Расчет пьезоэлектрического датчика давления
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
Московский Авиационный Институт
( Государственный Технический Университет)
Факультет №3
Системы управления, информатика и электроэнергетика
Кафедра 303
Авиационных приборов и измерительно-вычислительных комплексов
Курсовой проект по Физические основы получения информации
Тема: Расчет пьезоэлектрического датчика давления
Работу выполнил студент группы 03-306:
Баранов Е.Ю.
Работу принял преподаватель:
Кармазина Ю.Т.
Содержание
Введение
Давление и основные понятия
Единицы измерения давления
Измерение давления
Особенности эксплуатации приборов для измерения давления
Методы преобразования давления
Введение
давление измерительный манометр преобразователь
Давление является одним из важнейших физических параметров, и его измерение необходимо как, например, для определения расхода, количества среды, так и в технологических целях, например для контроля и прогнозирования безопасных и эффективных гидравлических режимов работы напорных трубопроводов, а также для применения в автоматизированных системах с частотными преобразователями со встроенными автоматическими регуляторами в замкнутом контуре управления для изменения оборотов электроприводов насосов.
Для прямого измерения давления жидкой или газообразной среды с отображением его значения непосредственно на шкале, табло или индикаторе первичного измерительного прибора применяются, например, манометры. Если отображение значения давления на самом первичном приборе не производится, но он позволяет получать и дистанционно передавать соответствующий измеряемому параметру сигнал, то такой прибор называют измерительным преобразователем давления (ИПД) или датчиком давления. Возможно объединение этих двух свойств в одном приборе.
Измерительные приборы давления классифицируются по принципу действия и конструкции, по виду измеряемого давления, по применению и назначению, по типу отображения данных и другим признакам.
По виду измеряемого давления приборы подразделяются для измерения избыточного и абсолютного давления - манометры, разрежения - вакуумметры, давления и разрежения - мановакуумметры, атмосферного давления - барометры и разностного давления - дифференциальные манометры (дифманометры). Манометры, вакуумметры и мановакуумметры для измерения небольших (до 20-40 кПа) давлений газовых сред называют соответственно напоромерами, тягомерами и тягонапоромерами, а дифманометры с таким диапазоном измерения - микроманометрами.
По способу обработки и отображения измеряемого давления ИПД подразделяют на первичные (формируют для дистанционной передачи выходной сигнал, соответствующий измеряемому давлению) и вторичные (получают сигнал от первичных преобразователей, обрабатывают его, накапливают, отображают и передают на более высокий уровень измерительной системы).
Особенности развития ИПД заключается в их интеллектуализации на базе микроэлектронной технологии и микропроцессорной техники, предполагающей передачу части функций системы управления вторичным преобразователям, а некоторых традиционных функций вторичных преобразователей - первичным.
Известны многие способы преобразования давления в электрический сигнал, но только некоторые из них получили широкое применение в общепромышленных ИПД. По принципу действия или способу преобразования измеряемого давления в выходной сигнал первичные ИПД подразделяются прежде всего на деформационные и электрические. При этом в деформационных ИПД перемещения чувствительного элемента (ЧЭ) трансформируются с помощью дополнительных промежуточных механизмов и преобразователей в электрический или электромагнитный сигнал. В электрических ИПД при измерении давления изменяются ЧЭ собственные электрические параметры: сопротивление, емкость или заряд.
Современные общепромышленные ИПД реализованы на основе емкостных (используют ЧЭ в виде конденсатора с переменным зазором: смещение или прогиб под действием прилагаемого давления подвижного электрода-мембраны относительно неподвижного изменяет емкость ЧЭ), пьезоэлектрических (основаны на зависимости поляризованного заряда или резонансной частоты пьезокристаллов от давления или тензорезисторных (используют зависимость активного сопротивления проводника или полупроводника от степени его деформации) принципах действия. Также получили развитие и другие принципы создания ИПД: волоконно-оптические, гальваномагнитные, объемного сжатия, акустические, диффузионные и т.д.
Давление и основные понятия
Давление характеризует напряженное состояние жидкостей и газов в условиях всестороннего сжатия и определяется частным от деления нормальной к поверхности силы на площадь этой поверхности
р= N \F (1.1)
где р - давление; N- нормальная сила, действующая на поверхность; F -площадь поверхности.
При этом принимается, что нормальная сила, равномерно распределена на поверхности, а в жидкости или газе отсутствуют касательные напряжения. Так как действующая сила всегда перпендикулярна к поверхности все зависимости от ее расположения, то давление является скалярной величиной.
Понятие давления как физической величины во всех ее проявления едино. Вместе с тем, во многих естественных природных явлениях в различных