Чувствительные элементы датчиков давления и перепада давления.

Рис. 4. Схемы действия мембранных чувствительных элементов давления

Рис. 6. Схемы действия сильфонных датчиков давления

Рис. 7. Схемы действия трубчатых датчиков давления

Давление. В энергетической установке судна давление измеряют в очень широком диапазоне. Воспринимают давление, как правило, упругие и эластичные ЧЭ, деформирующиеся под действием силы от давления среды. Эта сила обычно уравновешивается силой действия пружины СУ. Для измерения малых давлений применяют плоские эластичные и жесткие мембраны (рис.4, а). Эластичные мембраны изготавливают из аэростатной ткани или дюритовой резины. Ограниченно распространены жесткие мембраны, изготовленные из нержавеющей стали и бериллиевой бронзы, недостатком которых является малый диапазон перемещения. Для увеличения хода применяют мембраны с гофром, направленным вогнутостью в стороны измеряемого давления (рис. 4, б).

Увеличить усилие, развиваемое мембраной, можно применением жесткого центра (рис. 4, в).

Сильфонный датчик давления (гармониковая мембрана) представляет собой гофрированную упругую металлическую трубку, закрытую с одного торца, образующего активную площадь (рис. 6, а).

В датчике эта сила уравновешивается суммой сил упругости сильфона (за счет его собственной жесткости) и дополнительной пружины (рис. 6, б). Выходным сигналом датчика является перемещение Δ y_Дштока.

Сильфонные датчики применяют для измерения давления различных сред в широком диапазоне (0, 01- 100) 10⁵ Па. При измерении малого давления пружина может отсутствовать, в этом случае действующая сила полностью уравновешивается за счет упругости самого сильфона. Жесткость сильфона зависит от его геометрических размеров, материала, числа гофр и слоев. Для измерения высокого давления необходимо увеличить толщину стенки сильфона, что приводит к повышению его жесткости. В этом случае жесткость можно снизить, сделав сильфон двух-трехслойным в зависимости от необходимой прочности.

Манометрическая трубка, или трубка Бурдона (рис. 7, а), представляет собой упругую металлическую трубку эллиптического или прямоугольного сечения, согнутую по радиусу. К неподвижно закрепленному концу трубки подводится измеряемое давление р, которое действует на ее внутренние поверхности, имеющие разные площади, и создает усилие, направленное в сторону поверхности с большей площадью.

Это усилие уравновешивается силой упругости самой трубки. Выходной сигнал датчика в виде перемещения Δ у_Д свободного конца трубки пропорционален изменению давления Δ р. При повышении давления трубка выпрямляется, а при снижении - сгибается.

Достоинствами трубки Бурдона являются большая механическая прочность, простота конструкции и широкий диапазон измеряемого давления при линейной характеристике, что позволяет широко использовать ее в контрольно-измерительных приборах и приборах автоматических устройств. Металлические мембраны и трубки Бурдона в рабочей зоне обладают свойствами пружин и практически не имеют остаточной деформации. Диапазон измеряемого давления на линейном участке характеристики определяется пределом упругости трубчатой пружины и зависит от конструктивных соотношений размеров и механических свойств материала трубки.

Превышение предельных значений вызывает остаточную деформацию пружины, что недопустимо в эксплуатации.

Для измерения давления до 100· 10⁵ Па трубчатые пружины изготавливают из латуни или бронзы, для более высокого - из стали.

Геликоидальная пружина (рис. 7, б) представляет собой упругую металлическую трубку эллиптического сечения, закрученную по спирали. К неподвижно закрепленному концу трубки подводится измеряемое давление р. Принципы действия геликоидальной пружины и трубки Бурдона аналогичны. Выходным сигналом датчика является угловое перемещение Δ а_Д свободного конца трубки. Геликоидальные пружины применяют в случаях, когда требуется получить большие перемещения выходного звена датчика при малых изменениях давления.

Рис. 8. Схемы действия датчиков перепада давления

Перепад давлений. Перепад Δ р = р₁ – р₂ часто измеряют для определения расхода жидкости или газа, а также сопротивления участка трубопровода. Для измерения малых перепадов давления (от 10 до 1600 Па) используют мембранный датчик из эластичной аэростатной ткани, дюритовой резины или фольги (рис. 8, а).

Измеряемые давления р₁ и р₂ подводятся к полости датчика с обеих сторон мембраны, на жестком центре которой создается усилие F_Ч. пропорциональное их разности и направленное в сторону меньшего давления. Выходной шток уплотняется в корпусе сальником или сильфоном. Во втором случае приведенная активная площадь мембраны со стороны штока будет меньше на размер активной площади уплотнительного сильфона.

Сильфонный датчик перепада давления (рис. 8, б) имеет измеряемый диапазон значительно шире, чем мембранный. Состоит датчик из двух сильфонов с одинаковой активной площадью, преобразующих измеряемые давления в силы, направленные в противоположные стороны.

Разность сил, приведенная к соединительному штоку, уравновешивается силами действия пружины и упругости самих сильфонов. Выходным сигналом датчика является перемещение рычага Δ у_Д, пропорциональное изменению перепада давлений Δ (р₁ – р₂). Двухсильфонные и двухмембранные датчики обладают высокой чувствительностью из-за отсутствия сил сухого трения в уплотнениях штоков.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