Измерение давления при помощи сильфонных манометров.

1 - упругий чувствительный элемент;

2 - корпус;

3 - шток;

4 - устройство индикации;

5 - предохранительная трубка.

Конструкцию мембранного и сильфонного манометра образует упругий чувствительный элемент 1, размещенный в корпусе 2. В мембранных манометрах в качестве чувствительного элемента используют гофрированную мембрану, в сильфонных манометрах – поперечно гофрированную трубку – сильфон.

Под действием измеряемого давления p_изм чувствительный элемент 1 манометра деформируется, что приводит к перемещению его торца. Это перемещение передается через шток 3 в устройство индикации 4, где преобразуется в перемещение стрелки указателя относительно шкалы.

Используя мембранный или сильфонный манометр, можно измерять относительное давление p_отн с погрешностью не более ±2 %. Диапазон измеряемых давлений для мембранных манометров – от –0, 1 до 2, 5 МПа; для сильфонных манометров – от –0, 1 до 60 МПа.

Уравнение шкалы деформационных манометров. Для упругого перемещения х чувствительного элемента можно записать:

х = p_изм/k_p,

где k_p – жесткость по давлению чувствительного элемента. Жесткость k_p рассмотренных упругих элементов постоянна в широком диапазоне давлений, поэтому манометры на их основе имеют линейную шкалу.

Свойства деформационных манометров:

- хорошо видимая шкала;

- простота эксплуатации;

- широкий диапазон измеряемых давлений;

- возможность регулирования, сигнализации, дистанционной передачи и автоматической записи показаний;

- старение упругого элемента уменьшает точность измерений.

Манометры могут дополнительно оснащаться:

- контактными группами для сигнализации и позиционного регулирования давления;

- устройством дистанционной передачи показаний – преобразователем угла поворота (линейного перемещения) в электрический сигнал на основе резистивного или индукционного преобразователя.

Устройство и принцип работы электронных датчиков давления.

Датчик давления — устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газы, пар). В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический, электрический сигналы или цифровой код.

Принципы реализации

Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент - приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей, в том числе для герметичного соединения датчика с объектом и защиты от внешних воздействий и устройства вывода информационного сигнала. Основными отличиями одних приборов от других являются пределы измерений, динамические и частотные диапазоны, точность регистрации давления, допустимые условия эксплуатации, массогабаритные характеристики, которые зависят от принципа преобразования давления в электрический сигнал: тензометрический, пьезорезистивный, ёмкостный, индуктивный, резонансный, ионизационный, пьезоэлектрический и другие.

Тензометрический метод

Чувствительные элементы датчиков базируются на принципе изменения сопротивления при деформации тензорезисторов, приклеенных к упругому элементу, который деформируется под действием давления.

Пьезорезистивный метод

Основан на интегральных чувствительных элементах из монокристаллического кремния. Кремниевые преобразователи имеют высокую чувствительность благодаря изменению удельного объемного сопротивления полупроводника при деформировании давлением. Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются, так называемые, Low cost — решения, основанные на использовании чувствительных элементов либо без защиты, либо с защитой силиконовым гелем. Для измерения агрессивных сред и большинства промышленных применений используется преобразователь давления в герметичном металло-стеклянном корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды посредством кремнийорганической жидкости.

Мкостный метод

" Сердцем" датчика давления является ёмкостная ячейка. Ёмкостный метод основан на зависимости изменения электрической ёмкости между обкладками конденсатора и измерительной мембраны от подаваемого давления. Основными преимуществом ёмкостного метода является защита от перегрузок (изм. мембрана при перегрузке ложится на стенки «обкладки» конденсатора, длительное время не подвергаясь деформации, при снятии перегрузки, мембрана восстанавливает исходную форму, при этом дополнительная калибровка сенсора не требуется), также обеспечивается высокая стабильность метрологических характеристик, уменьшение влияния температурной погрешности за счет малого объема заполняющей жидкости непосредственно в ячейке.

Резонансный метод

В основе метода лежит изменение резонансной частоты колеблющегося упругого элемента при деформировании его силой или давлением. Это и объясняет высокую стабильность датчиков и высокие выходные характеристики прибора. К недостаткам можно отнести индивидуальную характеристику преобразования давления, значительное время отклика, невозможность проводить измерения в агрессивных средах без потери точности показаний прибора.

Индуктивный метод

Основан на регистрации вихревых токов (токов Фуко). Чувствительный элемент состоит из двух катушек, изолированных между собой металлическим экраном. Преобразователь измеряет смещение мембраны при отсутствии механического контакта. В катушках генерируется электрический сигнал переменного тока таким образом, что заряд и разряд катушек происходит через одинаковые промежутки времени. При отклонении мембраны создается ток в фиксированной основной катушке, что приводит к изменению индуктивности системы. Смещение характеристик основной катушки дает возможность преобразовать давление в стандартизованный сигнал, по своим параметрам прямо пропорциональный приложенному давлению.

Пьезоэлектрический метод

В основе лежит прямой пьезоэлектрический эффект, при котором пьезоэлемент генерирует электрический сигнал, пропорциональный действующей на него силе или давлению. Пьезоэлектрические датчики используются для измерения быстроменяющихся акустических и импульсных давлений, обладают широкими динамическими и частотными диапазонами, имеют малую массу и габариты, высокую надежность и могут использоваться в жестких условиях эксплуатации.

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