Индуктивные датчики давления

Балтийский Государственный Технический    Университет  «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова

кафедра

“Космические аппараты и двигатели”

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Физические основы получения информации»

на тему

Индуктивные датчики давления

Санкт – Петербург

2011

Содержание

Введение                                                                                                                 3

1.1. Давление, его виды и единицы измерения                                                    4

1.2. Принципы построения аналоговых и дискретных датчиков давления       4

2.1. Принцип работы индуктивного датчика давления                                      6                                                 

2.2. Виды индуктивных датчиков давления                                                       7

2.2.1. Датчик давления ДАИ 099                                                                          7

2.2.2. Датчик абсолютного давления ВТ 222М                                                  8

2.2.3 Датчик абсолютного давления ДАТ 5КА                                                11

Список литературы                                                                                              12

Введение

Давление является одной из основных величин, связанных с описанием поведения жидких и газообразных сред. Большую часть выпускаемых датчиков давления потребляет энергетика. В гидравлических, тепловых, ядерных и других энергетических установках необходим непрерывный контроль над давлением для обеспечения нормального режима работы, не говоря уже о риске разрыва стенок сосудов и трубопроводов и возникновения аварийных ситуаций.

В системах контроля технологических процессов датчики давления дают информацию о давлении сжатого воздуха, газа, пара, масла и других жидкостей, обеспечивающих надлежащее функционирование машин, механизмов и систем и протекание контролируемых процессов.

Одно из ведущих мест занимают датчики  давления при экспериментальной отработке и штатной эксплуатации летательных аппаратов и двигательных установок. По данным отечественных и зарубежных источников измерение давлений составляет примерно половину из всех наземных и около трети лётных измерений в ракетно-космической технике.

Большое разнообразие аппаратуры, в том числе и датчиковой, для измерения давлений объясняется тем, что понятие «давление» охватывает протяжённую область значений – от сверхвысокого вакуума до сверхвысоких избыточных давлений. Оценивать величину давления можно как в абсолютных, по отношению к вакууму, так и в относительных, по отношению к атмосферному давлению, единицах; кроме того результат измерения может быть разностью двух произвольных величин – двух разных давлений. Наконец, измерение давления может проводится в различных средах, физические и химические характеристики которых весьма разнообразны.

1.2. Принципы построения аналоговых и дискретных датчиков давления

В современных датчиках давления измеряемая величина – давление газообразных, жидких или сыпучих сред преобразуется в перемещение или силу упругими чувствительными элементами (ЧЭ), в качестве которых используются разнообразные мембраны, мембранные и анероидные коробки, витые трубки, трубки Бурдона, сильфоны и колпачки. Наибольшей чувствительностью к измеряемому давлению обладают так называемые мягкие мембраны из резины или тефлона и других пластмасс. Из конструктивных соображений эти мембраны обычно делаются с жёстким центром и гофрами.

В датчиках давления с упругими ЧЭ для преобразования перемещения или силы в электрический сигнал нашли применение следующие виды преобразователей: пьезо- и тензорезистивные, реостатные, контактные, индуктивные и трансформаторные, пьезоэлектрические, емкостные, струнные, вибрационно-частотные и магнитоупругие.

Принцип действия пьезорезистивных и тензорезистивных датчиков давления основан на функциональной зависимости между измеряемым давлением  и упругими деформациями ЧЭ, преобразующимися в электрический сигнал полупроводниковыми, проволочными, фольговыми или металлопленочными тензорезисторами. Тензометрический метод преобразования сочетает исключительную простоту с высокой надёжностью, что позволяет разрабатывать датчики давления весьма экономичными и надёжными, способными работать в сложных эксплуатационных условиях.

Для измерения абсолютных и избыточных давлений с переменной составляющей до 5 кГц широко применяются индуктивные датчики. Индуктивный метод основан на регистрации вихревых токов (токов Фурье). ЧЭ состоит из двух катушек, изолированных между собой металлическим экраном. Преобразователь измеряет смещение мембраны при отсутствии механического контакта. В катушках генерируется электрический сигнал переменного тока таким образом, что заряд и разряд катушек происходит через одинаковые промежутки времени. При отклонении мембраны создаётся ток в фиксированной основной катушке, что приводит к изменению индуктивности системы. Смещение характеристик основной катушки даёт возможность преобразовать давление в стандартизованный сигнал, по своим параметрам прямо пропорциональный приложенному давлению.

2.1.Принцип работы индуктивного датчика давления

Отличительная особенность индуктивных датчиков давления – возможность измерения полного давления, т.е. постоянной и переменной составляющих одновременно. В качестве преобразователя перемещения в электрический сигнал в этих датчиках применяют дифференциальные индуктивные преобразователи с изменяющимся воздушным зазором и переменной величиной индуктивности контура или взаимоиндукции между контурами. На рис.2.1.(а) представлена конструкция типичного индуктивного датчика давления с упругим элементом в виде плоской мембраны. Мембрана 1, воспринимающая давление, является якорем индуктивной системы, состоящей из катушек индуктивности 5 и 6 и сердечника 2. Для измерения давления высокотемпературных сред выпускаются аналогичные индуктивные датчики давления с водяным или газовым охлаждением.

Рис.2.1.(а) Индуктивный датчик давления с плоской мембраной: 1-мембрана; 2-магнитопровод; 3-корпус; 4-электрческий разъем; 5-компенсирующая катушка индуктивности; 6-рабочая катушка индуктивности

Принцип работы датчика состоит в следующем: под влиянием измеряемого давления рабочая мембрана прогибается, что приводит к изменению комплексного сопротивления рабочей обмотки и, соответственно, к разбалансу мостовой схемы нормирующего преобразователя.

