Главная страница
Финансы
Экономика
Математика
Начальные классы
Биология
Информатика
Медицина
Сельское хозяйство
Ветеринария
Дошкольное образование
Вычислительная техника
Воспитательная работа
История
Этика
Религия
Философия
Логика
Физика
Социология
Политология
Русский язык и литература
Языкознание
Языки
Юриспруденция
Право
Другое
Строительство
Доп
образование
Промышленность
Энергетика
Физкультура
Связь
Электротехника
Автоматика
Технология
Классному руководителю
Иностранные языки
Химия
Геология
Логопедия
География
Культура
Искусство
Экология
ИЗО, МХК
Школьному психологу
Директору, завучу
Обществознание
Казахский язык и лит
ОБЖ
Социальному педагогу
Языки народов РФ
Музыка
Механика
Астрономия
Украинский язык
Психология

кондрашня. 2Gi7 (41) п где 2 б


Скачать 3.68 Mb.
Название2Gi7 (41) п где 2 б
Анкоркондрашня.doc
Дата02.05.2017
Размер3.68 Mb.
Формат файлаdoc
Имя файлакондрашня.doc
ТипДокументы
#1424
страница1 из 23
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   23



технических измерений давления требуется применение ртути, как манометрического вещества, а ртуть является токсичным веще­ством, что затрудняет эксплуатацию приборов, их обслуживание и ремонт.

Жидкостные манометры (табл. 4-1) могут быть в шкальном и в бесшкальном исполнении с преобразованием измеряемой величины в пневматический, электрический и другие сигналы. На основе этих схем разработаны различные конструктивные варианты, преследующие повышение чувствительности, проч­ности, надежности и других характеристик, значение которых диктуется конкретными условиями применения преобразовате­лей давления.

Поршневые манометры основаны на методе уравновешива­ния измеряемого давления и давления, создаваемого силой тя­жести поршня, перемещающегося в цилиндре, и положенных на него грузов. Уравнение равновесия поршня имеет вид

PS=2Gi-7\ (4-1)

п

где 2 б i сила тяжести поршня и грузов; S — площадь поршня; Т — i=l

сила жидкостного трения, возникающего в зазоре между цилиндром и порш­нем; она определяется по формуле

Т=РпгЬ,(4-2)

здесь г— радиус поршня.

Подставляя значение Т из уравнения (4-2) в уравнение
(4-1), получим формулу для определения величины измеряемого
давления „
р=-1=1 (4-3)

S+лгб

Из выражения (4-3) следует, что эффективная площадь пор­шня, воспринимающая давление, превышает его физическую площадь.

Если не учитывать силу жидкостного трения Т,то уравнение
(4-1) упростится и из него получим менее точное, но более
простое выражение для нахождения величины измеряемого дав-
ления „

2 с,

р=_<=1 . (4-4)
Поршневые манометры отличаются высокой точностью и применяются в широком диапазоне давлений от 0,098 до 980 МПа. Благодаря этим свойствам они используются в основ­ное как образцовые, в частности для градуировки и поверки деформационных манометров.

4.3. ДЕФОРМАЦИОННЫЕ МАНОМЕТРЫ

В деформационных манометрах чувствительными элемен­тами, воспринимающими измеряемое давление, служат маномет­рические упругие элементы. В качестве последних наибольшее распространение нашли полые одновитковые (трубки Бур-дона) или многовитковые трубчатые пружины, мембраны (пло­ские или гофрированные), мембранные коробки, а также силь-фоны, которые часто применяются в сочетании с винтовыми ци­линдрическими пружинами (табл. 4-2).

Чувствительный элемент преобразует давление в перемеще-' ние или усилие, воздействующее либо на стрелку, показываю­щего или регистрирующего прибора, либо на подвижный эле­мент вторичного преобразователя.

Вид чувствительного элемента (или упругого преобразова­теля), его размеры, материал, способ изготовления выбираются в зависимости от назначения, условий эксплуатации, пределов измерения и требуемой точности пружинных манометров [1].

Точность приборов при прямом методе измерения давления независимо от их конструктивной схемы определяется в основ­ном метрологическими характеристиками упругих чувствитель­ных элементов. Это касается в первую очередь точности и ста­бильности их упругих характеристик, которые определяются однозначностью и воспроизводимостью свойств материалов, из которых изготовлены элементы, и стабильностью технологиче­ского режима их обработки.

