ЄМНІСНІ ДАТЧИКИ ТИСКУ ДЛЯ ОХОРОННИХ СИСТЕМ МОНІТОРИНГУ ТА ПРОГНОЗУВАННЯ

Зінкін С.В.

Кандидат технічних наук,

Пензенський державний університет в м Пензі

ЄМНІСНІ ДАТЧИКИ ТИСКУ ДЛЯ ОХОРОННИХ СИСТЕМ МОНІТОРИНГУ ТА ПРОГНОЗУВАННЯ

анотація

Наведено порівняння принципів перетворення для виміру різних фізичних величин, які в силу технологічних і технічних факторів забезпечують оптимальне співвідношення між чутливістю до вимірюваної величиною і стійкістю до впливає чинникам. Аргументовано, що для ємнісних датчиків фізичних величин властиві неодмінно висока термостійкість, незмінність метрологічних характеристик в часі, відсутність шумів і самонагрева. Ємнісні датчики раціональних конструкцій виключно прості.

Ключові слова: ємнісний датчик тиску, охоронна система, моніторинг, прогнозування, універсальність.

PhD in Engineering,

Penza State University in Penza

CAPACITANCE PRESSURE SENSORS FOR SECURITY, MONITORING AND FORECASTING SYSTEMS

Abstract

The comparison of the conversion principles for measuring of various physical quantities is carried out , which, due to technological and technical factors, provides the best correlation between sensitivity to measured value and resistance to influential factors . It is proved that certainly high thermal stability, stationarity of metrological characteristics, the absence of noise and self-heating are typical for capacitive sensors of physical quantities . Capacitive sensors for rational constructions are exceptionally simple.

Keywords: capacitance pressure sensor, security system, monitoring, forecasting, universality.

Для здійснення антитерористичної і правоохоронної діяльності на промислових підприємствах, режимних об'єктах застосовуються локальні і комплексні системи моніторингу та прогнозування надзвичайних ситуацій, ліквідації наслідків екологічних і техногенних катастроф, що використовують різні датчики [1, С. 9], [2, C. 18].

Якість робіт систем вимірювань, контролю, управління різного призначення в значній мірі визначається рівнем точностних і експлуатаційних характеристик первинних перетворювачів (датчиків) [3, С. 23].

В даний час для вимірювання різних фізичних величин можливе використання найрізноманітніших (близько 400) фізичних явищ і відповідних їм принципів перетворення.

Великі складності практичної реалізації датчиків на багатьох принципах пов'язані з їх чутливістю не тільки до вимірюваній величині, але і до параметрів навколишнього середовища, що не підлягає вимірюванню з їх допомогою. З цієї причини в даний час найбільш широко використовується тільки 15-30 принципів перетворення, які в силу технологічних і технічних факторів забезпечують оптимальне співвідношення між чутливістю до вимірюваної величиною і стійкістю до впливає чинникам [10, С. 111, 121, 134].

При цьому найбільшою кількістю пропонованих практикою вимог відповідають датчики ємнісного принципу дії (див. Табл.1, 2).

Таблиця 1 - Універсальність принципів перетворення

Примітки: «+» використовується, «++» використання переважне, «-» використання недоцільне [10, С. 121, 134, 145, 155].

Для ємнісних датчиків фізичних величин властиві неодмінно висока термостійкість, незмінність метрологічних характеристик в часі, відсутність шумів і самонагрева. Ємнісні датчики раціональних конструкцій виключно прості.

Ємнісні датчики можуть використовуватися для перетворення статико-динамічного тисків рідких і газоподібних засобів в системах вимірювань, контролю та управління різного призначення, в тому числі і спеціальній техніці.

Тонкоплівкові диференціальні ємнісні датчики актуальні і дозволяють вирішити проблеми вимірювання тиску в широкому діапазоні зовнішніх факторів при випробуваннях виробів спеціального призначення нового покоління, що працюють на кріогенних і агресивних середовищах.

Поставлені вимоги наказують певні обмеження на конструкцію, параметри і методи розрахунку датчика.

Умови працездатності датчика при впливі вібрацій обумовлює конструювання датчика з високою природною частотою, що лежить за межами частотного діапазону вібрацій, а також заходи, що забезпечують механічну міцність і незмінність показань датчика. Це відноситься і до лінійним перевантажень.

