Индуктивный (а) и емкостной( б) датчики для регистрации давления

В основу принципа работы емкостного датчика положено изменение его емкости при воздействии на него измеряемой величины. Емкость плоского конденсатора, как известно, определяется сопротивлением:

,

где ε₀ – электрическая постоянная,

S – площадь обкладок конденсатора,

d – толщина диэлектрика (расстояние между пластинами) или зазоры,

ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика.

В зависимости от того, на какой параметр воздействует измеряемая величина, емкостной преобразователь может работать с использованием изменения S, d, диэлектрической проницаемости ε.

Для измерения давления чаще пользуются изменением емкости С при изменении расстояния d между пластинами (рис. 13б, корпус 1, неподвижная 2 и подвижная 3 пластины).

Для прямого измерения внутрисосудистого давления крови и давления в полости сердца в качестве преобразователей используются электрические тензодатчики (тензосопротивления и тензорезисторы).

В основе работы тензорезисторов лежат свойства материалов изменять свое электрическое сопротивление вследствие их механической деформации. Различают проволочные, фольговые и полупроводниковые тензорезисторы. Конструктивно проволочные тензорезисторы представляют собой зигзагообразную обмотку 1 из нескольких петель металлической (константан, нихром, манганин и др.) проволоки диаметров 15 – 30 мкм, наклеенных на тонкую бумажную или пленочную основу 2 (рис. 14а). Сверху обмотку закрывают такой же основой 2.

Известно, что сопротивление проволоки определяется соотношением

где - удельное сопротивление материала проволоки,

- длина,

- площадь поперечного сечения проволоки. Основа проволочного тензометра наклеивается на поверхностный слой исследуемого объекта. Под действием давления окружающей среды на объект тензорезистор деформируется, в результате чего удлиняется или укорачивается длина наклеенной на основу проволоки. Это приводит к изменению всех трёх величин , , (т.к. и ), от которых зависит сопротивление , что и вызывает, в конечном счете, изменение величины сопротивления тензорезистора. Характеристикой тензорезистора является тензочувствительность , равная отношению относительного изменения сопротивления датчика к относительному изменению длины , т.е.:

.

Для проволочных тензорезисторов , а не более .

В отличие от проволочных, фольговые тензорезисторы имеют чувствительный элемент в виде тонких (1-12 мкм) полосок фольги прямоугольного сечения, которые также наносятся на плёночную основу. Материал фольги берётся тот же, что и для проволочных обмоток, а принцип работы таких датчиков аналогичен проволочным. Преимущество фольговых тензорезисторов заключается в возможности изготовления тензочувствительных элементов любого рисунка, формы и площади, с учётом особенностей исследуемого объекта. Тензочувствительность и относительное изменение сопротивления их примерно равны соответствующим величинам для проволочных тензорезисторов.