Манометры с упругими элементами нашли широкое примене­ние в практике измерения давлений и величин, связанных с дав­лением. Простота устройства, надежность в работе, малая инер­ционность, компактность и широкий диапазон измеряемых дав­лений обусловили их использование в качестве как технических, так и образцовых. Требуемая точность измерения осуществля­ется с помощью соответствующих материалов, технологии и ме­тодов измерений: прямого или уравновешивающего преобразо­вания измеряемой величины.

Установка манометров на линиях контроля и регулирования в целлюлозно-бумажном производстве сопряжена с рядом ме­роприятий, направленных на защиту приборов от влияния ис­следуемых сред. Для предохранения приборов от действия высо­кой температуры при измерении давлений в паропроводах перед манометрами устанавливаются сильфонные трубки, в которых пар конденсируется и давление передается чувствительному эле­менту через охлажденный конденсат. При измерении давления химически активных сред следует предусматривать разделитель­ные устройства, а для загрязненных и вязких сред — специаль­ные отборные устройства. Это позволяет приблизить условия эксплуатации приборов к нормальным и использовать деформа­ционные манометры с чувствительными элементами, выполнен­ными из обычных материалов.


Тип деформа­ционного манометра

1


Схема устройства манометра

Краткое описание устройства манометра

2

3



Функция преобразования

Диапазон измеряе­мых давлений
Источники погрешности. Классы точности
Область применения










1. С трубча­той пружиной (одновитко-

вой или многовитко-вой)

2. С мембран-ным упругим элементом

Измеряемое давле­ние перемещает свободный конец трубчатой пружины

за счет упругой деформации сечения трубки. Перемеще­ние трубки пере­дается через переда­точный механизм на указатель, либо воздействует на вто­ричный преобразова­тель. Манометры, в которых свободный конец трубчатой пружины соединен с винтовой пружи­ной, имеющей меж-витковое давление, имеют безнулевую шкалу
Мембраны, тонкие и круглые металли­ческие пластины, плоские или с волно­образными концент­рическими складка­ми-гофрами соеди­няют попарно, образуя коробки, а коробки соединя­ют в мембранные блоки. В таких манометрах дефор­мация упругого преобразователя возрастает пропор­ционально коли­честву мембран. Мембранный упру­гий элемент изме­няет положение центра под Действием разницы сил, воздействующих на элемент. Пере­мещение передается на указатель или вторичный преобразователь


Га

p/l

X


ВЬК\ а2 )

х2 =

Э2 + х2

Г = У(1 + cos V)2 + (V sin v)2

/ — величина перемещения свобод­ного конца трубки; — коэффи­циент Пуассона; Е — модуль упру­гости материала трубки; а, Ъ — большая и малая полуоси попереч­ного сечения трубки; h — толщина стенок трубки; а, 0 — коэффи­циенты, зависящие от отношения aji>; р — радиус кривизны централь­ной оси трубки до деформации; V—начальный центральный угол трубки, изогнутый по дуге окруж­ности; X — главный параметр пру­жины

Гофрированная мембрана

= а

+ 6

fe3

PR* Eh*

Р — избыточное давление; R — ра­бочий радиус мембраны; Е — мо­дуль упругости материала мембра­ны; ц — коэффициент Пуассона; /,— прогиб центра мембраны; а,Ь— коэффициенты, зависящие от геометрии мембраны; для сплош­ной равномерной гофрировки

д 2(3 + 00(1+») .

32fe,

3fci (1 — ц22)

аа

3 — ц.

