Принцип работы резонаторного датчика давления
Принцип действия датчиков основан на использовании колебаний механического резонатора, собственная частота которого перестраивается под действием измеряемого давления. В качестве резонатора используются струны, цилиндрические полузамкнутые трубки или определенным образом вырезанные пластины искусственного кварца. Измеряемое давление воспринимается упругим чувствительным элементом, который соединен с пластиной кварца или струной. Резонатор цилиндрической полузамкнутой трубки случит одновременно упругим чувствительным элементом, воспринимающим измеряемое давление. При воздействии давления в резонаторе возникают механические напряжения, в результате чего меняется его жесткость, а вследствие, и собственная частота изгибных колебаний.
Примером такого датчика является датчик абсолютного давления ДВБЧ-У (датчик высоты барометрический частотный унифицированный), работающий в диапазоне от 8.79 до 806.15 мм рт.ст., имеется модификация для диапазона от 5.00 до 2100 мм рт.ст., имеющих предельную погрешность 0.25%, отнесенную к диапазону измеряемых давлений.
Работает резонаторный датчик абсолютного давления ДВБЧ-У следующим образом. Изгибные колебания резонатора возбуждаются и поддерживаются при помощи системы возбуждения колебаний и электронного усилителя, на вход которого подается сигнал от системы съема колебаний резонатора, а к выходу усилителя через согласующий трансформатор подключен резонатор.
Система возбуждения – магнитоэлектрического типа и состоит из двух постоянных магнитов, в поле которых находится резонатор с протекающим по нему переменным током.
Система съема колебаний – емкостного типа и представляет собой четыре пленочных электрода, образующих с наружной поверхностью резонатора электрические емкости.
Схема работает в режиме автоколебаний на частоте собственных колебаний резонатора.
Выходным сигналом датчика является частота (период) следования выходных импульсов напряжения, поступающих от усилителя. Форма импульсов – прямоугольная, положительной полярности.
Геометрия резонатора, выполненного из металла, сильно зависит от температуры окружающей среды, следовательно, выходной сигнал также будет сильно зависит от температуры окружающей среды. Для уменьшения погрешности от температуры окружающей среды резонатор термостатирован. Датчик снабжен встроенной системой термостатирования, состоящей из датчика температуры ДТ, схемы управления УТ и нагревательного элемента НЭ.Сигнал разности температур резонатора и заданной температуры термостата усиливается усилителем тока и подается на нагревательный элемент, изменяющий подачу тепла к резонатору. Температура термостатирования устанавливается при сборке датчика.
Рис.19. Устройство датчика ДВБЧ-У
Устройство измерительного преобразователя давления в частоту с термостабилизацией чувствительного элемента резонаторного типа приведено на рис19.
Цилиндрический резонатор 15 своим открытым концом соединяется с корпусом 4 сварным швом, а донышко его через плоскую токопроводящую пружину 11 и пластинчатый изолятор с крышкой 7. Постоянные магниты 13 и керамические обкладки 14 с пленочными электродами установлены в цилиндрическом вкладыше 7 и фиксированы в нем запорными пружинами 12. Вкладыш 8 установлен на корпусе 4 и фиксирован на нем винтами. Измерительный преобразователь закрыт кожухом 6 и крышкой 9, на которой размещены гермовводы для соединения с электронной схемой и штенгель 10 для вакуумирования полости вокруг резонатора 15.
Для подачи измеряемого давления во внутреннюю полость резонатора к основанию 2 приварен штуцер 1. Корпус 4 и основание 2 выполнены из разных деталей для улучшения подвески резонатора.
Нагревательные элементы термостата включены параллельно, один из которых выполнен на металлическом кольце, одетым на кожух 6. На этом же кольце располагается терморезистор преобразователя температуры ТД, электрически соединенный в мостовую схему с тремя постоянными резисторами. Второй нагревательный элемент установлен на входном штуцере внутри основания. Измерительный преобразователь снаружи закрыт теплоизолятором 3.