43. Преобразователи "Сапфир-22"с мембранными тензопреобразователями

Манометры с тензопреобразователямипо быстродействию приближаются к пьезоэлектрическим манометрам. Их чувствитель­ные элементы (сенсоры) представляют собой мембраны, на кото­рых размещены проволочные, фольговые или полупроводниковые резисторы, сопротивление которых меняется при деформации мем­браны под действием давления. Проволочные тензорезисторы проще в изготовлении, но их коэффициент тензочувствительности, опре­деляемый отношением относительных изменений сопротивления к деформации, на порядок меньше, чем у полупроводниковых. В западной литературе тензопреобразователи давления обычно называют пьезопреобразователями, поскольку на греческом языке piezo означает давлю.

представлена на рис. 10.21, а. Чувствительным элементом маномет­ра является тензопреобразователь 1 с двухслойной мембраной. Из­меряемое давление действует на титановую мембрану, к которой сверху припаяна сапфировая мембрана с тензорезисторами. Элементы измерительной схемы и усилитель находятся в блоке 2.

Существуют два типа тензопреобразователей: давления (рис. 10.21, а) и силы (рис. 10.21, б). В тензопреобразователях дав­ления измеряемое давление действует непосредственно на мем­брану, поскольку при измерении давления в диапазоне 0,4 МПа и выше на мембране с тензопреобразователями диаметром 6...8 мм развиваются усилия, достаточные для ее деформации. В тензопре­образователях силы 4 нижняя металлическая мембрана имеет рычаг 3, к которому прикладывается сила, развиваемая мембранным бло­ком под действием давления. В преобразователях с диапазоном изме-

Вэтих приборах для преобразования силового воздействия давле­ния в электрический сигнал используется сапфировая мембрана с напыленными кремниевыми резисторами. Схема преобразователя «Сапфир-22» типа ДИ, предназначенного для измерения избыточ­ных давлений с верхним пределом измерения 0,4 МПа и выше, рения менее 0,4 МПа (см. рис. 10.21, б) используются в качестве чувствительных элементов блоки из двух мембран1, 2, жестко соеди­ненных между собой и находящихся под воздействием атмосферного и измеряемого давлений (разрежения), либо разности давлений. Упрощенная электриче­ская схема аналогового пре­образователя «Сапфир-22» представлена на рис. 10.23. Электронный усилитель пред­ставляет собой устройство с глубокой отрицательной об­ратной связью. Тензорезисторы R_:—R₄ образуют не­уравновешенный мост (тензомост), сигнал небаланса которого зависит от измеряемого давления. Если плечи моста сим­метричны, т.е. R1=R3=R₀ (1+кр), R₂ = R₄ = R₀(1- кр), то R1 + R2 = R3 + R₄ и I1 = I2 = I_TM/2. При бесконечно большом входном сопро­тивлении усилителя и_тм = R₀(1 + kp)I/2 - R₀(l - kp)I/2 = kR₀I_TMp. Ток питания тензомоста стабилизирован, постоянство коэффициента преобразования обеспечивается введением отрицательной обратной связи, снимаемой с доли а резистора обратной связи R_0c. Это сопро­тивление включено последовательно с сопротивлением нагрузки Rн . При бесконечно большом коэффициенте усиления усилителя ΔU= u_тм - IαR_0C = 0, откуда I = kI_TM/(αR_0C)p. Изменяя α и R_0c, коррек­тируем диапазон измерения прибора и меняем пределы его измере­ния. При одном типоразмере чувствительного элемента преобразо­ватели за счет изменения сопротивления обратной связи имеют от 4 до 6 диапазонов измерения. Помимо корректора диапазона преобра­зователи имеют корректор начального значения выходного сигнала. Недостатком преобразователей этого типа особенно низко-предельных является значительный температурный коэффициент, составляющий около 0,1 %/°С. В связи с этим во всех преобразова­телях производится температурная компенсация, которая исходит из индивидуальных температурных характеристик 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. Эта диагональ является плечом моста тем­пературной компенсации. Пропорциональный температуре усилен­ный сигнал его небаланса используется как для изменения тока питания тензомоста при коррекции температурных изменений диа­пазона преобразователя, так и для устранения смещения его стати­ческой характеристики, вызванного температурой.