Деформационные чувствительные элементы. Сенсоры давления на их основе.

Наиболее известными деформационными чувствительными элементами являются деформационные чувствительные элементы для измерения температуры, силы и давления.

При измерениях давления жидкости или газа в качестве чувствительных элементов часто используют механические устройства, которые деформируются под действием давления. Наиболее употребительные из них – трубки Бурдона, сильфоны и упругие мембраны

Трубка Бурдона (рис. 2.4, а) – это пустая внутри упругая трубка с овальным или прямоугольным (но только не круговым) сечением, согнутая в кольцо. Свободный конец трубки герметически закрыт, а другой конец механически закреплен и соединен с объемом, в котором измеряется давление. Когда давление внутри трубки превышает внешнее давление, то оно распинает трубку, она начинает раскручиваться – тем больше, чем больше измеряемая разность давлений. Принцип этот используется и в известной детской игрушке – скрученном резиновом или бумажном " языке", который при надувании раскручивается, значительно удлиняясь. Движение свободного конца трубки через соответствующий механизм передается на стрелку (для оптического считывания) или на ползунок потенциометра либо конденсатора переменной емкости (для превращения в электрический сигнал). Одна из возможных конструкций манометра показана на рис. 2.4, г. Здесь 1 - свободный конец трубки Бурдона, 2 и 3 - передаточный механизм, 4 – стрелка, 5 – шкала давлений.

а и г – трубка Бурдона; б и д – сильфон;

в – мембрана

Сильфон (рис. 2.4, б, д) – это эластичная гофрированная трубка, внутри и извне которой создаются разные давления: одно из них – измеряемое, другое – опорное. Чем больше превышение давления внутри

над давлением извне сильфона, тем больше

он растягивается. Благодаря гофрированным складкам деформация сильфона не приводит

к потере герметичности. К подвижному торцу сильфона прикрепляют шток, который превращает деформацию сильфона в линейное перемещение. Сильфоны чаще применяют в сенсорах дифференциального давления. Иногда их используют также и как деформационный чувствительный элемент, реагирующий на приложенную силу. Для этого в недорогих весах и динамометрах сильфон герметически закрывается с обеих сторон.

Мембрана (рис. 2.4, в) – тонкая упругая гибкая перегородка между двумя объемами с разным давлением. Мембрана выгибается в сторону объема с меньшим давлением, причем ее перемещение тем больше, чем больше разность давлений. Диапазон измеряемой разности давлений зависит от коэффициента упругости мембраны. К месту наибольшего прогиба крепят шток, который превращает деформационный сигнал в линейное перемещение и приводит в действие механизм отсчета дифференциального давления.