§ 1.3. Перетворювачі, де вихідним сигналом є тиск газу або рідини

Дросельні перетворювачі використовуються для вимірювання витрати газу або рідини, що транспортуєтеся трубопроводом. Принцип дії таких перетворювачів ґрунтується на рівнянні стаціонарного руху ідеальної рідини, сформульованому Д. Бернуллі: якщо зменшити переріз труби, то швидкість газу або рідини в цьому місці зростає, а тиск зменшується (рис. 1.36, а), причому різниця тисків до звуження і після нього може бути показником витрати Q речовини в трубопроводі, оскільки чим більша витрата, тим більша і різниця . Після звуження потік речовини знову розширюється, швидкість його зменшується, а тиск поновлюється, але внаслідок втрат на тертя — не до попередньої величини (це явище називається необоротною втратою тиску (див. рис. 1.36,а)).

Будову найпростішого дросельного перетворювача витрати нор­мальної діафрагми показано на рис. 1.36,б, а так зване нормальне сопло— 1.36, в, в якому необоротні втрати тиску дещо менші, ніж у нормальній діафрагмі. Ще досконалішим перетворювачем є тру­ба Вентурі (рис. 1.37), де необоротні втрати тиску значно менші, ніж у перетворювачах, розглянутих вище.

Золотниковий перетворювач зображено на рис. 1.38. Якщо його поршень переміщується вгору, то робоче тіло під тиском потрапляє у верхню вихідну трубку, а нижня видана трубка з'єднується з атмосферним тиском ( = ; = ), якщо ж поршень золот­ника переміщується вниз, то все відбувається навпаки: = ; = . Золотникові перетворювачі бувають гідравлічні (робоче тіло— рідина під тиском) і пневматичні (робоче тіло — стиснене повітря).

Рис. 1.36

Рис. 1.38

Рис. 1.37

Струминний перетворювач показано на рис. 1.39. Якщо стру­минна трубка розташована вертикально, то робоче тіло під тиском розподіляється рівномірно між лівою та правою вихідними труб­ками, тому . Якщо ж струминну трубку трохи повернути на­вколо точки О за годинниковою стрілкою, то тиск стане біль­шим, ніж ; при обертанні струминної трубки проти годинникової стрілки буде > . Різниця між та стає відчутною при дуже малих переміщеннях вільного кінця струминної трубки. Струминні перетворювачі бувають гідравлічні й пневматичні.

Перетворювач «сопло-заслінка» (рис. 1.40) складається з двох звужувальних пристроїв: одного 1 з постійним перерізом, другого зі змінним. Чим ближче заслінка 3 до сопла 2, тим переріз цього звужувального пристрою менший, і тим тиск на виході більший (якщо заслінка закриє сопло повністю, тиск становитиме ; якщо вона переміститься досить далеко від сопла, то тиск майже зрівняється з атмосферним ). Ці перетворювачі бувають пневматичні (найчастіше) і гідравлічні.

Термоманометричні перетворювачі зображено на рис. 1.41. У га­зовому термоманометричному перетворювачі (рис. 1.41, а, де 1 — балон, 2, 3— капіляр) порожнина заповнена азотом або гелієм; при підвищенні температури х=t тиск газу у=р також збільшується (відповідно до закону, що відкрив французький фізик Жак Александр Цезар Шарль).

Рис. 1.40

Рис. 1.39

Рис. 1.41

У парових термоманометричних перетворювачах робочим тілом є рідина, що має низьку температуру кипіння (ацетон, бензол). При роботі цього перетворювача частина рідини випаровується, причому тиск пари при збільшенні температури зростає значно швидше, ніж у газових перетворювачах (тобто чутливість парових перетворювачів вища, ніж газових). Проте для правильної роботи парового перетворювача необхідно, щоб пара робочої рідини була тільки в балоні, а у вихідному капілярі — рідина (оскіль­ки тиск на виході перетворювача залежить від мінімальної температури пари в системі, й якби у капілярі теж була насичена пара, вихідний тиск відповідав би не вимірюваній температурі, а темпе­ратурі повітря навколо капіляра). Аби уникнути цього, вихідний капіляр закінчується всередині балона трубкою, яку слід занурити в робочу рідину (рис. 1.41,б, в). Термобалон парового перетворю­вача заповнюється робочою рідиною приблизно на 2/3 об’єму; кіль­кість рідини повинна бути такою, щоб при найбільшій робочій температурі вона випаровувалася не вся, а при найменшій температурі робочого діапазону в термобалоні залишалася б деяка кількість насиченої пари.

Газові термоманометричні перетворювачі мають відносно ве­лику інерційність, у парових вона значно менша.