8. ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕД

Датчик давления (рис. 20—22) построен аналогично датчику силы, т. е. содержит упругий элемент, уравновешивающий действие измеряемого давления. Часто им служит мембрана, изолирующая МЭП от объекта измерения. Мерой давления может быть как прогиб, так и деформация мембраны.

Рис. 20. Индуктивный датчик давления: 1 — мембрана; 2 — рабочая катушка; 3 — компенсационная катушка

Рис. 21. Емкостный датчик низкочастотного давления: 1 — мембрана; 2 — неподвижный электрод; 3 — герметизированный вывод

Рис. 22. Пьезоэлектрический датчик пульсаций давления: 1 — пьезоэлементы; 2 — поджимная втулка; 3 — корпус

В некоторых случаях мембрана играет только защитную роль, а упругим элементом является МЭП. Упругий элемент должен обеспечивать высокие метрологические характеристики датчика, прежде всего малую нелинейность в диапазоне измерения и стабильность характеристик в рабочих условиях. Достигается это подбором его формы и материала. Как правило, дополнительным требованием является малость габаритов датчика. Датчик давления должен иметь высокую механическую прочность и обеспечивать хорошее уплотнение посадочного места, во избежание прорыва среды в пространство за датчиком. Поэтому крепление к объекту обычно резьбовое с большим моментом затяжки, вызывающим значительную деформацию корпуса. Конструкция корпуса и упругого элемента должна снижать влияние этой деформации на характеристики датчика до допустимого значения.

В современных датчиках давления нашли широкое применение тензорезистивные и индуктивные МЭП. Емкостные МЭП используют в меньшей степени в основном из-за высокого значения импеданса, затрудняющего передачу сигнала преобразователя по кабелю. Металлические тензорезисторы позволяют получить высокие метрологические характеристики. Датчики с полупроводниковыми тензорезисторами

обладают преимуществом в тех случаях, когда точностные требования не столь жестки. Индуктивные и резонаторные (струнные) датчики давления имеют характеристики, близкие к характеристикам тензорезисторных. Для измерения переменной составляющей давления чаще используют пьезоэлектрические преобразователи.

По условиям эксплуатации датчики давления могут быть разбиты на группы аналогично акселерометрам (см. раздел 4). Для второй и особенно третьей группы существенными влияющими факторами являются перепады температуры среды (тепловые удары) и вибрации объекта. Устойчивость к этим факторам указывают не все изготовители, что следует иметь в виду при постановке измерений [45].

Особым классом датчиков давления являются измерительные микрофоны — преобразователи акустического давления. В технике микрофон обычно эксплуатируется в воздухе при отсутствии значительного избыточного статического давления и многих других влияющих факторов, что облегчает сопряжение его с усилительно-преобразующей аппаратурой. В этих условиях емкостный МЭП имеет преимущества и широко используется наряду с пьезоэлектрическим (рис. 23) [9, 44].

Рис. 23. Емкостный измери тельный микрофон: 1 — мембрана; 2 — защитная крышка; 3 — неподвижный электрод; 4 — контакт разъема; 5 — изолятор

Упругий элемент датчика давления имеет высокую собственную частоту и позволяет вести измерения в широком частотном диапазоне. Однако, если мембрана соединена с полостью, давление в которой измеряется, хотя бы небольшим каналом, или диаметр отверстия в присоединительном штуцере меньше диаметра мембраны, то образуется механический фильтр нижних частот, резко снижающий частотный диапазон измеряемых давлений [25].

Типичные датчики давления рассчитаны на измерение давлений порядка с погрешностью до при статических измерениях и при динамических. Температурный диапазон от —250 до +370 °С, причем температурная погрешность может не превышать 0,01% на 1 К Собственная частота доходит до Известны миниатюрные датчики диаметром и массой Лучшие измерительные микрофоны могут измерять звуковые давления до с частотами до в диапазоне температур от —50 до +260 °С. Основная и температурная погрешности достигают 0,5 дБ и 0,01 дБ/°С соответственно.