L6(а — р)<а + 3)]'
*it Aa— коэффициенты. Мембрана е жестким центром радиуса гв

-— = от] h Ь% ;

h* k A8

1 и £ зависят от г0. Мембрана с уп­ругим плоским центром радиуса г

От ±10б Па

До 1,0.10е Па

От ±100 Па

ДО

6-Ю7 Па

Упругий гисте­резис, послед­ствие; невоспро­изводимость свойств мате­риала и техно­логии. Малая чувствительность ± (1,0 — 4) %

Нелинейность, малая чувстви­тельность, разброс упругих характеристик из-за невоспро­изводимости свойств материа­ла и технологии изготовления

мембран ±(1,0 — 2,5) %

Манометры, вакуум­метры, ма нова ку ум-метры общего и спе­циального назначе­ния, показывающие для установки по месту с сигнальными устройствами, с электрическими и пневматическими выходными сигна­лами ГСП. Записы­вающие приборы (чаще с многовитко-выми трубчатыми пружинами). Мате­риалы: латунь, ней­зильбер, бронзы оловянно-фосфори-стые и бериллиевые.

Для измерения как избыточных давле­ний и разрежений, так и для перепадов давления (датчики перепадов давления): напоромеры, тяго­меры, тягонапоро-

меры, дифмано-метры-расходомеря

и уровнемеры. Материалы: берил­лиевые бронзы, нейзильбер, реже латунь и фосфо­ристая бронза

PR

I,

о


X

s

s = i +
Л* S hh?


a +

a + 3 a29

X


I

Hi)'

t =1 + 1^^1/3,58^

138

139


Продолжение




3. С снльфон-ным упругим элементом

Сильфон, тонкостен­ный металлический цилиндр с кольце­выми волнообраз­ными складками — гофрами на боковой иоверхности; дефор­мируется под дей­ствием осевой нагрузки (разницы внешнего и внут­реннего давления). Передаточный меха­низм связан с указателем, либо деформация воспри­нимается вторичным преобразователем. Кроме сильфонов из цельнотянутой трубки применяются сварные сильфоны

X

4 Eh

<*в + *н)2"

X

i4e-«*,+a2M2+B0h2/«2

р— усилие, действующее вдоль оси снльфона; Е — модуль упру­гости материала сильфона; hтолщина стенки трубки; п — число рабочих гофр; А0, AitА& В0 — коэффициенты, зависящие от гео­метрии сильфона; RB, Ян — внут­ренний и наружный радиусы силь­фона. В сочетании с цилиндричес­кими винтовыми пружинами:
1=Р

Eh:i \izлA&l 4- «И • +
t=kГА

. 1 Gdi

8 D3n
G—модуль упругости материала пружины при сдвиге; d—диаметр проволоки пружины; D—средний диаметр пружины; п — количество витков пружины; k — количество пружин

От ±10 Па

До 107 Па

Гистерезис, нелинейность. Разброс упру­гих характе­ристик из-за невоспроизводи­мости свойств

материала и качества изго­товления сильфонов ±(0,6—1.5 (4)) %

Все модификации приборов для изме­рения и преобразо­вания давлений, как упругое соеди­нение в трубопро­водах, уплотнители, упругие разграничи­тели сред. Материалы: латунь Л80, бронза Бр ОФ6; 5—0,4, бронзы Бр Б2, Бр Б2, 5, сталь 1X18H9T специаль­ные дисперсионно-твердеющие сплавь


При использовании преобразователей давлений с упругими элементами в разнообразных промышленных измерительных уст­ройствах следует учитывать их динамические характеристики. С точки зрения динамических свойств преобразователь давления с упругим элементом представляется апериодическим звеном первого порядка. Его инерционность определяется главным об­разом временем перемещения вещества в подводящем трубо­проводе.

В тех случаях, когда значение чувствительности упругого элемента мало, а также для передачи значений измеряемого давления на расстояние (с помощью унифицированных сигна­лов) используются измерительные преобразователи. Наиболь­шее распространение нашли унифицированные преобразователи ГСП: пневмосиловые, электросиловые и частотно-силовые (см. гл. 9, 9.1).

В качестве вторичных преобразователей часто применяют тензорезисторы. Тензорезисторы бывают проволочные, фольго­вые и полупроводниковые. Устройство наиболее распространен­ного проволочного тензорезистора схематически представлено на рис. 4-2, а.

На полоску бумаги 2, называемую подложкой, наносят зиг­загообразно тонкую проволоку 3 (диаметром 0,02—0,03 мм), к концам которой приваривают или припаивают контакты / из металлической фольги. Все это заливают клеем. Сверху прово­локу часто заклеивают тонкой бумагой 4 для предохранения от механических повреждений. Для изготовления проволок исполь­зуют константан, нихром, платиноиридиевый сплав и другие сплавы.

