раметрами ГРС є температура, тиск і витрата. Вимірювання зазначених параметрів та подання інформації про їх значеннях і змінах є абсолютно необхідними на всіх стадіях протікання даного технологічного процесу. Жоден технологічний процес не може управлятися ні вручну, ні автоматично без отримання такої інформації за допомогою відповідних технічних засобів вимірювань, заснованих на використанні різних методів вимірювань і способів отримання результатів вимірювань. Далі розглянемо датчики тиску і основні методи перетворення тиску.
Датчик тиску складається з первинного перетворювача тиску, у складі якого чутливий елемент і приймач тиску, схеми вторинної обробки сигналу, різних за конструкцією корпусних деталей й принтера. Основною відмінністю одних приладів від інших є точність реєстрації тиску, яка залежить від методу перетворення тиску в електричний сигнал: тензорезисторний, ємнісний, індуктивний, резонансний, іонізаційний.
. 3.1 тензорезисторного метод.
В даний час основна маса датчиків тиску в нашій країні випускаються на основі чутливих елементів, принципом дії яких є вимірювання деформації тензорезисторів, сформованих в епітаксіальній плівці кремнію на підкладці з сапфіра, припаяної твердим припоєм до титанової мембрані.
Принцип дії тензорезисторних вимірювальних перетворювачів тиску заснований на явищі тензоеффекта, суть якого полягає в зміні опору тензорезисторів при їх деформації. Зв'язок між зміною опору ТР і його деформацією встановлюється співвідношенням:
автоматизація газорозподільний одоризатора
, (3.1)
де DR/R - відносна зміна опору ТР;
SТ - коефіцієнт тензочувствительности, який визначається матеріалом ТР. Тензочутливість вважається позитивною, якщо? R/R gt; 0, і негативною - якщо? R/R lt; 0;
Dl/l - відносна зміна довжини ТР.
На сьогоднішній день тензорезисторні вимірювальні перетворювачі тиску (в перекладній літературі їх іноді називають пьезорезісторнимі) є найпопулярнішими у світі. Вони являють собою металеву та/або діелектричну вимірювальну мембрану, на якій розміщуються ТР. Деформація мембрани під впливом зовнішнього тиску призводить до локальних деформацій ТР, включеним зазвичай в плечі четирехплечего врівноваженого моста (малюнок 3.5).
, R2, R3, R4 - тензорезистори (плечі моста), ac - діагональ харчування, bd - вимірювальна діагональ
Малюнок 3.5 - Схема четирехплечего врівноваженого моста
При цьому одна пара ТР, включених в протилежні плечі моста (наприклад, R1 і R3), має позитивну тензочутливість, а інша (відповідно R2 і R4) - негативну. Їх опору при подачі тиску відповідно збільшуються і зменшуються на величину? R. При відсутності тиску всі чотири опору рівні за величиною (R1=R3=R2=R4=R) і міст збалансований (струм Ibd у вимірювальній діагоналі дорівнює нулю). При подачі тиску баланс (рівновага) моста порушується, і у вимірювальній діагоналі моста буде протікати струм. Цей струмовий сигнал і є мірою вимірюваного тиску.
ТР виконуються як з металів (дротові, фольгові), так і з напівпровідників. Чутливість напівпровідникових ТР в десятки разів вище, ніж у металевих, крім того, інтегральна технологія дозволяє в одному кристалі кремнію формувати одночасно як ТР, так і мікроелектронний блок обробки. Тому в останні роки отримали переважний розвиток інтегральні напівпровідникові тензорезисторні чутливі елементи. Такі чутливі елементи реалізуються двома способами:
) по гетероепітаксійних технології КНС, відповідно до якої тонка плівка кремнію вирощується на підкладці з сапфіра, припаяної твердим припоєм до титанової мембрані;
) за технологією дифузійних резисторів з ізоляцією їх від провідної кремнієвої підкладки pn переходами - технологія КНК. У структурі КНК мембрана з монокристалічного кремнію розміщується на діелектричному підставі з використанням легкоплавкого скла або методом анодного зрощування. Особливо широке застосування у виготовленні загальнопромислових вимірювальних перетворювачів тиску в даний час отримала технологія КНС. До її переваг можна віднести гарну захищеність чутливого елемента від впливу будь агресивного середовища, налагоджене серійне виробництво, низьку вартість. Проте структура КНС має і недоліки - тимчасову нестабільність градуювальної характеристики і істотну погрішність гістерезису від тиску і температури. Це обумовлено неоднорідністю конструкції і жорсткою зв'язком мембрани з конструктивними елементами датчика. Вимірювальні перетворювачі тиску, виконані на основі структури КНК, мають б? Льшую тимчасову і температурну стабільності в порівнянні з перетворювачами на основі КНС - структур.
Найбільшу похибка в результат вимірювання тиску за допомогою тензорезисторних вимірювальних перетворювачів вносить вплив температури. Для її зменшення, у зв'язку з широким використанням остан...
