Snımace tlaku. VOS a SPS Kutna Hora

Transkript

1 Snımace tlaku VOS a SPS Kutna Hora 1

2 Zakladnı pojmy F Definice tlaku: Sıla pusobıcı kolmo na jednotku plochy F p = [Pa, N, m 2 ] S p Pr etlak tlakova diference atmosfericky tlak absolutnı tlak Podtlak absolutnı nula t 2

3 ozdů lenı tlakomů ru F F Podle merený ho tlaku manometry - pretlak barometry - atmosfericky tlak vakuometry - podtlak diferenc nı tlakomá ry - tlakova diference Podle principu kapalinove pıstove deformac nı 3

4 Deformacnı tlakomů ry s mech. vy stupem F F Princip Prevod tlaku na sılu, ktera zpusobı pruznou deformaci tlakomá rne ho c lenu Druhy tlakomernych c lenu membrana vlnovec bourdonova trubice 4

5 F F F Membrana Tlakomů rne cleny tenka pruzna deska kruhove ho tvaru soustredne vlny (linearita, pruznost) uzavrena v prırubach vyztuzena strednı cast material - pryz, nerezova ocel, tombak, kremık máricı rozsah - 1 kpa az 1MPa maly zdvih Vlnovec kovova trubice vyvalcovana do vln material - nerezova ocel, tombak máricı rozsah - do 25MPa vá tsı zdvih Bourdonova trubice ovalny nebo elipticky prurez material - nerezova ocel, tombak nejvyssı tlaky 5

6 Deformacnı tlakomů ry s el. vy stupem F deformac nıc len + prevodnık (sıla fi el. velic ina) Tenzometry (snımace mechanickeho namahanı) ó odporove ó kapacitnı ó piezoelektricke ó opticke Odporove tenzometry rozdů lenı 6

7 Dratový tenzometry Tenzometry s volnou mrızkou nelepı se na objekt Odporove kovove tenzometry do pruzneho clenu jsou vetknuty izol. kolıcky (safır) mezi kolıcky je ná kolik zavitu odpor. dratku vyhoda - nezkresleny prenos deformace z objektu na senzor Tenzometry lepene (obr. a) odporovy dratek je prilepen k izolacnı podlozce izolac nı podlozka se lepı na silomá rny c len a) b) c) Foliový tenzometry Lepene fol. tenzometry (obr. b) tenke kovove folie (5µm) nosne izolacnı podlozky (napr. polyamid tl. 20 µm) nejpouzıvaná jsı kovove tenzometry realizace na membraná (rozeta) Vrstvový tenzometry Naprasovane tenzometry (obr. c) vytvoreny na tlakomá rnem clenu dielektricka vrstva kovova vrstva vytvorenı tenzometru fotolitograf. cestou 7

8 Odporove polovodicove tenzometry Vlastnosti velkacitlivost teplotnı zavislost odporu snadnaintegrace do silomů rneho clenu Monokrystalický lepený tenzometry desticka z monokrystalu kremıku tenzometr se lepı na silomá rny c len Snımac tlaku se silomernym c lenem tlakomá rny clen - vlnovec (1) silomá rny c len - vetknuty nosnık (2) nalepene tenzometry (3) nevy hody - mechanicke prvky, zkresleny prenos deformace na tenzometry nahrada cidly s difundovany mi tenzometry 8

9 Princip Polovodicove difundovane tenzometry tenkasi membrana - tlakomá rny clen + tenzom. prevodnık do mıst namahanych na tlak a tah jsou difundovany tenzometry struktura difundovaneho tenzometru Polykrystalický tenzometry naprasovanı polovodic ove ho tenzometru pouzitı pro nenarocne aplikace (dom. spotrebice, automobilovy prumysl) 9

10 10 Můricı obvody pro odporove tenzometry U v U N + + = N V U U ( ) ( ) N U + + = Odvozenı vystupnıho napá tı mustku Stejnosmů rne mu stky nejpouzıvaná jsı metody nevyhody - drift ss zesilovacu, vznik termoelektrickeho napá tı

11 Můricı obvody pro odporove tenzometry V Trıvodicove zapojenı s jednım snımacım odporem e V V U v 3 UN 2 4 Pro odpory mustku platı: 1 =+ ε + T ε je zmá na vlivem deformace 2 = 3 = 4 =+ T T je zmá na vlivem teploty po dosazenı: 2 ( + T ) ( + + T ) ( + T ) UV = UN ε ( + ) = U T N ε ( T ) ( 2 + ε + 2 T ) 2 ( + T ) ( 2 + ε + 2 T ) ε ε = U N = U N T ε + T ε ε U U ž V N Vy stupnı napů tı mu stku je linearnı funkcı D e bez zavislosti na teplotů 4