Величина 10(см. рис. 4-2, а)называется базой преобразо­вателя. Обычно база равна 8—15 мм. Однако в специальных случаях применяют тензорезисторы и с меньшей (до 2,5 мм) или большей базой. Ширину а преобразователей выбирают от 3 до 10 мм, а их сопротивление составляет 50—150 Ом. Когда Размеры преобразователя не ограничиваются условиями иссле­дования, длину базы увеличивают до 100—140 мм, а сопротив­ление — до 800—1000 Ом.

но

141

Образованная указанным способом решетка проволоки при­клеивается к исследуемой детали 5 и воспринимает деформацию последней. Вместе с деформацией детали деформируется и про­волока, тем самым изменяется сопротивление преобразователя вследствие явления тензоэффекта. Входной величиной преобра­зователя является деформация, выходной — изменение сопро­тивления.

Тензорезисторы, будучи наклеенными на деталь, связанную с упругим чувствительным элементом, или сам элемент реаги­руют на измеряемое давление Р (или силу, или деформацию) изменением электрического сопротивления. Коэффициент тен-зочувствительности k зависит от относительного изменения со-



Рис. 4-2
противления AR/R и относительной деформации Al/l проволоки,

Д R/R

из которой он изготовлен: fe= . Значение коэффициента k

для различных металлов лежит в пределах 0,5—4.

Как известно, в металлах значение относительной деформа­ции Al/l в пределах упругих деформаций не превышает 2,5 ■ 103, что при значениях коэффициента тензочувствительности k,рав­ных 0,5-=-4, приводит к значениям AR/R = (I,254-10) • Ю-3. Таким образом, относительное изменение сопротивления преобразова­телей не превосходит 1 % при предельных напряжениях в ме­таллах. В связи с этим сопротивление преобразователя не должно изменяться во времени от влияния внешних факторов более чем на сотые доли процента. Основные.требования, предъ­являемые к материалу проволоки, следующие: возможно боль­шее значение k,малый температурный коэффициент сопротив­ления, высокое удельное электрическое сопротивление (при за­данном значении /0 стремятся получить возможно большее сопротивление преобразователя).

Температурные коэффициенты линейного расширения прово­локи и материала объекта, на который наклеивается преобразо­ватель, должны быть близки по значению, иначе может поя­виться температурная погрешность.

Погрешности тензорезисторов во многом зависят от точно­сти их градуировки'. При градуировке партии тензорезисторов по среднему значению k,которое определяется для выборки из нескольких датчиков, погрешность градуировки не превышает ±1,5%. В силу незначительной тензочувствительности по со­противлению эти преобразователи обладают сравнительно боль­шой температурной погрешностью. Последняя вызывает необ­ходимость применения мостовых измерительных цепей для измерения выходного сопротивления тензорезисторов с диффе­ренциальным включением тензопреобразователей.

Рассмотрим один из примеров использования тензорезисто­ров в приборах для измерения давления.

Манометр типа ЭДД-22, схема которого приведена на рис. 4-2,6, в качестве упругого чувствительного элемента имеет мембрану /. Прогиб мембраны под действием измеряемого дав­ления преобразуется в прямо пропорциональное давлению пере­мещение свободного конца плоской пружины 2. На верхней и нижней плоскостях этой пружины наклеены тензорезисторы 3, один из которых работает на растяжение, другой на сжатие.

Тензорезисторы включены в мостовую цепь, питающуюся от специального генератора. Сигнал с мостовой цепи поступает на электронный усилитель, демодулятор и измеряется магнито­электрическим прибором. Такие устройства получили название тензостанций и изготовляются для одновременного измерения тензоэффекта во многих точках.

Тензоманометр типа ЭДД-22 предназначен для измерения давления от 0,1 до 0,6 МПа. Основная приведенная погрешность его составляет ±1,5 %•

Тензорезисторы находят применение в измерительных систе­мах, не требующих предварительного преобразования давления в перемещение. Они могут быть наклеены на мембраны, силь-фоны, трубки Бурдона и т. п., а также непосредственно на стенки исследуемого объекта. Такой способ применяют в цел­люлозно-бумажном производстве при измерении массы вароч­ного котла. В этом случае тензометры наклеивают на опоры котла.

