Какие бывают типы датчиков давления?

Что такое датчик давления？

Датчик давления способен ощущать сигналы давления и, согласно определенному закону, преобразовывать их в доступный выходной электрический сигнал или устройство.

Датчики давления обычно состоят из чувствительных к давлению компонентов и блоков обработки сигналов. В зависимости от типа измеряемого давления датчики давления можно разделить на датчики манометрического давления, датчики абсолютного давления и дифференциальные датчики давления . 

Датчики давления являются наиболее часто используемыми в промышленной практике датчиками, которые широко применяются в различных средах промышленной автоматизации, включая водохозяйственные и гидроэнергетические системы, железнодорожный транспорт, интеллектуальные здания, автоматизацию производства, аэрокосмическую промышленность, военную технику, нефтехимическую промышленность, нефтяные скважины, электроэнергетику, судостроение, станки, трубопроводы и многие другие отрасли.

Общие единицы измерения давления 

В Европе и США принято использовать psi в качестве единицы измерения. PSI — это английское сокращение от Pounds per square inch, что означает «фунт-сила на квадратный дюйм».

1 бар ≈ 14,5 psi 1 psi = 6,894757 кПа = 0,0689476 бар В Китае давление газа обычно описывается в «килограммах» (а не в «фунтах»), единица измерения — «кгс/см²», что означает «килограмм-сила на квадратный сантиметр». Кроме того, существуют Па (Паскаль, ньютон, действующий на квадратный метр), кПа, МПа, бар, миллиметры водяного столба, миллиметры ртутного столба и другие единицы измерения давления.

Пять типов датчиков давления 

◆ Тензометрический датчик давления — высокая точность, наиболее широко используется   
Основу тензометрического датчика давления составляет тензорезистор — металлическая пластина, которая деформируется под действием силы. Когда тензорезистор подвергается воздействию внешней силы, изменяются его длина и площадь поперечного сечения, что, в свою очередь, изменяет значение сопротивления.

Тензодатчики могут измерять такие физические величины, как деформация, напряжение, изгибающий момент, крутящий момент, ускорение, перемещение и т. д., и наиболее широко используются в различных областях. Они особенно часто используются в промышленных весовых системах, требующих высокой точности, таких как платформенные весы и системы весового дозирования.

◆ Керамический датчик давления — износостойкость и стабильность 

Керамика является идеальным материалом для датчиков давления благодаря своей эластичности, ударопрочности, износостойкости и стабильной работе. Керамические датчики давления не используют передачу жидкости, а используют керамику непосредственно в качестве чувствительной диафрагмы, так что давление косвенно воздействует на толстопленочный резистор на обратной стороне керамической диафрагмы, подключенный к мосту Уитстона, изменение сопротивления резистора через мост генерирует выходной сигнал напряжения, пропорциональный давлению, и напряжению возбуждения.

По сравнению с металлическими тензорезисторами, основным преимуществом керамических датчиков давления является коррозионная стойкость, что очень полезно при измерении давления коррозионных сред, например, в химической промышленности, холодильной технике и других областях. Во-вторых, керамические датчики давления часто состоят из слоистой структуры, поэтому они обладают лучшей устойчивостью к пиковым давлениям, но соответствующая чувствительность может быть не такой высокой, как у предыдущих.

◆ Диффузионные кремниевые датчики давления — малые размеры, большой сигнал     

Принцип работы заключается в том, что давление измеряемой среды непосредственно воздействует на диафрагму датчика, вызывая микросмещение диафрагмы, пропорциональное давлению среды, что приводит к изменению сопротивления датчика, и с помощью электронной схемы обнаруживаются эти изменения, которые быстро преобразуются и выводятся в виде соответствующего стандартного измерительного сигнала.

Существенным преимуществом диффузионных кремниевых датчиков давления является большой выходной сигнал, что очень выгодно для последующей обработки и передачи переменных, а также высокое разрешение, высокая чувствительность и дополнительная схема на выходе. Во-вторых, компактные размеры диффузионного кремния облегчают установку и позволяют широко использовать его в медицинских устройствах для биомониторинга.

◆ Сапфировый датчик давления — точный и дорогой       

Аналогично первому типу с тензорезистором, приемная диафрагма деформируется после воздействия передаваемого давления, и после того, как изменение регистрируется кремниево-сапфировым чувствительным элементом, мост выдает электрический сигнал, пропорциональный изменению давления.

Как полупроводниковый чувствительный элемент, сапфир обладает непревзойденными метрологическими свойствами, он не подвержен гистерезису, усталости и ползучести, а также благодаря очень высокой твердости не боится деформации. Кроме того, сапфир обладает очень хорошими эластичными и изоляционными свойствами, такие датчики могут работать в самых разных экстремальных условиях с высокой надежностью, хорошей точностью и очень малыми температурными погрешностями.

Его недостатки также очевидны — цена будет более чем в два раза выше по сравнению с другими датчиками давления, а область применения обычно ограничивается высококачественным или тяжелым оборудованием.

◆ Пьезоэлектрический датчик давления — преимущества в динамических условиях      

Пьезоэлектрические датчики давления работают на основе пьезоэлектрического эффекта. С конструктивной точки зрения, внутри находится тонкий цилиндр, и когда внутренняя сторона тонкого цилиндра подвергается давлению, внутреннее напряжение цилиндра увеличивается, что приводит к увеличению его собственной частоты колебаний. Если можно измерить собственную частоту колебаний вибрационного цилиндра, можно узнать величину давления.

Пьезоэлектрические датчики обладают такими превосходными характеристиками, как простая конструкция, малые размеры, малый вес и длительный срок службы. Однако они не могут использоваться для статических измерений, поскольку заряд после воздействия внешней силы может сохраняться только при бесконечно большом входном сопротивлении в цепи, и поэтому они используются только для динамических измерений, таких как пьезоэлектрические печатающие головки струйных принтеров и камеры, использующие пьезоэлектрические MEMS для автофокусировки и т. д.

Вы можете выбрать подходящую модель в зависимости от типа измеряемого давления и условий окружающей среды. Каждый тип датчика давления подходит для конкретных применений, требований к точности, диапазона измеряемого давления и предполагаемых применений. При возникновении проблем с выбором, если у вас есть какие-либо сомнения или вопросы, пожалуйста, свяжитесь с командой Firstrate мы предоставим вам круглосуточную поддержку и помощь.