Ответы:

1) Электрическое сопротивление, последовательное, параллельное соединение проводников. Второй закон Кирхгофа.

Электрическое сопротивление- величина, характеризующая противодействие электрической цепи (или её участка) электрическому току измеряется в Омах. Э. с. обусловлено передачей или преобразованием электрической энергии в другие виды: при необратимом преобразовании электрической энергии (преимущественно в тепловую) Э. с. называется сопротивлением активным Э. с., обусловленное передачей энергии электрическому или магнитному полю (и обратно), называется сопротивлением реактивным

Последовательным называется такое соединение резисторов, когда конец одного проводника соединяется с началом другого и т.д. (рис. 1). При последовательном соединении сила тока на любом участке электрической цепи одинакова. Это объясняется тем, что заряды не могут накапливаться в узлах цепи. Их накопление привело бы к изменению напряженности электрического поля, а следовательно, и к изменению силы тока. Поэтому I=I1=I2.

Параллельным называется такое соединение резисторов, когда одни концы всех резисторов соединены в один узел, другие концы — в другой узел (рис. 2). Узлом называется точка разветвленной цепи, в которой сходятся более двух проводников. При параллельном соединении резисторов к точкам Μ и N подключен вольтметр. Он показывает, что напряжения на отдельных участках цепи с сопротивлениями R₁ и R₂ равны. Это объясняется тем, что работа сил стационарного электрического поля не зависит от формы траектории:U=U1=U2.

Применяется к контурам: в любом контуре сумма напряжений на всех элементах и участках цепи, входящих в этот контур, равна нулю. Направление обхода каждого  контура можно выбирать произвольно. Знаки определяются в зависимости от совпадения напряжений с направлением обхода.

                                                      (1.18а)

Вторая формулировка: в любом замкнутом контуре алгебраическая сумма напряжений на всех участках с сопротивлениями, входящих в этот контур, равно алгебраической сумме ЭДС.

      

3)Мощность электрического тока показывает работу тока, совершенную в единицу времени и равна отношению совершенной работы ко времени, в течение которого эта работа была совершена. ЭДС-физ. величина, характеризующая действие сторонних (непотенциальных) сил в источниках пост. или перем. тока; в замкнутом проводящем контуре равна работе этих сил по перемещению единичного положит. заряда вдоль всего контура. 

4)Сила тока в полной цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи. При движении зарядов в электрической цепи выполняется работа. Численно работа, совершаемая при перенесении электрического заряда q между двумя точками, разность потенциалов между которыми равна U, может быть определена по формуле

 

5) Первый закон Кирхгофа:Алгебраическая сумма величин токов в точке разветвления равна нулю. Закон Джоуля-Ленца: Q = I²Rt.

6) Трансформатором называют статическое электромагнитное устройство, имеющее две или большее число индуктивно-связанных обмоток и предназначенное для преобразования посредством электромагнитной индукции одной (первичной) системы переменного тока в другую (вторичную) систему переменного тока. Принцип действия трансформатора. Электромагнитная схема однофазного двухобмоточного трансформатора состоит из двух обмоток размещенных на замкнутом магнитопроводе, который выполнен из ферромагнитного материала. Применение ферромагнитного магнитопровода позволяет усилить электромагнитную связь между обмотками, т.е. уменьшить магнитное сопротивление контура, по которому проходит магнитный поток трансформатора. Первичную обмотку 1 подключают к источнику переменного тока – электрической сети с напряжением сети u₁. К вторичной обмотке 2 присоединяют сопротивление нагрузки Zн.

Обмотку более высокого напряжения называют обмоткой высшего напряжения (ВН), а низкого напряжения – обмоткой низшего напряжения (НН). Начала и концы обмотки ВН обозначают буквами А и Х; обмотки НН – буквами а и х.

При подключении к сети в первичной обмотке возникает переменный ток i₁, который создаёт переменный магнитный поток Ф, замыкающийся по магнитопроводу. Поток Ф индуцирует в обеих обмотках переменные ЭДС – е₁ и е₂ пропорциональные, согласно закону Максвелла, числам витков w₁ и w₂ соответствующей обмотки и скорости изменения потока dФ/dt.

Трансформатор может работать только в цепях переменного тока. Если первичную обмотку трансформатора подключить к источнику постоянного тока, то в его магнитопроводе образуется магнитный поток, постоянный во времени по величине и направлению. Поэтому в первичной и вторичной обмотках в установившемся режиме не индуцируются ЭДС, а, следовательно, не передаётся электрическая энергия из первичной цепи во вторичную. Такой режим опасен для трансформатора, так как из-за отсутствия ЭДС E₁ в первичной обмотке ток I₁ = U₁ / R₁ весьма большой.

