Snımace tlaku VOS a SPS Kutna Hora
1
Zakladnı pojmy F
Definice tlaku: Sıla pusobıcı kolmo na jednotku plochy
F p= [Pa, N, m2] S atmosfericky tlak Podtlak
absolutnı tlak
tlakova diference
Pr etlak
p
absolutnı nula 2
t
Rozdů lenı tlakomů ru F
Podle merený ho tlaku G G G G
F
manometry - pretlak barometry - atmosfe ricky tlak vakuometry - podtlak diferenc nı tlakomá ry - tlakova diference
Podle principu G G G
kapalinove pıstove deformac nı
3
Deformacnı tlakomů ry s mech. vy stupem F
Princip G
F
Prevod tlaku na sılu, ktera zpusobı pruznou deformaci tlakomá rne ho c lenu
Druhy tlakomernych c lenu
membrana
vlnovec
bourdonova trubice 4
Tlakomů rne cleny F
Membrana G G G G G G G
F
Vlnovec G G G G
F
tenka pruzna deska kruhove ho tvaru soustredne vlny (linearita, pruznost) uzavrena v prırubach vyztuzena strednı c ast material - pryz, nerezova ocel, tombak, kremık má ricı rozsah - 1 kPa az 1MPa maly zdvih kovova trubice vyvalcovana do vln material - nerezova ocel, tombak má ricı rozsah - do 25MPa vá tsı zdvih
Bourdonova trubice G G G
ovalny nebo elipticky prurez material - nerezova ocel, tombak nejvyssı tlaky
5
Deformacnı tlakomů ry s el. vy stupem F
deformac nıc len + prevodnık (sıla → el. velic ina) G
Tenzometry (snımac e mechanicke ho namahanı) ó ó ó ó
G
odporove kapacitnı piezoelektricke opticke
Odporove tenzometry rozdů lenı
6
Odporove kovove tenzometry Dratový tenzometry
Foliový tenzometry
Tenzometry s volnou mr ızkou nelepı se na objekt do pruzne ho c lenu jsou vetknuty izol. kolıc ky (safır) mezi kolıc ky je ná kolik zavitu odpor. dratku vyhoda - nezkresleny prenos deformace z objektu na senzor
Lepene fol. tenzometry (obr. b) tenke kovove folie (5µm) nosne izolac nı podlozky (napr. polyamid tl. 20 µm) nejpouzıvaná jsı kovove tenzometry realizace na membraná (rozeta)
Vrstvový tenzometry
Tenzometry lepene (obr. a)
odporovy dratek je prilepen k izolac nı podlozce Naprasovane tenzometry (obr. c) izolac nı podlozka se lepı na silomá rny c len vytvoreny na tlakomá rne m c lenu dielektricka vrstva kovova vrstva vytvorenı tenzometru fotolitograf. 7 cestou
a)
b)
c)
Odporove polovodicove tenzometry Vlastnosti velkacitlivost teplotnı zavislost odporu snadnaintegrace do silomů rneho clenu Monokrystalický lepený tenzometry destic ka z monokrystalu kremıku tenzometr se lepı na silomá rny c len Snımac tlaku se silomernym c lenem tlakomá rny c len - vlnovec (1) silomá rny c len - vetknuty nosnık (2) nalepene tenzometry (3) nevy hody - mechanicke prvky, zkresleny prenos deformace na tenzometry nahrada c idly s difundovany mi tenzometry
8
Polovodicove difundovane tenzometry Princip G G G
tenkaSi membrana - tlakomá rny c len + tenzom. prevodnık do mıst namahanych na tlak a tah jsou difundovany tenzometry struktura difundovane ho tenzometru
Polykrystalický tenzometry G G
naprasovanı polovodic ove ho tenzometru pouzitı pro nenaroc ne aplikace (dom. spotrebic e, automobilovy prumysl)
9
Mů r icı obvody pro odporove tenzometry Stejnosmů rne mu stky nejpouzıvaná jsı metody nevyhody - drift ss zesilovac u, vznik termoelektricke ho napá tı Odvozenı vystupnıho napá tı mustku R4 R2 R ⋅R −R ⋅R = UN ⋅ 1 4 2 3 − UV = UN ⋅ (R3 + R4 ) ⋅ (R1 + R2 ) R3 + R4 R1 + R2
R1
R3 Uv
R2
UN R4
10
Mů r icı obvody pro odporove tenzometry RV
Rε
RV
Tr ıvodicove zapojenı s jednım snımacım odporem RV
Pro odpory mustku platı: R1=R+∆Rε+ ∆RT ∆Rε je zmá na R vlivem deformace R2= R3 = R4 =R+ ∆RT ∆RT je zmá na R vlivem teploty po dosazenı:
( R + ∆R T ) ⋅ (R + ∆R ε + ∆R T ) − (R + ∆R T )2 UV = U N ⋅ (2R + 2∆R T ) ⋅ (2R + ∆R ε + 2∆R T )
= UN ⋅
R3 Uv R2
