Tlak - student-spst

Snímače tlaku
Zakladnı pojmy
F
Definice tlaku:
Sıla pusobıcı kolmo na jednotku plochy
F
p=
[Pa, N, m2]
S
atmosfericky tlak
Podtlak
absolutnı
tlak
tlakova
diference
Pr etlak
p
absolutnı nula
2
t
Rozdů lenı tlakomů ru
F
Podle merený ho tlaku
G
G
G
G
F
manometry - pretlak
barometry - atmosfe ricky tlak
vakuometry - podtlak
diferenc nı tlakomá ry - tlakova diference
Podle principu
G
G
G
kapalinove
pıstove
deformac nı
3
Deformacnı tlakomů ry s mech. vy stupem
F
Princip
G
F
Prevod tlaku na sılu, ktera zpusobı pruznou deformaci
tlakomá rne ho c lenu
Druhy tlakomernych c lenu
membrana
vlnovec
bourdonova trubice
4
Tlakomů rne cleny
F
Membrana
G
G
G
G
G
G
G
F
Vlnovec
G
G
G
G
F
tenka pruzna deska kruhove ho tvaru
soustredne vlny (linearita, pruznost)
uzavrena v prırubach
vyztuzena strednı c ast
material - pryz, nerezova ocel, tombak, kremık
má ricı rozsah - 1 kPa az 1MPa
maly zdvih
kovova trubice vyvalcovana do vln
material - nerezova ocel, tombak
má ricı rozsah - do 25MPa
vá tsı zdvih
Bourdonova trubice
G
G
G
ovalny nebo elipticky prurez
material - nerezova ocel, tombak
nejvyssı tlaky
5
Deformacnı tlakomů ry s el. vy stupem
F
deformac nıc len + prevodnık (sıla → el. velic ina)
G
Tenzometry (snımac e mechanicke ho namahanı)
ó
ó
ó
ó
G
odporove
kapacitnı
piezoelektricke
opticke
Odporove tenzometry
rozdů lenı
6
Odporove kovove tenzometry
Dratový tenzometry
Foliový tenzometry
Tenzometry s volnou mr ızkou
nelepı se na objekt
do pruzne ho c lenu jsou vetknuty izol. kolıc ky
(safır)
mezi kolıc ky je ná kolik zavitu odpor. dratku
vyhoda - nezkresleny prenos deformace z
objektu na senzor
Lepene fol. tenzometry (obr. b)
tenke kovove folie (5µm)
nosne izolac nı podlozky (napr.
polyamid tl. 20 µm)
nejpouzıvaná jsı kovove tenzometry
realizace na membraná (rozeta)
Vrstvový tenzometry
Tenzometry lepene (obr. a)
odporovy dratek je prilepen k izolac nı podlozce Naprasovane tenzometry (obr. c)
izolac nı podlozka se lepı na silomá rny c len
vytvoreny na tlakomá rne m c lenu
dielektricka vrstva
kovova vrstva
vytvorenı tenzometru fotolitograf.
7
cestou
a)
b)
c)
Odporove polovodicove tenzometry
Vlastnosti
velkacitlivost
teplotnı zavislost odporu
snadnaintegrace do silomů rneho clenu
Monokrystalický lepený tenzometry
destic ka z monokrystalu kremıku
tenzometr se lepı na silomá rny c len
Snımac tlaku se silomernym c lenem
tlakomá rny c len - vlnovec (1)
silomá rny c len - vetknuty nosnık (2)
nalepene tenzometry (3)
nevy hody - mechanicke prvky, zkresleny
prenos deformace na tenzometry
nahrada c idly s difundovany mi tenzometry
8
Polovodicove difundovane tenzometry
Princip
G
G
G
tenkaSi membrana - tlakomá rny c len + tenzom.