Важным свойством трансформатора, используемым в устройствах автоматики и радиоэлектроники, является способность его преобразовывать сопротивление нагрузки. Если к источнику переменного тока подключить нагрузку с сопротивлением R через трансформатор с коэффициентом трансформации n, то для цепи источника. Коэффициент трансформации трансформатора — это величина, выражающая масштабирующую (преобразовательную) характеристику трансформатора относительно какого-нибудь параметра электрической цепи (напряжения, тока, сопротивления и т. д.).

7) Автотрансформа́тор — вариант трансформатора, в котором первичная и вторичная обмотки соединены напрямую, и имеют за счёт этого не только магнитную связь, но и электрическую. Обмотка автотрансформатора имеет несколько выводов (как минимум 3), подключаясь к которым, можно получать разные напряжения.

Преимуществом автотрансформатора является более высокий КПД, поскольку лишь часть мощности подвергается преобразованию — это особенно существенно, когда входное и выходное напряжения отличаются незначительно. Недостатком является отсутствие электрической изоляции (гальванической развязки) между первичной и вторичной цепью. В промышленных сетях, где наличие заземления нулевого провода обязательно, этот фактор роли не играет, зато существенным является меньший расход стали для сердечника, меди для обмоток, меньший вес и габариты, и в итоге — меньшая стоимость.

Распространены аббревиатуры:

ЛАТР - Лабораторный Автотрансформатор Регулируемый.

РНО - трансформатор с Регулируемым Напряжением Однофазный.

РНТ - трансформатор с Регулируемым Напряжением Трёхфазный.

Разделительный трансформатор (трансформатор безопасности) — трансформатор, первичная обмотка которого отделена от вторичных обмоток с помощью двойной или усиленной изоляции, или между обмотками имеется заземленный металлический защитный экран (пп. 1.7.44 и 1.7.49 ПУЭ).

Безопасный разделительный трансформатор — разделительный трансформатор, предназначенный для питания цепей с наибольшим рабочим напряжением не более 50 В переменного и 120 В постоянного тока (п. 1.7.85. ПУЭ). Трансформатор будет являться разделительным, если его вторичная обмотка не заземлена. Обычно используются трансформаторы с коэффициентом трансформации 1.

Применение: Разделительные трансформаторы применяются там, где необходима гальваническая развязка первичной и вторичной (нагрузка) цепей, а также изоляция подключаемого оборудования от контура заземления. Электрооборудование рекомендуется подключать в сеть, для повышения электробезопасности, через разделительный трансформатор.

Например, согласно «Правилам устройства электроустановок», ванные комнаты входят в категорию особо опасных помещений из-за наличия повышенной влажности, текущей воды и обилия изделий из металла, имеющих неустойчивое заземление. Установка розеток на 220 В допускается только в определенной зоне таких помещений, причём должны быть выполнены особые меры защиты от поражения электрическим током, в частности допускается включение розеток через разделительный трансформатор.

Применение такого подключения электроприемника существенно снижает вероятность поражения электрическим током, так как токи, возникающие в случае пробоя изоляции, имеют небольшое значение, что обусловлено гальванической изоляцией вторичных цепей трансформатора от цепей заземления

8) Реле́ - электрический аппарат, предназначенный для коммутации электрических цепей (скачкообразного изменения выходных величин) при заданных изменениях электрических или не электрических входных величин. Релейные элементы (реле) находят широкое применение в схемах управления и автоматики, так как с их помощью можно управлять большими мощностями на выходе при малых по мощности входных сигналах; выполнять логические операции; создавать многофункциональные релейные устройства; осуществлять коммутацию электрических цепей; фиксировать отклонения контролируемого параметра от заданного уровня; выполнять функции запоминающего элемента и т. д. Первое реле было изобретено американцем Дж. Генри в 1831 г. и базировалась на электромагнитном принципе действия, следует отметить что первое реле было не коммутационным, а первое коммутационное реле изобретено американцем С. Бризом Морзе в 1837 г. которое в последствии он использовал в телеграфном аппарате. Слово реле возникло от английского relay, что означало смену уставших почтовых лошадей на станциях или передачу эстафеты (relay) уставшим спортсменом. еле обычно состоит из трех основных функциональных элементов: воспринимающего, промежуточного и исполнительного.

Воспринимающий (первичный) элемент воспринимает контролируемую величину и преобразует её в другую физическую величину.

Промежуточный элемент сравнивает значение этой величины с заданным значением и при его превышении передает первичное воздействие на исполнительный элемент.