∆R ε ⋅ (R + ∆R T ) 2 ⋅ (R + ∆R T ) ⋅ (2R + ∆R ε + 2∆R T )
UN R4
∆R ε ∆R ε R = UN ⋅ = UN ⋅ ∆R T ∆R ε 4R + 2∆R ε + 4∆R T 4+4 +2 R R 11 ε Rž UV ≈ UN ⋅ Vy stupnı napů tı mu stku je linearnı funkcı ∆Rε bez zavislosti na teplotů
4R
Mů r icı obvody pro odporove tenzometry II RV
Tr ıvodicove zapojenı se dvů ma snımacımi odpory a) Má ricı tenzometr + kompenzac nı tenzometr b) Dva má ricı tenzometry (inverznı smysly namahanı) Pro odpory mustku platı: R1 = R+∆Rε+ ∆RT R2 = R- ∆Rε+ ∆RT R3= R4 = R+ ∆RT ∆RT je zmá na R vlivem teploty ∆Rε je zmá na R vlivem deformace ε Rž Lze odvodit: UV ≈ UN ⋅
Rε
Rε
2R C tyr vodicove zapojenı se ctyr mi snımacımi odpory
C tyri má ricı tenzometry zapojene tak, aby se jejich ň c inky sc ıtaly Pro odpory mustku platı: R1 = R4 = R+∆Rε+ ∆RT R2 = R3 = R- ∆Rε+ ∆RT ε Rž Lze odvodit: UV ≈ UN ⋅
R
RV
Rε
RV
R3 Uv
UN R4
Vy stupnı napů tı je ve srovnanı s mu stkem s jednım snımacem dvojnasobne RV
Rε
RV UV
Rε
Rε
RV RV
UN
12
Mů r icı obvody pro odporove tenzometry III Vy hody zapojenı se ctyr mi 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 R prıvodu lze potlac it napajenım ze zdroje I
Str ıdave mu stky odstraná nı nestalost nuly stejnosmá rnych zesilovac u odstraná nı nezadoucıch termoelektrickych napá tı nevyhody - vliv parazitnıch impedancı
Mů r icı obvody s proudovy mi zdroji proud nesmı vytvaret velkou vykonovou ztratu pouzitı monoliticke ho IO napr. XTR101 , ktery obsahuje: o dva zdroje proudu o rozdılovy zesilovac o pr evodnık na unifikovany signal
UV +ε I
-ε Rε
Rε
I
13
Provedenı snımace tlaku 1 2 3 4 5 6 7
oddá lovacı membrana kapalinova napln prıruba c idlo tlaku pouzdro zdroj proudu prıvodnı kabel
1 kremıkova membrana 2 pouzdro 3 vyvody 14
Foto snımacu tlaku
15
Kapacitnı snımace tlaku Princip G G
G
prevod tlaku na kapacitu má ricıho kondenzatoru elektrody: predpjata kovova membrana (uzemná no) pevna elektroda na izolac nım podkladu zmá na tlaku má nı vzduchovou mezeru kondenzatoru
Vlastnosti G G
nelinearita (zmá na vzduch. mezery), nehomogennı pole teplotnı zavislost zpusobena dilatacı elektrod
Pouzitı G G G
snımac e tlakove diference - kompenzace negativnıch vlivu velka rozlisovacı schopnost vysoka pretızitelnost
16
Kapacitnı snımace tlaku s oddů lovacı kapalinou M I OM K
membrana - strednı elektroda izolant (sklo) oddá lovacı membrana kapalinova napln (silikonovy olej)
Má ricı kondenzator: ó strednı membrana ó pevne elektrody na izolantu - mech. zarazka proti pretızenı Membrana je v prostoru vyplná ne m silikonovym olejem K 17
Kapacitnı snımace s keramicky mi membranami 1
2 3 4 5
keramicka membrana - má ricı + oddá lovacı (sintrovana keramika AL2O3 strednı dıl - keramika nestlac itelna kapalina elektrody kondenzatoru teplotnı senzor - má rı teplotu uvnitrpouzdra
Vyhodnocenıtlak. diference C1 - C2 ≈ p1-p2 C1 + C2 ≈ teplotnı dilataci snımace jsou koncipovany jako inteligentnı - jsou osazeny procesorem 18
Optoelektronicke deformacnı snımace Snımac s optoelektronickym clonicım senzorem Princip zdroj IR ozaruje refer. (AR ) i aktivnı fotodiodu (AX ) clonka má ricı membrany zastinuje aktivnı fotodiodu má reny tlak je ň má rny UX/UR pomá rne má renı potlac uje vliv: kolısanı intenzity zdroje starnutı souc astek (zmá na citlivosti diod) tepelnych efektu
inteligentnı snımac obsahuje: A/D prevodnık s dvojı integracı kompenzaci nelinearity diod tabulkou (PROM)
19
Snımac tlaku s opticky mi vlakny Princip G G G G G
zmá na ň tlumu opticke ho 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 radová v jednotkach µm snımac e jsou vhodne do teploty cca 400 °C 20
Blokove schema obvodu XTR101
zpá t 21
