. На внутренней стороне мембраны укреплен подвижный электрод-один из двух анодов. Неподвижными электродами механотронов являются подогревный оксидный катод и второй анод. При воздействии на мембрану измеряемого давления она прогибается внутрь объема механотрона, что приводит к перемещению подвижного анода по направлению к катоду. Указанное перемещение подвижного анода вызывает, в свою очередь, уменьшение внутреннего сопротивлния и увеличение электронного тока в цепи подвижного анода, в результате чего изменяется выходной сигнал механотрона, включенного в мостовую схему.
От электромеханических преобразователей других типов механотроны выгодно отличаются высокой чувствительностью по току к давлению; простотой конструкции; малыми габаритными размерами и массой; простотой электрической схемы включения и низкими значениями питающих напряжений.
Электрический сигнал, получаемый от механотрона, достаточно велик, не требует предварительного усиления и может быть отсчитан непосредственно по стрелочному электроизмерительному прибору.