Исполнительный элемент осуществляет передачу воздействия от реле в управляемые цепи. Все эти элементы могут быть явно выраженными или объединёнными друг с другом.

Воспринимающий элемент в зависимости от назначения реле и рода физической величины, на которую он реагирует, может иметь различные исполнения, как попринципу действия, так и по устройству. Например, в реле максимального тока или реле напряжения воспринимающий элемент выполнен в виде электромагнита, в реле давления - в виде мембраны или сильфона, в реле уровня - в вице поплавка и т.д.

По устройству исполнительного элемента реле подразделяются на контактные и бесконтактные.

Контактные реле воздействуют на управляемую цепь с помощью электрических контактов, замкнутое или разомкнутое состояние которых позволяет обеспечить или полное замыкание или полный механический разрыв выходной цепи.

Бесконтактные реле воздействуют на управляемую цепь путём резкого (скачкообразного) изменения параметров выходных электрических цепей (сопротивления, индуктивности, емкости) или изменения уровня напряжения (тока).

Принцип действия: Электромагнитные реле, благодаря простому принципу действия и высокой надежности, получили самое широкое применение в системах автоматики и в схемах защиты электроустановок. Электромагнитные реле делятся на реле постоянного и переменного тока. Реле постоянного тока делятся на нейтральные и поляризованные. Нейтральные реле одинаково реагируют на постоянный ток обоих направлений, протекающий по его обмотке, а поляризованные реле реагируют на полярность управляющего сигнала. Работа электромагнитных реле основана на использовании электромагнитных сил, возникающих в металлическом сердечнике при прохождении тока по виткам его катушки. Детали реле монтируются на основании и закрываются крышкой. В исходном положении якорь удерживается пружиной. При подаче напряжения электромагнит притягивает якорь, преодолевая её усилие, и замыкает или размыкаетконтакты в зависимости от конструкции реле. После отключения напряжения пружина возвращает якорь в исходное положение. В некоторые модели, могут быть встроены электронные элементы. Это резистор, подключенный к обмотке катушки для более чёткого срабатывания реле, или (и) конденсатор, параллельный контактам для снижения искрения и помех. Управляемая цепь электрически никак не связана с управляющей, более того в управляемой цепи величина тока может быть намного больше чем в управляющей. То есть реле по сути выполняют роль усилителя тока, напряжения и мощности в электрической цепи.Реле переменного тока срабатывают при подаче на их обмотки тока определенной частоты, то есть основным источником энергии является сеть переменного тока. Конструкция реле переменного тока напоминает конструкцию реле постоянного тока, только сердечник и якорь изготавливаются из листов электротехнической стали, чтобы уменьшить потери на гистерезис и вихревые токи.

10) Геркон — электромеханическое устройство, представляющее собой пару ферромагнитных контактов, запаянных в герметичную стеклянную колбу. При поднесении к геркону постоянного магнита или включении электромагнита контакты замыкаются. Герконы используются как бесконтактные выключатели, датчики близости и т. д.

Геркон с электромагнитной катушкой составляет герконовое реле.

Существуют также герконы, размыкающие цепь при возникновении магнитного поля, и герконы с переключающей группой контактов.

Герконы различаются также по конструктивным особенностям. Они бывают сухими (с сухими контактами) и ртутными, в которых капля ртути смачивает контактирующие поверхности, уменьшая их электрическое сопротивление и предотвращая вибрацию пластин в процессе работы.

Преимущества: Контакты геркона находятся в вакууме или в инертном газе и слабо обгорают, даже если при замыкании или размыкании между контактами возникает искра.

• Долговечность герконов. Считается, что если не бить геркон и не пропускать очень большие токи, то срок службы геркона бесконечен, (хотя в технических данных на герконы указаны ограничения, 10⁸—10⁹ и больше срабатываний).

• Меньший размер по сравнению с классическим реле, рассчитанным на такой же ток.

• Отсутствие необходимости применения тугоплавких и драгоценных металлов для контактов.

• Герконы почти бесшумны.

• Высокое (относительно классических реле) быстродействие.