В приборах для измерения давления в качестве вторичных преобразователей используются также индуктивные и емкост­ные преобразователи.


1 Тензорезисторы не могут градуироваться индивидуально, так как яв­ляются элементами однократного использования.

В индуктивных преобразователях плоская мембрана из стали или пермаллоя прогибается под действием измеряемого давления, изменяя величину воздушного зазора между ней и магнитопроводом с катушкой. Это приводит к изменению маг­нитного сопротивления, а следовательно, магнитной индукции преобразователя и его индуктивности [46].

Емкостные преобразователи основаны на изменении электри­ческой емкости между подвижным электродом в виде упругого элемента (плоской мембраны) и неподвижным электродом под действием измеряемого давления [46].

Индуктивность и емкость на выходе этих преобразователей может быть измерена в аналоговой или цифровой форме. Пос­ледняя имеет ряд существенных преимуществ: высокую точ­ность измерительных приборов, помехоустойчивость, значитель­ную выходную мощность и т. д. ([45], гл. 9). С целью получения частотного сигнала на выходе емкостный или индуктивный пре образователи могут быть включены в цепь колебательного кон тура электронного генератора [45]. Добротность электрических колебательных контуров невелика (3—100).

Для преобразования давления в частотный сигнал целесооб­разнее использовать механические колебательные системы, доб­ротность которых достигает десятков тысяч. Такие колебатель­ные системы могут быть созданы с помощью струны, плоской или цилиндрической трубки и других элементов. Частота коле­баний струны, соединенной с мембраной, или тонкостенной трубки определяется напряженностью упругого элемента, т. е. давлением, которое воздействует на мембрану или трубку. Для возбуждения колебаний частотных датчиков и преобразования механических колебаний в выходной электрический сигнал не­обходимы специальные устройства — возбудители и приемники колебаний, которые часто совмещаются в одном устройстве, называемом обратимым преобразователем. Для создания в частотном преобразователе автоколебаний образуют замкну­тую систему, в которую, кроме преобразователя и устройств возбуждения и приема колебаний, входит электронный усили­тель. Такая замкнутая система называется генератором автоко­лебаний. Выходная частота генератора определяется резонанс­ной частотой колебательной системы измерительного преобразо­вателя (струны или трубки). Схемы некоторых частотных преобразователей давления приведены на рис. 4-3.

Трубчатая колебательная система образована плоской труб­кой 2, укрепленной в корпусе 1 консольно (рис. 4—3,а). При изменении измеряемого избыточного давления внутри трубки будет меняться частота f собственных колебаний консольной трубки длиной I.При соответствующем подборе размеров си­стемы можно получить практически линейную характеристику зависимости частоты от давления. В качестве возбудителя и приемника (обратимого электромеханического преобразова­теля) применена поляризованная электромагнитная система 3 и 4.

Другая разновидность частотного преобразователя давления показана на рис. 4-3, б.Здесь измеряемое давление воспринима­ется тонкостенной трубкой / цилиндрической формы. Непрерыв­ные колебания трубки возбуждаются двумя взаимно-перпендп­кулярными электромагнитами 2, связанными усилителем 3, с ча-
стотой

где foчастота колебаний при Р=0; Р0постоянная величина, имеющая размерность давления.

Частотный сигнал с рассмотренных преобразователей посту­пает в измерительное устройство типа электронного цифрового частотомера, шкала которого градуируется в значениях изме­ряемого давления.



Рис. 4-3
До сих пор рассматривались приборы, построенные по ме­тоду прямого измерения давления. Их широкое распростране­ние обусловлено простотой, надежностью и малой стоимостью. [Однако точность таких приборов во многом определяется по­грешностями первичного преобразователя давления, упругого Рлемента, которые не могут быть ниже определенного предела.

.Повысить точность измерения давлений удается путем по­строения манометров по методу уравновешивающего преобразо­вания. Рассмотрим некоторые из них.

