Snímače tlaku a mechanických veličin

Vlnovcové tlakoměry se používají pro měření přetlaků a tlakových diferencí do 0,4 MPa. Tlakoměrným prvkem je tenkostěnný kovový měch - vlnovec, který je umístěn v pouzdře, do něhož je přiváděn měřený tlak. Deformace vlnovce se přenáší táhlem na ukazovatel. Odolnost proti deformaci (tuhost vlnovce) lze snadno zvětšit vložením pružiny. Dojde tak úpravě charakteristiky a měřicího rozsahu tlakoměru. V případě měření tlakové diference se větší tlak přivádí do pouzdra, menší do vlnovce. Někdy se místo kovového měchu používá měchu z umělé hmoty (např. teflonu); funkci deformačního prvku pak zcela přebírá pružina.

Hlavní použití kovových vlnovců s pružinou je v regulační technice, kde se jich používá v pneumatických vysílačích, převodnících, přijímačích apod.

Kapacitní snímače tlaku

Základem kapacitního snímače je dvou nebo víceelektrodový systém, jehož parametry se mění v důsledku působení měřené neelektrické veličiny. Uvažujeme-li jednoduchý deskový kondenzátor, bude pro jeho kapacitu C platit

kde je S plochá elektrod, d vzdálenost elektrod, ε0 permitivita vakua, εr poměrná permitivita. Působením neelektrických veličin se může u kapacitního snímače měnit vzdálenost mezi deskami, plocha desek nebo dielektrikum.

Pro měření tlaku se využívá kapacitního snímače, u něhož dochází ke změně vzdálenosti mezi deskami. Např. jedna elektroda kondenzátoru je pevná a druhá je tvořena membránou, jež mění svou polohu v důsledku působení měřeného tlaku. Uvažujeme-li, že ve vztahu se mění je d, a tím ostatní veličiny zahrneme do konstanty k1, pak dostaneme

Obr. 4.21 Kapacitní snímač

Jak je patrno z průběhu charakteristikyje průběh charakteristiky nelineární. Poněvadž se jedná o hyperbolickou závislost, budou změny kapacity, a tím i citlivost, největší při malých mezerách d.

Na obrázku je membránový senzor tlaku, pracující na principu diferenčního kapacitního senzoru. Tento senzor se využívá při vyhodnocování tlakového rozdílu při měření průtoku tekutin škrticími orgány.

Snímače s odporovými tenzometry

Hookův zákon: σ = ε * E,

kde σ je mechanické napětí, ε relativní prodloužení(ΔI/I), E modul pružnosti

Tenzometry dělíme na dvě hlavní skupiny, kovové a polovodičové. Kovové dělíme dále na drátové(d=10-40μm), fóliové(tl.=1-10μm) a napařované. Mezi polovodičové patří monokrystaly a difúzní odpory.

Podložka zprostředkovává přenos deformace z povrchu na vlastní čidlo + elektroizolace speciální lepidla <=> zanedbatelné zkreslení měření

Polovodičové tenzometry mají různé tvary:

a) jednoduchý

b) tvar U

c) dvojitý

d) můstek

e) křížový

f) terčový

g) sdružený

Odporový tenzometr je odporový senzor, u něhož se využívá tzv. piezorezistivního jevu. Při mechanickém namáhání v oblasti pružných deformací dochází u kovových vodičů nebo polovodičů ke změnám jejich elektrického odporu. Pružnými deformacemi rozumíme takové síly, které působí v mezích platnosti Hookova zákona a jsou zpravidla vyvolány tlakem nebo tahem.