Таблиця 2 - Основні напрямки створення датчикової апаратури

Застосування перспективних методів перетворень фізичних величин Застосування спеціальних конструкцій і матеріалів Використанні високоефективних вимірювальних ланцюгів (ІЦ) Ємнісні

мембранні

Кремній, кераміка, прецизійні сплави Автокомпенсаціонние ІЦ, автоматичні мостові ІЦ з екстремальним або фазочувствительного детектором, алгоритмічні тензорезистивного Прецизійні сплави Мостові неуравновешіваемие ІЦ (в тому числі з виходом по постійному струму з корекцією температурної похибки), алгоритмічні ІЦ (мікропроцесорні перетворювачі) п'єзорезистивного Кремній, КНС , карбід кремнію Неуравновешіваемие ІЦ (в тому числі з автоматичною корекцією температури), алгоритмічні ІЦ (мікропроцесорні преобразо Ватель) Оптичні Оптичні волокна, оптичне скло, елінварние сплави, кераміка Мостові врівноважує і неуравновешіваемие ІЦ, генераторні ІЦ Індуктивні Прецизійні сплави Індуктивно-трансформаторні ІЦ Пьезорезонансние Кварц, кераміка Генераторні ІЦ

Робота під впливом високої вологості, агресивних газів або рідин зумовлює конструкцію датчика з герметичним корозійностійких корпусом, підбір відповідних матеріалів і покриттів.

При впливі на датчик температур, змінюються в широкому діапазоні (-196 ... + 250 0С), виникає трансформація геометричних розмірів і пружних властивостей механічних елементів. В результаті варіюється чутливість датчика до вимірюваній величині, утворюється похибка перетворення. Виняток вплив температури на перетворення здійснюється підвищенням чутливості до вимірюваній величині і зниженням чутливості до дестабілізуючого моменту, яким є температура, використанням диференціальних перетворювачів, або введенням в вимірювальну ланцюг додаткових термокомпенсирующих елементів. У ємнісних датчиках для зменшення впливу температури на перетворення виключається з тракту перетворення вплив температури на початковий вихідний сигнал і на чутливість датчика [4, С. 189], [5, С. 129].

Дуже істотним вимогою є вимога працездатності датчика при термоударі. Працездатність зумовлює вибір методів і засобів зменшення впливу на показання датчика швидкоплинних температури, вимірюваної і навколишнього середовища. За середньотехнічною вимогам основна похибка датчика не перевищує 0,1%. Вона залежить від спектра факторів, які діють на фізичні властивості і параметри окремих осередків ланцюга перетворення вимірюваної величини [6, С. 201], [7, С. 311].

Ефективним заходами зменшення додаткових похибок є: використання диференціальних перетворювачів, лімітування робочого діапазону, знаходження відповідного матеріалу пружного елемента, конструкції чутливого елемента, технології їх виготовлення.

Частотний діапазон перетворення 0..200 Гц характерний для більшості ємнісних датчиків тиску.

Напруга живлення 27 В, постійного струму, і вихідний сигнал 0 ... 6 У датчика - стандартні. Вихідний сигнал датчика використовується для подальшої обробки в автоматизованих системах управління.

Маса датчика, що визначається, що пред'являються до діапазону вимірювань, умовами роботи і стандартними посадочними розмірами, мінімальна [8, С. 78], [9, С. 15].

Таким чином, ємнісні датчики тиску, завдяки їх простій конструкції, можуть застосовуватися в різних областях виробництва і діяльності людини:

- управління технологічним процесом (регулювання натягу конвеєра і т.п.);

- система регулювання в різних промислових виробництвах (підрахунок виробленого товару, контроль наповнення упаковки і т.д.);

- періметрових охоронні системи.

