Дифференциальный микробарометр ISGM-03M

Микробарометр ISGM-03M предназначен для преобразования вариаций атмосферного давления в электрический сигнал в полосе рабочих частот 0,02 … 4 Гц (как вариант, до 0,003 … 100 Гц) и в диапазоне амплитуд 0,001 … 100 Па. Общий вид микробарометра ISGM-03M показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Общий вид микробарометра ISGM-03M

Принцип действия прибора основан на измерении смещения упругой мембраны относительно неподвижного электрода от воздействия вариации атмосферного давления с помощью емкостного датчика перемещения. Функциональная схема микробарометра приведена на рисунке 2.

А – мембранный узел; Б – измерительный усилитель; В – выходной сигнал микробарометра; Г – управляющий вход контрольного сигнала; 1 – емкостный преобразователь перемещения мембраны; 2 – дифференциальный усилитель; 3 – генератор опорной частоты; 4 – синхронный детектор; 5 – усилитель низкой частоты; 6 – фильтр низких частот с дифференциальным выходом; 7 – стабилизированный источник питания; 8 – ключ контрольного устройства; Сх – емкость между мембраной и неподвижным электродом; R – активное сопротивление контрольного устройства.

Рисунок 2. Функциональная схема микробарометра ISGM-03M

Питание емкостного преобразователя перемещения мембраны осуществляется от генератора опорной частоты, стабилизированного по амплитуде и частоте с целью снижения собственного шума измерительного усилителя. Для радикального снижения дрейфа нуля и низкочастотного шума усилителя в рабочем диапазоне температуры в его схему введен разделительный трансформатор сигналов, причем первичная обмотка одновременно используется в качестве элемента фильтра верхних частот (ФВЧ). При таком построении усилителя температурный дрейф нуля создается только оконечным каскадом, имеющим минимальный коэффициент усиления, и не превышает 0,1мкВ на градус Цельсия. Таким образом, уровень собственного шума усилителя определяется шумом входного каскада на опорной частоте и сведен к минимуму подбором соответствующих элементов.

Контроль работоспособности микробарометра осуществляется кратковременной подачей напряжения +5В на управляющий электрод. При этом в подмембранном пространстве создается импульс давления за счет нагрева резистивного элемента. Устройство микробарометра приведено на рисунке 3.

1 – разъем; 2 – фонарь; 3 – блок электронный; 4 – мембранный узел и узел электрода; 5 – усредняющий объем; 6 – штуцер; 7 – колпачок; 8 – ножка; 9 – дренажная пробка; 10 – основание.

Рисунок 3. Устройство микробарометра ISGM-03M

Мембранный узел микробарометра, включающий мембрану, неподвижный электрод (основу которого составляет плавленый кварц), капилляр для выравнивания статического давления, и связанный с окружающей воздушной средой через четыре акустических входа, обеспечивает низкий уровень собственного шума микробарометра и его высокую температурную стабильность, а также малые габариты и вес. 

В конструкции мембранного узла используется тонкая мембрана из специального устойчивого к коррозии сплава с контролируемым натяжением. Стабильность силы натяжения мембраны в рабочем диапазоне температуры достигается термокомпенсированной конструкцией мембранного узла, что обеспечивает постоянство коэффициента преобразования (чувствительности) микробарометра и дополнительное снижение собственного шума.

На рисунке 4 приведен фрагмент записи собственного шума микробарометра, полученный в лабораторных условиях с закрытыми акустическими входами. На рисунке 5 приведен его спектр. Среднее квадратическое значение собственного шума не превышает 0,001Па.

Рисунок 4. Фрагмент записи собственного шума микробарометра ISGM-03M

Рисунок 5. Спектр собственного шума микробарометра ISGM-03M

Технические характеристики микробарометра ISGM-03M

• Рабочий диапазон частот от 0,02 до 4,0 Гц (как вариант до 0,003…100 Гц).
• Максимальная амплитуда входного сигнала не менее 100 Па.
• Среднее квадратическое значение (RMS) приведенного ко входу собственного шума микробарометра, не более 0,001Па.
• Чувствительность микробарометра в нормальных климатических условиях на симметричном выходе, 70 + 5 мВ/Па.
• Неопределенность калибровки в рабочем диапазоне частот, не более 5%.
• Рабочий диапазон температуры от минус 10°С до плюс 50°С (как вариант от минус 50°С). Атмосферное давление, кПа (мм. рт. ст.) 60-106,7 (450-800).
• Защищенность от внешних воздействий соответствует степени IP66.
• Отклонение чувствительности в рабочем диапазоне температуры не более 0,25% на градус Цельсия.
• Напряжение источника питания, 12 В ±10%.
• Потребляемая мощность, не более 1,5 В*А.
• Габаритные размеры микробарометра, диаметр не более 172 мм, высота не более 185мм.
• Масса микробарометра, не более 4,5 кг.

Калибровка микробарометра осуществляется с помощью автоматизированной установки ISCGM-2, разработанной и серийно выпускаемой в НТЦ ГИ.