Выбор датчика давления

Среди микроэлектронных датчиков давления наибольшее распространение получили датчики, основанные на тензорезисторном эффекте, состоящем в изменении сопротивления материала в функции механического напряжения. Для моей САУ подходит толстопленочный датчик давления на керамике. Основным критерием выбора среди таких датчиков становится рабочее давление, которое должно содержать в себе максимальное давление оказываемое на датчик в процессе работы. В качестве такого датчика давления можно взять DSG 200.

Технические характеристики датчика давления

- рабочее давление, кПа 60-550

- выходное напряжение при давлении

5 кПа, В 4

кПа, В 12

колебание выходного сигнала , % 0.15

эквивалентное сопротивление по цепи питания, кОм 2

Расчет передаточной функции датчика давления

Передаточная функция такого датчика давления имеет вид

(34)

где: Кд=0.022 (В/кПа) - передаточный коэффициент керамической мембраны.

Таким образом передаточная функция датчика давления примет вид:

(35)

Расчет датчика давления

В основе работы тензорезистора лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении активного сопротивления проводников при их механической деформации. Характеристикой тензоэффекта материала является коэффициент относительной тензочувствительности k, определяемы как отношение изменения сопротивления к изменению длины проводника:

(36)

где: - относительное изменение сопротивления;

- относительное изменение длины.

При деформации твердых тел изменение их длины связано с изменением объема, причем изменение объема в зоне упругих деформаций для каждого материала постоянно и характеризуется коэффициентом Пуассона

(37)

где: - относительная поперечная деформация;

b - поперечный размер проводника квадратного сечения, мм.

В этом случае:

(38)

Учитывая, что

, (39)

получаем

, (40)

Коэффициент тензочувствительности в общем случае определяется как

=(1+2μ)+m, (41)

где изменение удельного сопротивления проводника

(42)

Так как для системы был выбран неметаллический датчик давления, можно считать, что k≈m. Согласно справочным, сданным коэффициент тензочувствительности для кремниевого элемента составляет 100-120.

Геометрические параметры чувствительного элемента определяются несколькими параметрами, среди которых: прочностные характеристики тензоэлемента, ограничение базы решеток пределами от 0.7 до 10 мм, деформируемостью материала.

Исходя из условия ограничения относительного сопротивления тензорестора и относительной деформации материала можно получить

(43)

Выбранный тензорезистор относится с высокоомному, с сопротивлением 2 кОм. Тогда задавая значение деформации для кремниевого материала 2*10-3 м/м, получим . Т.о. имеем зависимость размера чувствительного элемента от его максимальной деформации (примем =0.02, что вполне достаточно для измерения заложенного в ТЗ давления) из которой b=10 мм. Данное число вполне укладывается в допустимые рамки для кремниевого материала.

Статья в тему

Система передачи дискретной информации
Система передачи дискретной информации (ПДИ) как и любая система связи включает в себя в общем виде передатчик, канал связи и приемник. Передатчик обеспечивает преобразование сообщения-оригинала в сигнал, канал переносит этот сигнал из одной точки пространства в другую в помехоактивной среде, приемн ...