36. Трубчатые пружинные манометры с дистанционной передачей показаний дифференцыально-трансформаторной системы.

37. Пьезоэлектрические манометры. Принцип действия и конструктивные особенности приборов.

Принцип действия манометров этого типа основан на пьезоэлектрическом эффекте, сущность которого состоит в возникновении электрических зарядов на поверхности сжатой кварцевой пла­стины, которая вырезается перпенди­кулярно электрической оси кристаллов кварца. Схема пьезоэлектрического манометра представлена на рис. 11.22. Измеряемое давление с помощью мем­браны / преобразуется в усилие, сжи­мающее кварцевые пластины 2. Элек­трический заряд, возникающий на металлизированных плоскостях 3 под действием усилия F со стороны мемб­раны 1, определяется выражением Q = kF=-. kSp,

где р — давление, действующее на ме­таллическую мембрану / с эффектив­ной площадью S; k — пьезоэлектри­ческая постоянная, Кл/Н.

Напряжение на входе усилителя, подключенного к выходу пьезопреоб-разователя, определяется общей ем­костью измерительной цепи С:

и = Q/C.

Кварц в отличие от других сегнетоэлектриков, обладающих пьезоэффектом, является механически прочным и имеет высокую жесткость, что исклю­чает влияние упругой характеристики мембраны 1 на коэффициент передачи пьезоэлектрического преобразователя. Частота собственных колебаний преобразователя достигает десятков ки­логерц, вследствие чего они широко применяются при испытаниях двигате­лей и на других технологических объ­ектах, характеризуемых высокочастот­ными изменениями давления.

П ьезоэлектрическая постоянная кварца, составляющая около 2Х Х10~¹² Кл/Н, отличается стабильно­стью и слабой зависимостью от темпе­ратуры, что позволяет использовать пьезопреобразователи для измерения давления высокотемпературных сред. Из-за утечки заряда пьезоэлектричес­кие преобразователи не используются для измерения статических давлений. С целью повышения чувствительности несколько кварцевых пластин включа­ются параллельно. Верхний предел из­мерения давления у этих приборов достигает 100 МПа (1000 кгс/см²).

38,45 Тензометричеекие манометры «сапфир-22ди(дд)».

Манометры с тензопреобразователями. Манометры с тензорезистивны-ми преобразователями по быстродей­ствию приближаются к пьезоэлектри­ческим манометрам. Первые представ­ляют собой мембраны, на которых размещены проволочные, фольговые или полупроводниковые резисторы, со­противление которых меняется при деформации мембраны под действием давления. Сведения о тензопреобразо-вателях были приведены выше, в § 10.6. Проволочные тензорезисторы проще в изготовлении, но их коэффи­циент тензочувствительности, опреде­ляемый отношением относительных изменений сопротивления к деформа­ции, на порядок меньше, чем у полу­проводниковых. Отечественной про­мышленностью выпускаются маномет­ры с полупроводниковыми тензопреоб-разователями типа «Кристалл».

В настоящее время в СССР начат выпуск приборов давления «Сапфир-22», в которых для преобразования силового воздействия давления в элек тричеосий сигнал используется сап­фировая мембрана с напыленными кремниевыми резисторами. Схема преобразователя «Сапфир-22» типа ДИ, предназначенного для измерения избыточных давлений с верхним пре­делом измерения 0,4. МПа и выше, представлена на рис. 11.23. Чувстви­тельным элементом манометра являет­ся двухслойная мембрана /. Измеря­емое давление действует на металлич ескую мембрану, к которой сверху припаяна сапфировая мембрана с тензорезисторами. Элементы измери­тельной схемы и усилитель находятся в блоке 2.

Принципиальная схема размещения резисторов на поверхности сапфиро­вой мембраны представлена на рис. 11.24, а. При деформации мембраны в соответствии с эпюрой, приведенной на рис. 11.24, б, касательные напря­жения 8 т имеют постоянный знак, тог­да как радиальные ьт его меняют. В связи с этим у радиалыю размещен­ных тензорезисторов вблизи края мем­браны с ростом давления сопротивле­ние снижается, а у касательно разме­щенных увеличивается. Выбирая точки размещения тензорезисторов, обеспе­чивают увеличение чувствительности измерительной схемы и возможность введения температурной компенсации.

Преобразователи «Сапфир-22» име­ют на выходе токовый сигнал 0—5 мД (0—20, 4—20 мА) при сопротивления нагрузки до 2,5 кОм (1 кОм), пре­дельная погрешность приборов 0,25; 0,5 %, напряжение питания преобра­зователей 36 В. Приборы выпускают в нескольких модификациях, предна­значенных для измерения избыточного давления (ДИ)', вакуума (ДВ), избы­точного давления и вакуума (ДИВ), абсолютного давления (ДА), разности давлений (ДД), гидростатическогодавления (ДГ) Пределы измерения преобразователей в соответствии со стандартными рядами находятся в границах областей, указанных на рис. 11.19.

В преобразователях с диапазоном измерения менее 0,4 МПа (рис. 11.25} используются в качестве чувствитель­ных элементов блоки из двух мембран /, 2, жестко соединенных между собой и находящихся под воздействием ат­мосферного и измеряемого давлений (разрежения), либо разности давле­ний. Жесткость мембранного блока определяется жесткостью мембранно-рычажного тензопреобразователя.

Смещение центров мембран приводит к изгибу рычага 3 и сапфировой мемб­раны с тензорезисторами 4. Усилитель и элементы измерительной схемы на­ходятся в блоке 5.

Основным достоинством преобразо­вателей «Сапфир-22» является исполь­зование небольших деформаций чув­ствительных элементов, что повышает их надежность и стабильность харак­теристик, а также обеспечивает виб­роустойчивость преобразователей. Прн осуществлении тщательной темпера­турной компенсации предельная по­грешность приборов может быть сни­жена до 0,1 %.

Для измерения высоких давлений в диапазоне 250—1600 МПа используются манометры сопротивления манганиновые, в которых чувствитель­ным элементом является катушка из манганиновой проволоки. Сопротивле­ние последней меняется под воздейст­вием измеряемого давления, коэффи­циент изменения сопротивления сос­тавляет 2,4-10-¹¹ 1/Па. Предельная погрешность манометров не превыша­ет 1 %.