Устройство и работа составных частей измерительного преобразователя «Сапфир-22 ДИ».

Заметим, что все измерительные преобразователи типа «Сапфир-22», предназначенные для измерения различных параметров, состоят из измерительного блока, и электронного устройства.

Преобразователи различных параметров (избыточного, вакуумметрического, гидростатического давлений и перепада давлений) состоят из унифицированного электронного устройства и измерительного блока, конструкция которого отличается у различных моделей.

Воздух, газ или жидкость (измеряемые среды), давление которых измеряется, подается в камеру измерительного блока и линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента, что приводит к изменению электрического сопротивления резисторов тензорезисторного преобразователя, расположенного в измерительном блоке.

Электронное устройство преобразует изменение сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя в унифицированный аналоговый токовый сигнал.

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с напыленными на нее кремниевыми пленочными тензоризисторами (структура КНС – кремний на сапфире), объединенными в мостовую схему, прочно соединенная с металлической мембранной тензопреобразователя.

Рассмотрим устройство измерительного преобразователя “Сапфир-22ДИ” (рис. 1).

Рис. 1. Схема устройства измерительного преобразователя

«Сапфир-22ДИ»:

1 - электронное устройство; 2 – гермоввод;

3 - мембранный тензопреобразователь;

4 - внутренняя полость; 5 – фланец;

6 - металлическая гофрированная мембрана;

7 - входная мембрана; 8 – прокладка;

9 – основание; 10 – полость; 11 - измерительный блок

Мембранный тензопреобразователь 3 размещен внутри основания 9. Внутренняя полость 4 тензопреобразователя заполнена кремнийорганической жидкостью, отделенной от измеряемой среды металлической гофрированной мембраной 6, приваренной по наружному контуру к основанию 9. Полость 10 преобразователя сообщается с окружающей атмосферой.

Измеряемая среда под давлением подается в камеру 7 фланца 5. Фланец 5 уплотнен прокладкой 8.

Давление измеряемой среды воздействует на мембрану 6 и через кремнийорганическую жидкость на мембрану тензопреобразотеля, вызывая ее прогиб и, как следствие, изменение геометрических размеров тензорезисторов и, следовательно, их сопротивлений. Тензорезисторы чувствительного элемента преобразователя соединены в мостовую схему (четырехплечный мост из пленочных тензорезисторов), рис. 2.

Рис. 2. К пояснению работы мостовой схемы тензопреобразователя

Напомним условие равновесия мостовой схемы.

Если произведение сопротивлений противоположных плеч равны друг другу, то говорят, что мост находится в равновесии:

R1 · R3 = R2 · R4

Это означает, что измерительной диагонали (АС) напряжение равно нулю. Если тензорезисторы расположить на пластине монокристалла сапфира так, чтобы при ее прогибе под воздействием измеряемого давления менялось бы пара сопротивлений, например R1 и R3 или R2 и R4, то мостовая схема будет выходить из равновесия и на ее измерительной диагонали будет появляться напряжение, пропорциональное величине измеряемого давления.

Электрический сигнал от тензопреобразователя измерительного блока 1 по проводам через гермоввод 2 подается в электронное устройство 1. Элементы 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 измерительного преобразователя «Сапфир-22 ДИ» образуют в совокупности его измерительный блок 11.

Существует две модели измерительного блока «Сапфир-22-ДД»: c двумя и с четырьмя мембранами.

На рис. 3, а представлена конструкция моделей «Сапфира-22-ДД», которая содержит две измерительные мембраны.

В трубопровод 14 встроено стандартное сужающее устройство 9. Измеряемая среда 15 под давлением Р₁ перед сужающим устройством и давлением Р₂ (Р₁ >> Р₁) после сужающего устройства через соединительные трубки 16 (длиной от 0,5 – 15 м) поступает в камеры измерительного блока 12 и 7 и вызывает прогиб измерительных мембран 8. Мембраны приварены по наружному контуру к основанию 9 и соединены между собой центральным штоком 6. Шток с помощью тяги 5 связан с концом рычага тензопреобразователя 4. Фланцы 10 уплотнены прокладками 3. Как Вы уже знаете, чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с напыленными на нее кремниевыми пленочными тензоризисторами (структура КНС – кремний на сапфире), объединенными в мостовую схему, прочно соединенная с металлической мембранной тензопреобразователя. Деформация мембраны тензопреобразователя вызывает прогиб пластины кремния, изменение геометрических размеров тензорезисторов и, следовательно, их сопротивлений. В измерительной диагонали мостовой схемы появится напряжение, пропорциональное величине измеряемого давления. Электрический сигнал от тензопреобразователя измерительного блока по проводам через гермоввод 2 подается в электронное устройство 1, где преобразуется в унифицированный аналоговый электрический сигнал 0 – 5 мА, 0 – 20 мА или 4 - 20 мА.

На рис. 3, б представлена конструкция моделей «Сапфира-22-ДД», которая отличается только тем, что содержит две разделительные мембраны 11 и две измерительные мембраны 7, полость 10 заполнена кремнийорганической жидкостью.

Измерительный блок преобразователя типа «Сапфир-22 ДД» любых моделей допускает односторонние перегрузки в пределах измеряемых значений.

Схемы преобразователей перепада (разности) давлений различных моделей типа «Сапфир-22 ДД» приведены на рис. 3.
	Рис. 3. Схема преобразователя «Сапфир-22 ДД» модель 2410, 2420, 2430, 2440 а и преобразователя «Сапфир-22 ДД» моделей 2450, 2460 б: