Электрический компонент преобразователя давления, отвечающий за измерение давления, обычно представляет собой тензорезистор. Тензорезистор — это чувствительное устройство, которое преобразует давление, приложенное к измеряемому объекту, в электрический сигнал. Двумя наиболее широко используемыми типами тензорезисторов являются металлические тензорезисторы и полупроводниковые тензорезисторы. Тензорезисторы из металла подразделяются на тензорезисторы проволочного-типа и тензорезисторы из металлической фольги-типа. Обычно тензорезистор прочно прикрепляется-с помощью специального клея- к подложке, подвергающейся механической нагрузке. Когда подложка подвергается воздействию силы и испытывает изменение напряжения, тензорезистор одновременно деформируется; эта деформация изменяет значение электрического сопротивления датчика, тем самым вызывая соответствующее изменение напряжения, приложенного к резистору.
Датчик давления является одним из наиболее часто используемых типов датчиков в промышленной практике. Он широко применяется в самых разных средах промышленной автоматизации, охватывающих множество секторов, таких как водное хозяйство и гидроэнергетика, железнодорожный транспорт, интеллектуальные здания, автоматизация производства, аэрокосмическая промышленность, оборона, нефтехимия, нефтяные скважины, электроэнергетика, морское машиностроение, станки и трубопроводные системы.
Датчики давления делятся на две большие категории: электрические и пневматические. Электрические датчики давления выдают стандартизированные выходные сигналы в виде электрических сигналов постоянного тока-обычно 0–10 мА, 4–20 мА или 1–5 В. Пневматические датчики давления выдают стандартизированный выходной сигнал в виде давления газа, обычно в диапазоне от 20 до 100 Па.
В зависимости от лежащих в их основе принципов преобразования датчики давления можно разделить на различные типы, в том числе датчики с балансировкой сил (или крутящего момента), емкостные, индуктивные, датчики-тензодатчиков- и частотные-датчики. В следующих разделах представлен краткий обзор принципов, конструктивных решений, эксплуатационных процедур, требований к техническому обслуживанию и методов калибровки, связанных с несколькими типами датчиков давления (и перепада давления).
Основной функцией датчика давления является передача сигналов давления на электронное оборудование, что позволяет отображать значение давления на компьютерном интерфейсе. Принцип его работы можно в общих чертах описать следующим образом: он преобразует сигнал механического давления,-например, давления воды-, в электрический сигнал (например, 4–20 мА). Между давлением и величиной выходного напряжения или тока существует линейная зависимость; обычно эта зависимость прямо пропорциональна. Следовательно, выходное напряжение или ток передатчика увеличивается по мере повышения давления, тем самым устанавливая функциональную взаимосвязь между давлением и соответствующим напряжением или током. В датчике давления два входа давления измеряемой среды направляются в отдельные камеры высокого-давления и низкого{11}}давления-, причем в камере низкого-давления обычно используется либо атмосферное давление, либо вакуум. Эти давления действуют на изолирующие диафрагмы, расположенные по обе стороны чувствительного элемента; силы давления затем передаются через эти изолирующие диафрагмы и внутреннюю заполняющую жидкость на измерительную диафрагму, расположенную между ними.
Датчик давления сконструирован таким образом, что центральная измерительная диафрагма вместе с электродами, расположенными на изолирующих пластинах с обеих сторон, образует два отдельных конденсатора. Когда давления на обеих сторонах неравны, измерительная диафрагма смещается; величина этого смещения прямо пропорциональна перепаду давления. Следовательно, значения емкости с двух сторон становятся неравными, и эта разница впоследствии обрабатывается посредством стадий генерации и демодуляции.