Емкостные датчики давления для охранных систем мониторинга и прогнозирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пензенский государственный университет в г. Пензе

Емкостные датчики давления для охранных систем мониторинга и прогнозирования

Зинкин С.В.

Кандидат технических наук

Для осуществления антитеррористической и правоохранительной деятельности на промышленных предприятиях, режимных объектах применяются локальные и комплексные системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций, ликвидации последствий экологических и техногенных катастроф, использующие различные датчики [1, С. 9], [2, C. 18].

Качество работ систем измерений, контроля, управления различного назначения в значительной степени определяется уровнем точностных и эксплуатационных характеристик первичных преобразователей (датчиков) [3, С. 23].

В настоящее время для измерения различных физических величин возможно использование самых разнообразных (около 400) физических явлений и соответствующих им принципов преобразования.

Большие сложности практической реализации датчиков на многих принципах связаны с их чувствительностью не только к измеряемой величине, но и к параметрам окружающей среды, не подлежащим измерению с их помощью. По этой причине в настоящее время наиболее широко используется только 15-30 принципов преобразования, которые в силу технологических и технических факторов обеспечивают наилучшее соотношение между чувствительностью к измеряемой величине и устойчивостью к влияющим факторам [10, С. 111, 121, 134].

При этом наибольшему числу предъявляемых практикой требований отвечают датчики емкостного принципа действия (см. табл.1, 2).

Таблица 1. Универсальность принципов преобразования

Примечания: «+» используется, «++» использование предпочтительное, «-» использование нецелесообразное [10, С. 121, 134, 145, 155].

Для емкостных датчиков физических величин свойственны непременно высокая термоустойчивость, неизменность метрологических характеристик во времени, отсутствие шумов и самонагрева. Емкостные датчики рациональных конструкций исключительно просты.

Емкостные датчики могут использоваться для преобразования статико-динамического давлений жидких и газообразных средств в системах измерений, контроля и управления различного назначения, в том числе и специальной технике.

Тонкопленочные дифференциальные емкостные датчики актуальны и позволяют решить проблемы измерения давления в широком диапазоне внешних воздействующих факторов при испытаниях изделий специального назначения нового поколения, работающих на криогенных и агрессивных средах.

Поставленные требования предписывают определенные лимитирования на конструкцию, параметры и методы расчета датчика.

Условия работоспособности датчика при влиянии вибраций обуславливает конструирование датчика с высокой собственной частотой, лежащей за пределами частотного диапазона вибраций, а также меры, обеспечивающие механическую прочность и неизменность показаний датчика. Это относится и к линейным перегрузкам.

Таблица 2. Основные направления создания датчиковой аппаратуры

Работа под влиянием высокой влажности, агрессивных газов или жидкостей предопределяет конструкцию датчика с герметичным коррозиестойким корпусом, подбор соответствующих материалов и покрытий.

При влиянии на датчик температур, изменяющихся в широком диапазоне (-196…+250 0С), возникает трансформация геометрических размеров и упругих свойств механических элементов. В итоге варьируется чувствительность датчика к измеряемой величине, образуется погрешность преобразования. Исключение влияние температуры на преобразование осуществляется повышением чувствительности к измеряемой величине и снижением чувствительности к дестабилизирующему моменту, каким является температура, использованием дифференциальных преобразователей, или введением в измерительную цепь дополнительных термокомпенсирующих элементов. В емкостных датчиках для уменьшения влияния температуры на преобразование исключается из тракта преобразования влияние температуры на начальный выходной сигнал и на чувствительность датчика [4, С. 189], [5, С. 129].

Очень существенным требованием является требование работоспособности датчика при термоударе. Работоспособность предопределяет выбор методов и средств уменьшения влияния на показания датчика быстроизменяющейся температуры, измеряемой и окружающей среды. По среднетехническим требованиям основная погрешность датчика не превышает 0,1 %. Она зависит от спектра факторов, которые действуют на физические свойства и параметры отдельных ячеек цепи преобразования измеряемой величины [6, С. 201], [7, С. 311].

Эффективным мерами уменьшения дополнительных погрешностей являются: использование дифференциальных преобразователей, лимитирование рабочего диапазона, нахождение соответствующего материала упругого элемента, конструкции чувствительного элемента, технологии их изготовления.

Частотный диапазон преобразования 0..200 Гц характерен для большинства емкостных датчиков давления.

Напряжение питания 27 В, постоянного тока, и выходной сигнал 0…6 В датчика - стандартные. Выходной сигнал датчика используется для дальнейшей обработки в автоматизированных системах управления.

Масса датчика, определяемая, предъявляемым к диапазону измерений, условиям работы и стандартными посадочными размерами, минимальна [8, С. 78], [9, С. 15].

Таким образом, емкостные датчики давления, благодаря их простой конструкции, могут применяться в различных областях производства и деятельности человека:

- управление технологическим процессом (регулировка натяжения конвейера и т.п.);

- система регулировки в разных промышленных производствах (подсчет произведенного товара, контроль наполнения упаковки и т.д.);

- периметровые охранные системы.

Список литературы

емкостный датчик физический величина

1. ГОСТ Р 53704-2009. Системы безопасности комплексные и интегрированные. Общие технические требования.

2. ГОСТ Р 53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и мониторинга технического состояния. Общие требования.

3. РД 78.36.003-2002. Инженерно-техническая укрепленность. Технические средства охраны. Требования и нормы проектирования по защите объектов от преступных посягательств.

4. Фрайден. Дж. Современные датчики. Справочник. Перевод с английского Ю.А. Заболотной под редакцией Е.Л. Свинцова. - М.: Техносфера, 2005. - 588 с.

5. Афонский А.А. Электронные измерения в нанотехнологиях и микроэлектронике / Афонский А.А., Дьяконов В.П. - М.: ДМК Пресс, 2011. - 688 с.

6. Синилов В.Г. Системы охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации: учебник для нач. проф. образования / В.Г. Синилов / 6-е издание. - М.: Издательский центр «Академия», 2011. - 512 с.

7. Барсуков В.С. Современные технологии безопасности / Барсуков В.С., Водолазкий В.В. - М.: Нолидж, 2000. - 495 с.

8. Магауенов Р.Г. Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы построения / Учебник для ВУЗов / - М.: Телеком, 2004. - 367 с.

9. Назаров В.И., Рыженко В.И. Охранные и пожарные системы сигнализации. - М.: Оникс, 2007. - 33 с.

10. Мартяшин А.И. Преобразователи электрических параметров для системы контроля и измерения / Мартяшин А.И., Шахов Э.К., Шляндин В.М. - М.: Энергия, 1976. - 391 с.

Размещено на Allbest.ru