Отечественной промышленностью выпускается широкая номенклатура индуктивных преобразователей с переменной взаимоиндукцией между контурами, отличительной особенностью которых является объединение в одном корпусе собственно датчика и усилителя-преобразователя.

Датчики этого типа предназначены для измерения относительно медленноменяющихся давлений жидких и газообразных сред и обеспечивают измерение избыточных и абсолютных давлений, а также разности давлений с верхними диапазонами измерений – от 400 Па до 25 Мпа.

Индуктивные датчики давления обладают рядом важных свойств: могут противостоять сильным ударным воздействиям и вибрациям; допускают значительную перегрузку по давлению; имеют хорошую динамическую характеристику в нестационарном режиме и высокую собственную частоту колебаний (до 30 кГц). Лучшие из индуктивных датчиков давления имеют следующие параметры: основную погрешность 0,5…1,5 %; температурный диапазон работы от -40 до 300С; допустимые механические перегрузки до 10000 м/с2.

2.2. Виды индуктивных датчиков давления

2.2.1. Датчик давления ДАИ 099

Индуктивный датчик ДАИ 099 предназначен для измерения абсолютного давления газообразных сред. Основная особенность датчика - высокая механическая прочность. Выпускается в виде моноблока из индуктивного преобразователя и электронного усилителя-преобразователя.

Рис.2.2.1.(а) Габаритно-установочный чертеж датчика  ДАИ 099

Основные технические характеристики:

•              Измеряемая среда…………………………………………газы

•              Диапазон измерения, Па (0…2 мм рт.ст. )………………0…266,6

•              Погрешность, %.................................................................5

•              Напряжение питания, В…………………………………27+5-3

•              Ток потребления, мА……………………………………80

•              Выходной сигнал, В:

                 начальный………………………………………….1±0,75

                 номинальный………………………………………5±0,75

•              Масса, кг………………………………………………..0,8

2.2.2. Датчик абсолютного давления ВТ 222М

Индуктивный датчик абсолютного давления ВТ 222М предназначен для измерения абсолютного статического и медленноменяющегося давления газа и пара, при этом возможно наложение пульсации давления до 0,1Р с частотой до 100 Гц. Датчик выпускается в 54 модификациях, различающихся диапазоном измерения, длиной кабельной перемычки между первичным преобразователем и усилителем, входящими в состав датчика, и средой измерения. Датчик может устанавливаться на объект с амортизатором и без амортизатора.

Основные технические характеристики:

•              Измеряемая среда…………………………………………газ или пар

•              Погрешность, %…………………………………………..2,5

•              Потребляемый ток, мА………………………………….. не более 60

•              Срок хранения, год………………………………………19

•              Масса датчика, кг………………………………………...0,65

•              Время готовности к работе, с…………………………...не более 30

•              Сопротивление изоляции, МОм:

                  в нормальных климатических условиях………...не менее 20

                  при Токр.ср.=-50°С и +50°С………………………..не менее 1

Датчик вибропрочен на чистоте 20 Гц при ускорении 20 м/с2 в течении 5 мин

Рис.2.2.2.Габаритный чертеж датчика ВТ 222М: а-с амортизатором; б-без амортизатора

Датчик абсолютного давления ВТ 222М (рис.2.2.2.(в)) состоит из первичного преобразователя и усилителя, связанных между собой кабельной перемычкой. Внутри кабельной перемычки для защиты от обрыва расположен металлический трос. Питание датчика  и снятие с него сигнала осуществляется через вилку ОС РСГС10.

Рис.2.2.2.(в) Конструкция датчика ВТ 222М

Первичный преобразователь состоит из корпуса 2, в котором крепится преобразователь 4 и ЧЭ, состоящий из мембраны 3 и приваренного к ней сердечника 5, и штуцера 1.

Принцип работы датчика основан на изменении индуктивности катушек преобразователя од воздействием перемещения штыря ЧЭ, вызванного изменением давления. Штырь выполнен из магнитного сплава 79НМ и при его перемещении изменяется индуктивность катушек L1 и L2 преобразователя. Катушки включены по дроссельной схеме в измеритель индуктивности и с помощью управляющих импульсов попеременно включаются и выключаются. Ток, протекающий по одной из катушек, является током заряда накопительного конденсатора, а протекающий по другой катушке – током разряда. Таким образом, при неравенстве токов на накопительном конденсаторе присутствует остаточное постоянное напряжение, которое является выходным сигналом измерителя индуктивности.

При перемещении штыря выходной сигнал преобразователя индуктивности изменяется от 0 до 20 мВ.

Далее сигнал усиливается масштабирующим усилителем до нормированной величины 0…6 В. На выходе преобразователя индуктивности, для улучшения амплитудно-частотной характеристики в полосе пропускания 0…200 Гц включен Т-образный С-фильтр.

2.2.3 Датчик абсолютного давления ДАТ 5КА

Индуктивный датчик ДАТ 5КА предназначен для измерения статических и медленноменяющихся абсолютных давлений воздуха и нейтральных газов.

Основные технические характеристики:

•              Измеряемая среда ……………………………воздух, нейтральные газы

•              Напряжение питания постоянного тока, В… 27

•              Потребляемый ток, А………………………... 0,4

•              Диапазон измерения, Мпа…………………… 0... 0,5

•              Поддиапазоны измерения, Мпа……………... 0...0,2; 0,2...0,35; 0,35...0,5

•              Наработка на отказ, ч………………………… 300000

•              Сопротивление изоляции, МОм……………... не менее  20

•              Срок службы, год……………………………… 10

•              Ресурс работы, ч………………………………. 15000

•              Срок хранения, год……………………………. 5

•              Масса, кг……………………………………….. 0,45