Электрлі манометрлер
Соңғы кездері жартылай өткізгіш элементтері мен микроэлектроникалық жұқа қабыршақ технолгиясының дамуы жоғарғы дәлдікпен қысымның шамасын өлшейтін сезгіш элементтерді жасауға мүмкіншілік берді. Қысым өлшейтін шағын [1-6] сезгіш элементтерді ұшақтарда, медицинада, ғылыми өлшеу құралдарын жасайтын өндірістерде жиі қолданылады.
Жиі қолданылып келген қысым өлшейтін сезгіш элементтердің орнын шағын электрлі сезгіш элементтер ығыстра түсуде. Мұның себебі де бар. Сол себебтердің бірі, ол алғашқыда қолданылып жүрген сезгіш элементтерді жөндеуге кететін шығынның шамасы, шағын электрлі сезгіш элементтерді жасауға кететін шығыннан көптігінде.
Электрлік сезгіш элементтердің жұмысы тензометрлік әдіске, не болмаса, 1954 жылғы американың ғалымы Смиттің ашқан пьезэффектіне негізделінген. Тензометрлік әдістің негізіне тензоэффект жатады.
Тензоэффект дегеніміз сымнан жасалған сезгіш элементтің деформацияланудан өзінің кедергісін өзгертуі.
Тензокедергілі өзгерткіш. Тензоэффектке негізделінген өзгерткіштер өздерінің даму жолдарында бірнеше кезеңдерден өтті.
Бірінші кезеңге серпімді мембранада сигналды қабылдаушы және оны басқа тұтынушы құралдарға жіберуші элементтердің бір жерде тоғырласуы жатады. Тензометрлік өзгерткіш алдын ала мембранаға желімделініп, әрі қабылдаушы, әрі технологиялық параметрлердің шамалары туралы мәліметтерді өңдеу орталығына жеткізуші элементтердің рөлін атқарды. Бірақ сезгіш элементтерден шығатын сигналдардың шамалары сыртқы ортаның температурасына тәуелді екендігі байқалды.
|
|
|
Екінші кезеңге өзгерткіштің мембранамен интеграциялануы жатады. Сезгіш элементтерді дайындау үшін жұқа қабыршақ технологиясын пайдалана отырып, мембрананың бетіне тензоэлементтерді тозаңдату әдісімен қондырылатын болды. Бұл технология сезгіш элементтердің өлшеу дәлдіктерін және механикалық әсерлерге тұрақтылығын жоғарылата түсті. Мұндай технологияны пайдалану, сезгіш элементтердің мембранамен молекулалық деңгейде жалғасуына мүмкіншілік берді. Осыған мысыл ретінде мембрана беттеріне тозаңдатылып қондырылған тензоэлементтері бар кремнийден жасалған сезгіш элементтерді келтіруге болады.
Үшінші кезеңде кремнийден жасалған мембрананың бетіне тозаңдатылып қондырылған тензоэлементтерден бөлек сезгіш элементтердің басқа да бөліктері орналатын болды.
|
|
|
Төртінші кезеңде бір интегралды схемада сезгіш элементтер мен қатар сигналды күшейтетін, сыртқы ортаның әсерлерін ескеретін элементтер біріктіріледі.
Сонымен қатар, қысымды өлшейтін сезгіш элеметтердің барлық бөлшектері мен қоса олардың сыртқы конструкциялары интеграцияланатын болды. Қысым өлшейтін сезгіш элементтерді осындай дайындау технологиясының келешегі зор екендігі байқалады.
| R4 |
| R3 |
| R2 |
| R1 |
7.1.сурет. Тензокедергі өзгерткіш. 1-мембрана; 2-тензокеднргілер; 3- жалғасу тетігі.
7.1.суретте тензокедергілердің мембранада орналасуы көрсетілінген.
R1, R2, R3, R4 – кедергілері көпірдің элементтері. Егер мембранаға 1 қысым әсер ететін болса, онда R1, R3 кедергілерінің мәні үлкейе түседі де, R2 мен R4 кедергілерінің мәндері азаяды.
Көпірден шығатын сигналдың шамасы:
, (7.1)
теңдігі арқылы өрнектелінеді. Мұндағы Uш, Uк шығатын және кіретін сигналдардың мәндері. Uш сигналының мәні 0.1В дейін өзгереді. Сондықтан бұл сигналды күшейткіш арқылы өңдеп, өлшеу құралдарына жеткізу керек.
|
|
|
Қысымы өлшенетін ортаның температурасының өзгеруіне байланысты пайда болатын қателерді нақтылы электр схемаларының (7.2. а, б,.сурет) көмегімен азайтуға болады.
| Ro |
| Uш |
| Rt |
| R4 |
| R2 |
| R1 |
| R4 |
| ■ ■ |
| ■ ■ |
| Uк |
| Uш |
| Rt |
| R4 |
| R2 |
| R1 |
| R4 |
| ■ ■ |
| ■ ■ |
| Uк |
·
а) б)
7.2.сурет.
Сегіш элементтердің өлшеу дәлдігін арттыруда мембраның қандай материалдан жасалғандығы да белгілі бір рөл атқарады. Егер қысымды өлшейтін сезгіш элементтер сапфирден жасалынса, онда олардың метрологиялық сипаттамаларының жақсаруына мүмкіншілік бар.
Сапфирден жасалынған мембраналардың кремнийден жасалынған мембраналарынан артықшылықтары:
|
|
|
а) жылу өткізгіштігі;
б) серпімділігі;
в) термохимиялық сипаттамасының жоғарлығында;
г) диэлектриктілігі.
Тензометрлік өзгерткіштердің көмегімен 0 – 10-3 бастап, 0 – 60 МПа аралығындағы артық қысымдарды, 0 – 1 кПа бастап, 2,5 МПа дейінгі қысымдардың айырмашалаған, 0 – 2,5 кПа бастап, 0 – 2,5 МПа дейінгі абсолюттік қысымдарды өлшеуге қолдануға болады.
Пьезоэлектрлі өзгерткіш. Кварц пластинасының бір қасиеті бар. Ол сыртқы (6.6.сурет) күштің Р1 мен Р2 әсерінен деформацияланады да екі жақ беттерінде сол күштің шамасына сәйкес зарядтар пайда болатындығында.
Зарядтың шамасы Q мен сығу күшінің N арасындағы қатынас (7.2) теңдігімен өрнектелінеді.
, (7.2)
мұндағы k – пьезэлектрлік коэффициент, пластинаның материалына, оның өлшемдеріне тәуелді.
| 1 |
| • Iш • |
| P2 |
| P1 |
| + + + + + + + + + |
| - - - - - - - - - - - - |
| ЭК |
7.2.сурет. Пьезоэлектлі өзгерткіш. 1 – кварц; ЭК - электронды күшейткіш.
Өлшенетін қысым Р1 мен Р2 пьезоэлементке 1 (7.2.сурет) әсер етуінің нәтижесінде сол қысымдарға сәйкес пьезоэлементтің бір бетінде оң екінші бетінде сол зарядтар жиналады. Осы зарядтарды электродтардың көмегімен электронды күшейткішке (ЭК) (7.2.сурет) одан кейін өлшеу құралдарына және контроллерлерге жеткізіледі.
4 дәріс. Тақырыбы мен жоспары: Шығынды өлшеу және бақылау. Шығын, массалық, көлемдік шығындар түсініктері. Айнымалы қысымдар құлауы шығынөлшегіші. Тұрақты қысымдар құлауы шығын өлшегіші. Электрмагнитті шығынөлшегіштер.
Дата добавления: 2015-12-21; просмотров: 35; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!