prevodnık
do mıst namahanych na tlak a tah jsou difundovany
tenzometry
struktura difundovane ho tenzometru
Polykrystalický tenzometry
G
G
naprasovanı polovodic ove ho tenzometru
pouzitı pro nenaroc ne aplikace (dom. spotrebic e,
automobilovy prumysl)
9
Mů r icı obvody pro odporove tenzometry
Stejnosmů rne mu stky
nejpouzıvaná jsı metody
nevyhody - drift ss zesilovac u, vznik termoelektricke ho napá tı
Odvozenı vystupnıho napá tı mustku
 R4
R2 
R ⋅R −R ⋅R
 = UN ⋅ 1 4 2 3
−
UV = UN ⋅ 
(R3 + R4 ) ⋅ (R1 + R2 )
 R3 + R4 R1 + R2 
R1
R3
Uv
R2
UN
R4
10
Mů r icı obvody pro odporove tenzometry III
Vy hody zapojenı se ctyr mi tenzometry (plny mu stek)
ó minimalizace nelinearity
ó citlivost (c tyrnasobna)
ó chyba vlivem teploty je nulova (stejne tenzometry)
ó minimalnı chyby vlivem odporu prıvodu
ó vliv R prıvodu lze potlac it napajenım ze zdroje I
Str ıdave mu stky
odstraná nı nestalost nuly stejnosmá rnych zesilovac u
odstraná nı nezadoucıch termoelektrickych napá tı
nevyhody - vliv parazitnıch impedancı
Mů r icı obvody s proudovy mi zdroji
proud nesmı vytvaret velkou vykonovou ztratu
pouzitı monoliticke ho IO napr. XTR101 , ktery
obsahuje:
o dva zdroje proudu
o rozdılovy zesilovac
o pr
evodnık na unifikovany signal
UV
+ε
I
-ε
Rε
Rε
I
13
Provedenı snımace tlaku
1
2
3
4
5
6
7
oddá lovacı membrana
kapalinova napln
prıruba
c idlo tlaku
pouzdro
zdroj proudu
prıvodnı kabel
1 kremıkova membrana
2 pouzdro
3 vyvody
14
Foto snımacu tlaku
15
Kapacitnı snımace tlaku
Princip
G
G
G
prevod tlaku na kapacitu má ricıho kondenzatoru
elektrody:
predpjata kovova membrana (uzemná no)
pevna elektroda na izolac nım podkladu
zmá na tlaku má nı vzduchovou mezeru kondenzatoru
Vlastnosti
G
G
nelinearita (zmá na vzduch. mezery), nehomogennı pole
teplotnı zavislost zpusobena dilatacı elektrod
Pouzitı
G
G
G
snımac e tlakove diference - kompenzace negativnıch vlivu
velka rozlisovacı schopnost
vysoka pretızitelnost
16
Kapacitnı snımace tlaku s oddů lovacı kapalinou
M
I
OM
K
membrana - strednı elektroda
izolant (sklo)
oddá lovacı membrana
kapalinova napln (silikonovy
olej)
Má ricı kondenzator:
ó strednı membrana
ó pevne elektrody na izolantu - mech.
zarazka proti pretızenı
Membrana je v prostoru vyplná ne m
silikonovym olejem K
17
Optoelektronicke deformacnı snımace
Snımac s optoelektronickym clonicım senzorem
Princip
zdroj IR ozaruje refer. (AR ) i aktivnı fotodiodu (AX )
clonka má ricı membrany zastinuje aktivnı fotodiodu
má reny tlak je ň má rny UX/UR
pomá rne má renı potlac uje vliv:
kolısanı intenzity zdroje
starnutı souc astek (zmá na citlivosti diod)
tepelnych efektu
inteligentnı snımac obsahuje:
A/D prevodnık s dvojı integracı
kompenzaci nelinearity diod tabulkou (PROM)
19
Snımac tlaku s opticky mi vlakny
Princip
G
G
G
G
G
zmá na ň tlumu opticke ho vlakna pri
mikroohybech vyvolanych tlakem
ohyby má nı geometrii rozhranı plas - jadro
a zvysujı ň tlum
optimalnı roztec zubu hrebınku (pri ∅ vlakna
60µm) je 3 mm
vychylka x je radová v jednotkach µm
snımac e jsou vhodne do teploty cca 400 °C
20
®
XTR101
Precision, Low Drift
4-20mA TWO-WIRE TRANSMITTER
FEATURES
APPLICATIONS