12 Můricı obvody pro odporove tenzometry II Trıvodicove zapojenı se dvů ma snımacımi odpory a) Máricı tenzometr + kompenzacnı tenzometr b) Dva máricı tenzometry (inverznı smysly namahanı) Pro odpory mustku platı: 1 = + ε + T 2 = - ε + T 3 = 4 = + T T je zmá na vlivem teploty ε je zmá na vlivem deformace Lze odvodit: ε U U ž V N 2 C tyr vodicove zapojenı se ctyr mi snımacımi odpory C tyri máricı tenzometry zapojene tak, aby se jejich ňcinky scıtaly Pro odpory mustku platı: 1 = 4 = + ε + T 2 = 3 = - ε + T Lze odvodit: UV UN ε ž e e e e V V V U v 3 4 Vy stupnı napů tı je ve srovnanı s mu stkem s jednım snımacem dvojnasobne e e V V V V U V 12 U N UN

13 Můricı obvody pro odporove tenzometry III Vy hody zapojenı se ctyrmi tenzometry (plny mu stek) ó minimalizace nelinearity ó citlivost (c tyrnasobna) ó chyba vlivem teploty je nulova (stejne tenzometry) ó minimalnı chyby vlivem odporu prıvodu ó vliv prıvodu lze potlacit napajenım ze zdroje I Strıdave mu stky odstraná nı nestalost nuly stejnosmá rnych zesilovacu odstraná nı nezadoucıch termoelektrickych napá tı nevyhody - vliv parazitnıch impedancı Můricı obvody s proudovy mi zdroji proud nesmı vytvaret velkou vykonovou ztratu pouzitı monolitickeho IO napr. XT101, ktery obsahuje: o dva zdroje proudu o rozdılovy zesilovac o prevodnık na unifikovany signal U V +e -e I e e I 13

14 Provedenı snımace tlaku 1 oddá lovacı membrana 2 kapalinova napln 3 prıruba 4 cidlo tlaku 5 pouzdro 6 zdroj proudu 7 prıvodnı kabel 1 kremıkova membrana 2 pouzdro 3 vyvody 14

15 Foto snımacu tlaku 15

16 Kapacitnı snımace tlaku Princip prevod tlaku na kapacitu máricıho kondenzatoru elektrody: predpjata kovova membrana (uzemná no) pevna elektroda na izolacnım podkladu Vlastnosti Pouzitı zmá na tlaku má nı vzduchovou mezeru kondenzatoru nelinearita (zmá na vzduch. mezery), nehomogennı pole teplotnı zavislost zpusobena dilatacı elektrod snımace tlakove diference - kompenzace negativnıch vlivu velka rozlisovacı schopnost vysoka pretızitelnost 16

17 Kapacitnı snımace tlaku s oddů lovacı kapalinou M membrana - strednı elektroda I izolant (sklo) OM oddá lovacı membrana K kapalinova napln (silikonovy olej) Má ricı kondenzator: ó strednı membrana ó pevne elektrody na izolantu - mech. zarazka proti pretızenı Membrana je v prostoru vyplná nem silikonovym olejem K 17

18 Kapacitnı snımace s keramicky mi membranami 1 keramicka membrana - máricı + oddá lovacı (sintrovana keramika AL 2 O 3 2 strednı dıl - keramika 3 nestlac itelna kapalina 4 elektrody kondenzatoru 5 teplotnı senzor - márıteplotu uvnitrpouzdra Vyhodnocenıtlak. diference C 1 - C 2» p 1 -p 2 C 1 + C 2» teplotnı dilataci snımace jsou koncipovany jako inteligentnı - jsou osazeny procesorem 18

19 Optoelektronicke deformacnı snımace Snımac s optoelektronickym clonicım senzorem Princip zdroj I ozaruje refer. (A ) i aktivnı fotodiodu (A X ) clonka máricı membrany zastinuje aktivnı fotodiodu máreny tlak je ň má rny U X /U pomá rne má renı potlac uje vliv: kolısanı intenzity zdroje starnutı soucastek (zmá na citlivosti diod) tepelnych efektu inteligentnı snımac obsahuje: A/D prevodnık s dvojı integracı kompenzaci nelinearity diod tabulkou (POM) 19

20 Snımac tlaku s opticky mi vlakny Princip zmá na ň tlumu optickeho vlakna pri mikroohybech vyvolanych tlakem ohyby má nı geometrii rozhranı plas - jadro a zvysujı ň tlum optimalnı roztec zubu hrebınku (pri vlakna 60µm) je 3 mm vychylka x je ra dová v jednotkach µm snımace jsou vhodne do teploty cca 400 C 20

21 Blokove schema obvodu XT101 zpá t 21