загрузка...
 
Розділ 7 Датчики тиску Кремнієві датчики
Повернутись до змісту

Розділ 7 Датчики тиску Кремнієві датчики

Датчики тиску (ДТ), як і датчики температури, відносять до найбільш поширених у техніці. Найбільш дешевим і відносно простим у конструкції є кремнієвий датчик. Його виготовляють із пластини Si, частину якої витравляють до утворення тонкої мембрани. Методом іонної імплантації на мембрані формуються резистивні елементи й з’єднання. Під час тиску мембрана прогинається, що обумовлює деформацію резистора через отвір у корпусі ДТ і, як наслідок цього, зміну електричного опору (т.зв. тензоефект). Конструкційно товщина мембрани, геометрична форма і кількість резисторів визначаються інтервалом допустимих тисків. Вимірювальна схема ДТ, як і у випадках датчиків температури, являє собою міст із чотирьох однотипних резисторів (рис. 3.6а). Резистори R1-R4 з’єднуються так, що при деформації мембрани величини R1 і R3 збільшуються, а R2 і R4 – зменшуються. Це дозволяє досягти високої чутливості вимірювального моста. Вихідна напруга Uв обчислюється за співвідношенням

.

Залежність Uв від тиску Р має лінійний характер, кутовий коефіцієнт якої залежить від температури вимірювання (рис. 3.6б). Оскільки вихідний сигнал досить слабкий

(~10-1В), то застосовується операційний підсилювач, що дає Uв~1 В. Для вимірювання з підвищеною точністю необхідно додатково компенсувати температурну похибку датчиків. Застосовуються два методи компенсації: пасивна – за допомогою резистора і датчика температури, які вмикаються у вхідну ділянку моста (датчик температури паралельно мосту), й активна – за допомогою операційного підсилювача, яка повністю усуває температурну похибку. Датчик тиску КР 100А (фірма Valvo) має внутрішню температурну компенсацію (активну).

 

Рисунок 3.6 – Вимірювальний міст із чотирьох резисторів, які складають ДТ(а), та робоча характеристика кремнієвого датчика при двох температурах (б)

Кремнієві ДТ характеризуються такими перевагами,  як:

висока чутливість;

лінійність шкали;

незначний гістерезис;

компактна конструкція та економічна планарна технологія виготовлення.

Вони застосовуються у пральних машинах (Р @ 4?103 Па), апаратах вимірювання кров’яного тиску (Р @ 2?104 Па), в автомобілях (регулювання запалювання (~105 Па), вимірювання тиску при розрідженні пального (~2?105 Па), тиску мастила і стиснутого повітря в гальмівній системі (~106 Па) та ін.).

ДТ, які випускають найбільш відомі фірми (Motorola, Honeywell, Volvo, Siemens та ін.), дозволяють перекривати інтервал тисків 0-10?105 Па і температур –40 - +125оС, а також працювати у вакуумі та різних газових середовищах. Як різновид ДТ є прилад під назвою електронний барометр, який працює на основі барометричної формули (висотомір).



загрузка...