● INSTRUMENTATION AMPLIFIER INPUT
Low Offset Voltage, 30µV max
Low Voltage Drift, 0.75µV/°C max
Low Nonlinearity, 0.01% max
● INDUSTRIAL PROCESS CONTROL
Pressure Transmitters
Temperature Transmitters
Millivolt Transmitters
● TRUE TWO-WIRE OPERATION
Power and Signal on One Wire Pair
Current Mode Signal Transmission
High Noise Immunity
● RESISTANCE BRIDGE INPUTS
● THERMOCOUPLE INPUTS
● RTD INPUTS
● CURRENT SHUNT (mV) INPUTS
● PRECISION DUAL CURRENT SOURCES
● DUAL MATCHED CURRENT SOURCES
● WIDE SUPPLY RANGE: 11.6V to 40V
● –40°C to +85°C SPECIFICATION RANGE
● AUTOMATED MANUFACTURING
● POWER/PLANT ENERGY SYSTEM
MONITORING
● SMALL 14-PIN DIP PACKAGE, CERAMIC
AND PLASTIC
DESCRIPTION
The XTR101 is a microcircuit, 4-20mA, two-wire
transmitter containing a high accuracy instrumentation amplifier (IA), a voltage-controlled output current
source, and dual-matched precision current reference.
This combination is ideally suited for remote signal
conditioning of a wide variety of transducers such as
thermocouples, RTDs, thermistors, and strain gauge
bridges. State-of-the-art design and laser-trimming,
wide temperature range operation and small size make
it very suitable for industrial process control applications. In addition, the optional external transistor allows even higher precision.
The two-wire transmitter allows signal and power to
be supplied on a single wire-pair by modulating the
power supply current with the input signal source. The
transmitter is immune to voltage drops from long runs
and noise from motors, relays, actuators, switches,
transformers, and industrial equipment. It can be used
by OEMs producing transmitter modules or by data
acquisition system manufacturers.
IREF1
Optional
External
Transistor
IREF2
10
e1
3
+VCC
11
–
8
5
(1)
12
XTR101
Span
B
6
e2
4
+
(1)
13
1
2
14 7
9
E
IOUT
Optional
Offset Null
NOTE: (1) Pins 12 and 13 are used for optional BW control.
International Airport Industrial Park • Mailing Address: PO Box 11400, Tucson, AZ 85734 • Street Address: 6730 S. Tucson Blvd., Tucson, AZ 85706 • Tel: (520) 746-1111 • Twx: 910-952-1111
Internet: http://www.burr-brown.com/ • FAXLine: (800) 548-6133 (US/Canada Only) • Cable: BBRCORP • Telex: 066-6491 • FAX: (520) 889-1510 • Immediate Product Info: (800) 548-6132
©
1986 Burr-Brown Corporation
PDS-627G
Printed in U.S.A. October, 1993
2mA
0.9852mA
1.0147mA
1.8kΩ
–
R
R
LM129
6.9V
Voltage
Ref
300Ω
R
RS
XTR101
R
+
0.01µF
4.7kΩ
FIGURE 14. Bridge Input, Voltage Excitation.
1mA
2mA
R
R
300Ω
+
–
XTR101
RS
–
Type J
–
R
R
This circuit has down
scale burn-out indication.
1mA
15Ω
20Ω
RTD
100Ω
RS
XTR101
Zero
Adjust
J
+
+
2.2kΩ
2.5kΩ
FIGURE 15. Bridge Input, Current Excitation.
1mA
FIGURE 16. Thermocouple Input with RTD Cold Junction
Compensation.
1mA
This circuit has down
scale burn-out indication.
1mA
2kΩ
+
–
Type J
+
–
51Ω
20Ω
RS
XTR101
20Ω
15Ω
RS
XTR101
Zero
Adjust
2.5kΩ
2.5kΩ
FIGURE 17. Thermocouple Input with Diode Cold Junction
Compensation.
FIGURE 18. Thermocouple Input with RTD Cold Junction
Compensation.
®
XTR101
RTD
100Ω
– –
+
+
Zero
Adjust
This circuit has up
scale burn-out indication.
1mA
12