Що таке датчик тиску?

Визначення

Тиск як вимірювана величина: тиск визначається як сила, прикладена до поверхні рідиною або газом, і зазвичай вимірюється в одиницях сили на одиницю площі поверхні. Загальні одиниці вимірювання: Паскаль (Па), бар (бар), Н/мм² або фунтів на квадратний дюйм.

Датчик — це пристрій, який вимірює фізичну величину та перетворює її на сигнал. Величиною може бути температура, довжина, сила або, звичайно, тиск. У більшості випадків це електричний сигнал, але він також може бути оптичним.

Датчик тиску — це прилад, що складається з чутливого до тиску елемента для визначення фактичного тиску, прикладеного до датчика (з використанням різних принципів роботи), а також компонентів для перетворення цієї інформації у вихідний сигнал.

Принцип роботи датчика тиску

Для забезпечення точних результатів вимірювання в датчиках тиску застосовуються різні технології:

Тензометричні датчики тиску

На чутливий до тиску елемент наклеюються металеві або тонкоплівкові тензорезистори, які наносяться методом напилення. Вимірювальний елемент може бути мембраною або, у випадку металевих тензорезисторів, також можуть використовуватися циліндричні вимірювальні тіла. Основною перевагою монолітної циліндричної конструкції є вища жорсткість і можливість вимірювання тиску до 15 000 бар. Електричне з’єднання зазвичай виконується через міст Уітстона, що дозволяє добре підсилювати сигнал і отримувати точні та стабільні результати вимірювань.

Ємнісні датчики тиску

Використовують порожнину для тиску та мембрану для створення змінного конденсатора. При прикладенні тиску мембрана деформується, і відповідно змінюється ємність. Ця зміна вимірюється електрично та співвідноситься із прикладеним тиском. Такі датчики зазвичай обмежені вимірюванням тиску приблизно до 40 бар.

П’єзорезистивні датчики тиску

Складаються з мембрани (зазвичай кремнієвої) із вбудованими тензорезисторами для виявлення деформації під дією тиску. Тензорезистори зазвичай об’єднані у міст Уітстона для зменшення температурної чутливості та збільшення вихідного сигналу. Через особливості матеріалів тиск обмежений приблизно 1000 бар.

Резонансні датчики тиску

На відміну від попередніх технологій, які використовують деформацію вимірювального елемента, ці датчики вимірюють зміну резонансної частоти чутливого елемента під впливом напруження, викликаного тиском. У деяких конструкціях резонуючий елемент контактує із середовищем, і частота залежить від його щільності. Такі датчики можуть бути чутливими до ударів і вібрацій.

Інші типи датчиків тиску

Існують також теплові та іонізаційні датчики, які не використовують вимірювальне тіло. Вони визначають тиск через зміну теплопровідності або щільності потоку заряджених частинок.

Типи вимірювання тиску

Існує багато характеристик, за якими класифікують датчики тиску: діапазон вимірювання, температурні умови роботи або тип вимірюваного тиску.

Основні типи тиску:

• Абсолютний тиск — вимірюється відносно еталонної камери (майже вакууму).
• Надлишковий (відносний) тиск — вимірюється відносно поточного атмосферного тиску.
• Герметичний надлишковий тиск — вимірюється відносно постійного еталонного тиску, а не змінного атмосферного.
• Диференціальний тиск — визначає різницю між двома тисками та використовується для вимірювання перепаду тиску, рівня рідини або швидкості потоку.

Очевидною перевагою датчиків абсолютного тиску є те, що вони завжди вимірюють відносно одного й того ж еталонного значення (вакууму), тому не залежать від змін атмосферного тиску та менш чутливі до температурних впливів.

Датчики тиску від HBK

Компанія HBK має понад 65 років досвіду у розробці та виробництві випробувального та вимірювального обладнання, включаючи датчики тиску на основі тензорезисторів.

Якщо ви шукаєте додаткову інформацію про датчики тиску, зв’яжіться з нами.