I Цифровой сильфонный манометр, построенный по методу шРавновешивания с помощью электросилового компенсацион­ного устройства, представлен на рис. 4-4. Прибор состоит из ратчика и измерительного устройства. Усилие Fx, возникающее | сильфоне под действием измеряемого давления Рх, вызывает ■«значительное перемещение подвижного элемента магнито-


электрического обратного преобразователя ОП. С ним жестко связана подвижная пластина емкостного индикатора рассогласо­вания ИР, который включен в мостовую цепь с напряжением пи­тания £/. Возникающее при перемещении подвижной верхней пластины ОП напряжение разбаланса мостовой цепи ALL, уси­ливается электронным усилителем и выпрямляется фазочув-ствительным демодулятором ФЧД. Постоянное напряжение AU^ в широтно-импульсном модуляторе ШИМ преобразуется в про­порциональное ему значение ширины импульсов t. С помощью ключа К отрезки времени заполняются стабильной частотой f0 от задающего кварцевого генератора Г. Число импульсов ча-



Рис. 4-4
стоты /о пропорционально Рхи подсчитывается в счетчике С (цифровой выходной сигнал).

На основе стабилизатора опорного тока СТ /0 в ключе К осуществляется преобразование частоты в средний ток /р, по­ступающий в уравновешивающий обратный магнитоэлектриче­ский преобразователь ОП [45]. Ток /р, взаимодействуя с магнит­ным полем постоянного магнита, создает усилие fp, уравнове­шивающее усилие Fx- Изменение постоянного тока /р может служить аналоговым выходным сигналом.

Основная приведенная погрешность цифрового манометра ±0,2%. Прибор может работать в диапазоне температур от 10 до 40 °С. Температурная погрешность манометра не более 0,1 % на 10 °С.

Дифманометры сильфонные типа ДС-Э и ДС-П, входящие в систему ГСП, также построены по методу силовой компенса­ции. Схема преобразователя перепада давлений в стандартнын сигнал типа ДС-Э приведена на рис. 4-5. Под действием изме­ряемого перепада давлений на чувствительном элементе 1 воз­никает усилие, пропорциональное измеряемому перепаду, кото­рое через систему рычагов 2, 4, 3 воздействует на индикатор рассогласования 5. Сигнал с последнего через усилитель 6 посту­пает в устройство обратной связи 7 (состоящее из магнито­электрического преобразователя, подвижная часть которого свя­зана с системой рычагов 3, 4 и 2)и одновременно в линию ди­станционной передачи выходного стандартного сигнала. Усилие, развиваемое в устройстве обратной связи, увеличивается до тех пор, пока не наступит баланс воздействующих на рычаги сил. Выходной сигнал изменяется в пределах 0—5 мА. Основная приведенная пбгрешность датчиков составляет ±(0,6—1)%.



В отличие от рассмотренных дифманометров датчики типа ДС-ЭР предназначены для измерения расхода. Дифманометры-•расходомеры снабжены квадратичными преобразо­вателями, дающими выход­ной сигнал постоянного то-Ца 0—5 мА, пропорциональ­ный величине измеряемого расхода.



4.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ I МАНОМЕТРЫ

Электрические маномет-
ры основаны на физических
Г явлениях, в которых прояв-
ляется зависимость свойств
[Шибо электрических, либо
легко преобразуемых в
■.электрические от воздейст-
вующего давления. Исполь-
зуя эти явления, создают
первичные измерительные
преобразователи давления в
Рис. 4-5

электрический сигнал. К

.ним относятся: омические, пьезоэлектрические, магнитоупру-гие, тепловые, ионизационные, радиоизотопные манометры е пре­образованием давления в электрический сигнал.

Омические манометры (манометры сопротивления, Цили резистивные) применяются для измерения высоких давле­ний. В качестве первичного преобразователя в этих приборах часто используется манганиновый проводник. Преимущество манганина перед другими материалами для манометров за­ключается в его ничтожно малом температурном коэффициенте [Электрического сопротивления, что обеспечивает независимость 'Показаний манометра от температуры измеряемой и окружаю­щей среды. Кроме того, при давлениях в диапазоне от 100 до ь МПа манганиновые преобразователи обладают постоянной |*Тносительной чувствительностью изменения сопротивления под действием давления. В этом диапазоне давлений, как правило, и применяются манганиновые омические манометры.