Список літератури / References

1. ГОСТ Р 53704-2009. Системи безпеки комплексні та інтегровані. Загальні технічні вимоги
2. ГОСТ Р 53778-2010. Будівлі та споруди. Правила обстеження і моніторингу технічного стану. Загальні вимоги
3. РД 78.36.003-2002. Інженерно-технічна укріпленість. Технічні засоби охорони. Вимоги і норми проектування щодо захисту об'єктів від злочинних посягань
4. ФРАЙД. Дж. Сучасні датчики. Довідник. Переклад з англійської Ю.А. Заболотної під редакцією О.Л. Свинцова. - М .: Техносфера, 2005. - 588 с.
5. Афонський А.А.Електронние вимірювання в нанотехнологіях і мікроелектроніці / Афонський А.А., Дьяконов В.П. - М .: ДМК Пресс, 2011. - 688 с.
6. Синилов В.Г. Системи охоронної, пожежної та охоронно-пожежної сигналізації: підручник для поч. проф. освіти / В.Г.Сінілов / 6-е видання. - М .: Видавничий центр «Академія», 2011. - 512 с.
7. Барсуков В.С. Сучасні технології безпеки / Барсуков В.С., Водолазки В.В. - М .: Нолидж, 2000. - 495 с.
8. Магауенов Р.Г. Системи охоронної сигналізації: основи теорії і принципи побудови / Підручник для вузів / - М .: Телеком, 2004. - 367 с.
9. Назаров В.І., Риженко В.І. Охоронні і пожежні системи сигналізації. - М .: Онікс, 2007. - 33 с.
10. Мартяшін А.І. Перетворювачі електричних параметрів для системи контролю та вимірювання / Мартяшін А.І., Шахов Е.К., Шляндін В.М. - М .: Енергія, 1976. - 391 с.

Список літератури англійською мовою / References in English

1. GOST R 53704-2009. Sistemy bezopasnosti kompleksnye i integrirovannye. Obshie tehnicheskie trebovaniya [Integrated and integrated security systems. General technical requirements]. [In Russian]
2. GOST R 53778-2010. Zdaniya i sooruzeniya. Pravila obsledovaniya i monitoringa tehnicheskogo sostoyaniya. Obshie trebovaniya [Buildings and structures. Rules of inspection and monitoring of technical condition. General requirements]. [In Russian]
3. RD 78.36.003-2002. Inzenerno-tehnicheskaya ukreplennost. Tehnicheskie sredstva ohrany. Trebovaniya i normy proektirovaniya po zashite obektov ot prestupnyh posyagatelstv [Engineering and technical strengthening. Technical means of protection. Requirements and design standards for the protection of objects from criminal attacks]. [In Russian]
4. Fraden J. Sovremennye datchiki. Spravoshnik. [Modern sensors. Handbook]. Perevod s angliskogo UA Zabolotnoi pog redakciei EL Svincova [Translation from English UA Zabolotnaya under the editorship EL Svincova]. - М .: Tehnosfera, 2005. - 588 p. [In Russian]
5. Afonskii А.А. Elektronnye izmereniya v nanotehnologiyah i mikroelektronike [Electronic measurement in nanotechnology and microelectronics] / Afonskii А.А., Dyakonov VP - М .: DMK Press, 2011. - 688 p. [In Russian]
6. Sinilov VG Sistemy ohrannoi, pozarnoi i ohranno-pozarnoi signalizacii: uchebnik dlya nachalnogo professionalnogo obrazovaniya [Security systems, fire and burglar and fire alarm: textbook for primary vocational education] / Sinilov VG / 6-е izdanie [6th edition]. - М .: Izdatelskii centr «Akademiya», 2011. - 512 p. [In Russian]
7. Barsukov VS Сучасні технології безпеки [Modern security technologies] / Barsukov VS, Vodolazkii VV - М .: Nolidz, 2000. - 495 p. [In Russian]
8. Magauenov RG Sistemy ohrannoi signalizacii: osnovy teorii i principy postroeniya [Security alarm system: fundamentals of theory and principles of construction] / Uchebnik dlya VUZov [Textbook for high schools]. - М .: Telekom, 2004. - 367 p. [In Russian]
9. Nazarov VI, Ryzenko VI Ohrannye i pozarnye sistemy signalizacii [Security and fire alarm systems]. - М .: Oniks, 2007. - 33 p. [In Russian]
10. Martyashin AI Preobrazovateli elektricheskih parametrov dlya sistemy kontrolya i izmerenya [Converters of electric parameters for monitoring and measurement] / Martyashin AI, Shahov EK, Shlyandin VM - М .: Energiya, 1976. - 391 p. [In Russian]