Датчиклар

1.3. Босимни ўлчаш датчиклари ва уларнинг таҳлили, хисоби ва усуллари. MATLAB асосида физик жараёнларни моделлаштириш.
Технологик жараёнларни боришидаги босим ва босим пасайишларини манометр, вакиумметр ва вакиумманометрлардан фойдаланиб ўлчанади. Улар ўзларини ишлаш принципларига қараб суюқликли, деформацион, юк-поршенли ва электрик бўлиши мумкин.
Манометр бу абсолют босим (Р_абс) билан барометрик босим (Р_бар) ўртасидаги фарқ, ортиқча босим (Р_орт) ни Р_абс ≥ Р_бар бўлган ҳолатни ўлчайдиган қурилма.
Вакиумметр бу абсолют босим (Р_абс) билан барометрик босим (Р_бар) ўртасидаги фарқ, ортиқча босим (Р_орт) ни Р_абс ≤ Р_бар бўлган ҳолатни ўлчайдиган қурилма.
Вакиумманометр эса иккала ҳолатда ҳам босимни ўлчашга мўлжалланган қурилмадир.
Босим физик катталик бўлиб, у бир жисмни иккинчи бир жисм сиртини юза бирлигига таъсир этувчи кучдир. Газ ва суюқликлар маълум идишларда тутиб турилганлиги ва ҳаракатда бўлганлиги сабабли уларни таъсир кучи идишни ҳамма қисмига бўлади. Босим катталиги газ ёки суюқликни ташкил этувчи зарраларни ички энергиясини характерлайди. Босимни СИ системасидаги ўлчов бирлиги Паскаль бўлиб 1Па = 1Н/м². Па га каррали бўлган бирликлар билан бир қаторда кгс/см², кгс/м² бирликлар ҳам ишлатилади . ^.

Абсолют босим дейилганда газ ёки суюқликни тўла босим тушинилади. Барометрик босим эса бу атмосфера босимидир.

Суюқлили ва деформацион босим ўлчаш воситалари асосан техник ўлчаш воситалари ҳисобланиб, кўп холларда статик процессларни босимини ўлчашда фойдаланилади. Улардан бошқа манометрларни калибровкалашда намунавий ўлчов воситаси сифатида ҳам қўлланилади. Юк –поршенли босим ўлчаш қурилмаси асосан намунавий ўлчаш воситаси сифатида ишлатилишидан ташқари, босимни эталлони сифатида ҳам қўлланилади.
Ҳозиргии замон ишлаб чиқариш корхоналарида технологик жараёнларни узликсиз назорат қилишда ва технологик жараёнларни автоматик бошқариш тизимларида асосан электрон (электрик) босим датчикларидан фойдаланилади. Улар қуйидагилар:

• 
  Пъезоэлектрик;
  
• 
  Тензорезисторли;
  
• 
  Сиғимлмли;
  
• 
  Резонансли;
  
• 
  Индукцион;
  
• 
  Ионизацион.
  

Пьезоэлектрик босим датчиклари. кристалларни маълум уни остида босим берилганида карама қарши томонларида заряд тўпланиш ҳодисасига асосланган.




1.25. Расм. Пьезоэлектрик босим датчиги схемаси. 1- менбрана, 2- кварц, 3- металл қатлам.

1.25. Расмда пъезоэлектрик босим датчиги схемаси келтирилган. Р босим 1 менбрана орқали 3- кварцга таъсир этиб, уни деформациялайди. Натижада, пьезоэлектрик физик ҳодисага асосан. З метал қатламларда турлича ишорали зарядлар ҳосил бўлади.

Хосил бўлаётган зарядни қуйидагича ифодалаш мумкин:

Q = kF = kPS (1.3.1)

бу ерда к – пьезоэлектрик доиймиси Кл/Н, Р - таъсир этувчи босим.

Энди ушбу формула орқали берилганлардан фойдаланиб ҳосил бўлаётган зарядни MATLAB ёрдамида хисоблаб, таъсир этаётган юза S га ва таъсир этувчи босим Р га боғлиқлик графигини қурамиз:

k=2*10^(-12)

k =
2.0000e-012
P=0:0.0001:0.4*10^(-3)
P =
1.0e-003 *
0 0.1000 0.2000 0.3000 0.4000
S=0.001
S =
0.0010
Q=k*P*S
Q =
1.0e-018 *
0 0.2000 0.4000 0.6000 0.8000
plot (P,Q,S,Q)

Датчик чиқишидаги кучланиш

u = Q/C (1.3.2)

ифодаси билан аниқланади. Бу ерда C – ўлчаш занжиридаги умумий сиғим.

Кварц бошқа пъезохусусиятларга эга бўлган сегнетоэлектриклар ичида механик жиҳатдан мустахкам ва қаттиқлигига эга бўлгани учун менбранани қаттиқ деформацияланишига йўл қўймайди. Бу эса пьезоэлектрик эффектни узатилишини кечиктирмайди. Шунинг учун бундай пьезоэлектрик датчикларни юқори частотали тебранишларни аниқлашда ҳам ишлатиш имконини беради. Кварцни пъезоэлектрик доиймиси 2·10^-12 К/Н тенг бўлиб, ҳароратга кам боғлиқлиги юқори ҳароратли жараёнларда босим датчиги сифатида қўлланиланишига олиб келади.