Один из вариантов конструкции манганинового преобразо­вателя манометра представлен на рис. 4-6. Измеряемое давле­ние подается в камеру, в которой расположена катушка / из манганиновой проволоки, намотанной бифилярно. Одни конец проволоки припаян к медному стержню 4,другой — к гайке 3, изолированной от стержня эбонитовыми втулками 2 и 5. Для герметизации полости с измеряемым давлением предусмотрено уплотнение 7, поджимаемое гайкой 6. Корпус манометра 8 снаб­жен ниппелем 9 для присоединения манометра к объекту изме­рения. Основная погрешность преобразования давления в актив­ное сопротивление манганиновой проволоки не превышает ± 1 % от предела измерения давления.

В пьезоэлектрических манометрах использу­ется явление пьезоэффекта — свойство некоторых кристалличе­ских веществ (кварца, титана, цирконата бария, сегнетовой соли, турмалина и др.) создавать электрические заряды под действием механической нагрузки. Явления пьезоэффекта до­статочно полно освещены в литературе [46].

Пьезоэлектрические преобразователи представляют собой ге­нераторные преобразователи: их входной величиной является сила, а выходной — количество электричества.

Заряд, возникающий на гранях пьезоэлемента под действием внешних сил, сохраняется лишь при отсутствии утечки, т. е. при бесконечно большом входном сопротивлении измерительно» цепи. Так как это условие практически невыполнимо, для стати­ческих измерений сил и давлений пьезоэлектрические преобра­зователи не используют.

При действии переменных сил количество электричества вос­полняется и становится возможным потребление некоторого тока измерительной цепью. Поэтому эти преобразователи при­меняются исключительно для измерения переменных значений давления в частотном диапазоне от 20 до 7000 Гц.

Преимущественное применение в пьезоэлектрических мано­метрах получили кварцевые преобразователи. Они отличаются большой механической прочностью, удовлетворительными пье­зоэлектрическими и высокими изоляционными свойствами, а также стабильностью пьезоэлектрической характеристики при изменении температуры в широких пределах и во времени.

Один из вариантов конструктивного исполнения преобразо­вателя пьезоэлектрического манометра на основе кристалла кварца показан на рис. 4-7. Измеряемое давление в полости, ограниченной корпусом / и гайкой 2, действует на плоскую мембрану 3, деформация которой через металлическую шайбу 4 передается нижней кварцевой пластине 5. Другая кварцевая пластина расположена сверху плитки 6 и поджимается к пос­ледней через металлическую шайбу 7 и шарик 8 гайкой 9, представляющей собой крышку. К плитке 6 припаян проводник, выводимый через втулку 10. Кварцевые пластины расположены таким образом, чтобы грани с положительным зарядом имели контакт с шайбами 4 и 7, а с отрицательным зарядом — с плит­кой 6. Измерительным прибором может служить, например, ламповый вольтметр постоянного тока в сочетании с электрон­ным осциллографом [46]. Основная приведенная погрешность измерения пьезоэлектрическими манометрами составляет около ±2 %.

Главными составляющими погрешности пьезоэлектрических преобразователей являются: погрешность вследствие непра­вильной (по отношению к градуировочной) установки пластин пьезоэлемента; погрешность, вызванная изменением параметров измерительной цепи (в первую очередь входной емкости); по­грешность, связанная с чувствительностью пьезоэлемента к си­лам, действующим поперек измеряемой; температурная погреш­ность от изменения под действием температуры пьезоэлектриче­ской постоянной; частотная погрешность, появляющаяся за счет Дифференцирующих свойств пьезоэлектрических преобразовате­лей [46].

В связи с тем, что выходное (внутреннее) сопротивление пьезоэлектрического преобразователя велико, а развиваемая им Мощность чрезвычайно мала, выходное напряжение преобразо-вателя требует усиления. Поэтому в качестве вторичного изме­рительного преобразователя (измерительной цепи) используют Усилители с общим входным сопротивлением (108—10м Ом).

Магнитоупругие манометры построены на основе магнитоупругих преобразователей давления в электрический сигнал.




