Тензорезистивные датчики давления

2 месяца назад

1 мин.

Тензорезистивные датчики давления: высокая механическая прочность и точность для тяжёлых условий эксплуатации.

Тензорезистивные датчики давления являются универсальными измерительными устройствами, широко применяемыми в промышленной гидравлике, силовых системах и тяжёлом машиностроении. В основе их работы лежит изменение сопротивления тензорезисторов при упругой деформации мембраны под нагрузкой давления.

Принцип работы

Конструктивно датчик состоит из:

металлической мембраны;
наклеенных на неё тензорезисторов;
мостовой схемы Уитстона;
усилителя и выходного модуля.

Когда давление воздействует на мембрану, то её поверхность растягивается или сжимается. Тензодатчики изменяют сопротивление мостовая схема фиксирует изменение выходной сигнал преобразуется в электрическое напряжение или ток.

Важно: изменение сопротивления имеет микроскопический характер, но благодаря чувствительности измерительной мостовой схемы позволяет точно определить давление.

Конструкция чувствительного узла

Тензорезисторы изготавливают из:

металлической фольги на клеевой основе;
тонких проволочных элементов;
полупроводниковых тензоплёнок.

Мембрана обычно выполняется из:

нержавеющей стали;
бериллиевой бронзы;
инконеля;
титана.

Конструкция крайне устойчива к механическим нагрузкам и может выдерживать резкие перепады давления.

Электроника и обработка сигнала

Для повышения точности используются:

температурные датчики для компенсации;
дифференциальные схемы;
программные фильтры;
цифровая калибровка.

Современные тензорезистивные датчики часто имеют встроенный микроконтроллер.

Преимущества

высокая точность на больших давлениях;
механическая прочность;
устойчивость к вибрациям;
надёжность при длительной эксплуатации;
минимальная деградация чувствительного элемента;
высокая долговременная стабильность.

Тензорезистивные датчики считаются «рабочими лошадками» промышленности.

Недостатки

чувствительность к температурным колебаниям;
необходимость периодической калибровки;
ограниченная чувствительность при очень малых давлениях.

Если требуется измерять микродавления — лучше использовать ёмкостные или пьезорезистивные датчики.

Диапазоны измерения

Типичные значения:

от 0 до 10 бар — стандартные;
до 1000 бар — усиленные датчики;
для специальных задач — до 4000 бар.

Мембрана может быть усилена ребрами жёсткости для применения под экстремальными нагрузками.

Области применения

Тензодатчики часто используются там, где есть значительные нагрузки и динамика:

гидравлические прессы;
насосные станции;
тяжёлые гидросистемы;
тормозные системы;
силовые стенды тестирования оборудования;
промышленное машиностроение;
измерение усилий в опорах и креплениях;
судовые и необслуживаемые системы.

Монтаж и эксплуатация

Рекомендации:

использовать гидрозатворы при ударных импульсах давления;
избегать кавитации;
при высоких температурах — предусматривать охлаждаемые адаптеры;
соблюдать правильное направление потока давления на мембрану.

Тензорезистивные датчики хорошо работают в условиях вибрации и скачков давления.

Инженерные наблюдения

тензорезистивные датчики предпочтительны в системах высоких давлений;
мембрана менее подвержена повреждениям, чем в пьезо- и ёмкостных датчиках;
идеальны для гидравлики, где возможно резкое изменение давления.