Магнитоупругий эффект возникает при изменении магнитной проницаемости некоторых материалов под влиянием механиче­ских напряжений или деформаций. Если из такого материала выполнить сердечник и на нем разместить обмотку (или две трансформаторные обмотки), то индуктивное электрическое со­противление обмотки (или вторичной обмотки) будет меняться при изменении магнитной проницаемости сердечника, т. е. при изменении внешней механической нагрузки. Таким образом, магнитоупругие преобразователи аналогичны по своим свой­ствам индуктивным и взаимоиндуктивным преобразователям.

Основная приведенная погрешность магнитоупругих преоб­разователей составляет 3—5 %.

К недостаткам магнитоупругих преобразователей следует отнести их сравнительно невысокую точность, которая объясня­ется наличием магнитного гистерезиса, что приводит к несовпа­дению показаний при увеличении и уменьшении давлений, а также влиянием колебаний температуры окружающей среды и изменения напряжения питания на магнитные свойства пре­образователя, нестабильностью магнитных свойств материалов сердечников во времени.

Достоинствами этих датчиков являются простота устройства, отсутствие подвижных частей, высокая надежность, низкая стоимость, удобство обслуживания и эксплуатации. Благодаря этим преимуществам магнитоупругие преобразователи все более широко применяются для технических измерений при определе­нии силы, массы, давления и величин, связанных с ними, осо­бенно в труднодоступных местах, при тяжелых условиях экс­плуатации, при ограничениях на обслуживание.

Схема устройства магнитоупругого датчика давления и кри­вая измерения относительного значения магнитной проницаемо­сти от напряжения материала датчика приведены на рис. 4-8,6, а. Под воздействием измеряемого давления Р растягивается внутренняя тонкостенная стальная трубка /. Она передает растягивающее напряжение на наружную трубку из инвара 2. Относительное значение ее магнитной проницаемости ДрУм, под действием механической напряженности а изменяется в соответ­ствии с зависимостью показанной на рис. 4-8, а. При этом ка­тушка 3 приобретает новое значение индуктивности. Отклонение последней от первоначального значения преобразуется с по­мощью мостовой неравновесной цепи в напряжение разбаланса. Желательно использовать дифференциальное включение изме­рительного и уравновешивающего (нерабочего) преобразовате­лей, зависимости которых от влияющих неинформативных па­раметров одинаковы, благодаря чему повышается точность определения Р. На выходе напряжение измеряется магнито­электрическим прибором, включенным после выпрямителя.

Тепловые вакуумметры основаны на изменении теп­лопроводности газа от степени его разреженности. При низких

влениях (от 0,0133 до 1333 Па), когда длина свободного про­бега соизмерима с геометрическими размерами измерительной системы преобразователя, появляется зависимость теплопровод­ности от давления.

, Такой преобразователь представляет камеру, содержащую в себе нагреватель и измеритель температуры — контактную или бесконтактную термопару или терморезистор. В манометрах с терморезисторами измеряется электрическое сопротивление проводника. В приборах с термопарами измеряется ТЭДС.

Ионизационные вакуумметры состоят из чувстви­тельных элементов. Чувствительный элемент представляет со-



6МПа

а В

Рис. 4-8
й баллон, соединенный с измеряемой средой и содержащий ; катод, сетку и анод-коллектор. В зависимости от давления газа электроны при движении от катода ионизируют большее или меньшее количество молекул. Между электродами возникает Шок пропорциональный измеряемому давлению. ', - Построенный на этом принципе ионизационный вакуумметр типа ВИ-12 рассчитан на давление от 0,0133 до 1,33 Па. Основ­ная погрешность составляет около у=±50 %. РРадиоизотопные вакуумметры основаны на ионизации газа излучениями радиоактивных веществ. Наиболь­шую интенсивность ионизации дает а-излучение, для получения которого служат изотопы радия, тория, полония и др. Устрой­ство манометрического преобразователя радиоизотопного ва­куумметра состоит из камеры, которая соединена с исследуе­мым пространством, двух электродов, питающихся высоким на­пряжением, и источника а-излучения, расположенного на атоде. Величина ионного тока между электродами при прочих постоянных конструктивных и схемных параметрах преобразо­вателя зависит от измеряемого разрежения, если камеру вы­брать таким образом, чтобы она была значительно меньше длины пробега а-частиц.

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   23
написать администратору сайта