Герконовое реле-Простейшее герконовое реле с замыкающими контактами состоит из двух контактных сердечников с высокой магнитной проницаемостью (пермаллой), размещенных в стеклянном герметичном баллоне, заполненном либо инертным газом, либо чистым азотом, либо сочетанием азота с водородом. Давление внутри баллона герконового реле 0.4¸0.6*10^5 Па.       Инертная среда предотвращает окисление контактных сердечников. Стеклянный баллон герконового реле устанавливается внутри обмотки управления, питаемой постоянным током. При подаче тока в обмотку герконового реле возникает магнитное поле, которое проходит по контактным сердечникам через рабочий зазор зазор между ними и замыкается по воздуху вокруг катушки управления. Создаваемый при этом магнитный поток при прохождении через рабочий зазор образует тяговую электромагнитную силу, которая, преодолевая упругость контактных сердечников, соединяет их между собой.       Для создания минимального переходного сопротивления контактов, поверхности касания герконов покрывают золотом, радием, паладием или (на худой конец) серебром.  При отключении тока в обмотке электромагнита герконового реле сила исчезает, и под действием сил упругости контакты размыкаются.        В герконовых реле отсутствуют детали, подвергающиеся трению, а контакты сердечника многофункциональны, так как при этом выполняют одновременно функцию магнитопровода, пружины и токопровода.  Для уменьшения размеров намагничивающей катушки увеличивают допустимую плотность тока, используя для намотки теплостойкий эмалированный провод. Все детали изготавливаются штамповкой, а соединяются сваркой или пайкой. Для уменьшения зоны включенного состояния в герконах применяются магнитные экраны.  Пружины герконов не имеют предварительных натягов, поэтому включение их контактов происходит без периода трогания.  Если в герконах наряду с электромагнитом используется постоянный магнит, то герконы из нейтральных переходят в поляризованные.        В отличии от электромагнитных реле обычного типа, у которых контактное нажатие зависит от параметров контактных пружин, контактное нажатие герконовых реле зависит от МДС обмотки и увеличивается с ее ростом.       Из-за технологической погрешности коэффициента возврата герконовые реле имеют большой разброс от 0,3 до 0,9. С целью увеличения коммутационного тока и номинальной мощности герконовые реле имеют дополнительные дугогасительные контакты. Такие реле называются герметичные силовые контакты или герсиконы. Промышленностью выпускаются герсиконы от 6,3 до 180 А. Частота включений в час достигает 1200.  С помощью герсиконов осуществляется пуск асинхронных двигателей мощностью до 3 кВт.  Особый класс герконов – реле на ферритах, которые обладают свойством памяти. В таких реле для переключения в катушку необходимо подать импульс тока обратной полярности с целью размагничивания ферритного сердечника. Они называются герметизированные запоминающие контакты или гезаконы. 

11) Тепловые реле - это электрические аппараты, предназначенные для защиты электродвигателей от токовой перегрузки. Наиболее распространенные типы тепловых реле - ТРП, ТРН, РТЛ и РТТ.

Принцип действия тепловых реле

Долговечность энергетического оборудования в значительной степени зависит от перегрузок, которым оно подвергается во время работы. Для любого объекта можно найти зависимость длительности протекания тока от его величины, при которых обеспечивается надежная и длительная эксплуатация оборудования. Эта зависимость представлена на рисунке (кривая 1).

При номинальном токе допустимая длительность его протекания равна бесконечности. Протекание тока, большего, чем номинальный, приводит к дополнительному повышению температуры и дополнительному старению изоляции. Поэтому чем больше перегрузка, тем кратковременнее она допустима. Кривая 1 на рисунке устанавливается исходя из требуемой продолжительности жизни оборудования. Чем короче его жизнь, тем большие перегрузки допустимы.

При идеальной защите объекта зависимость tср (I) для теплового реле должна идти немного ни-же кривой для объекта.

Для защиты от перегрузок, наиболее широкое распространение получили тепловые реле с биметаллической пластиной.

Биметаллическая пластина теплового реле состоит из двух пластин, одна из которых имеет больший температурный коэффициент расширения, другая — меньший. В месте прилегания друг к другу пластины жестко скреплены либо за счет проката в горячем состоянии, либо за счет сварки. Если закрепить неподвижно такую пластину и нагреть, то произойдет изгиб пластины в сторону материала с меньшим. Именно это явление используется в тепловых реле.

Широкое распространение в тепловых реле получили материалы инвар (малое значение a) и немагнитная или хромоникелевая сталь (большое значение a).

Нагрев биметаллического элемента теплового реле может производиться за счет тепла, выделяемого в пластине током нагрузки. Очень часто нагрев биметалла производится от специального нагревателя, по которому протекает ток нагрузки. Лучшие характеристики получаются при комбинированном нагреве, когда пластина нагревается и за счет тепла, выделяемого током, проходящим через биметалл, и за счет тепла, выделяемого специальным нагревателем, также обтекаемым током нагрузки.

Прогибаясь, биметаллическая пластина своим свободным концом воздействует на контактную систему теплового реле.

12) 2. (магнитный пускатель) — это низковольтное электромагнитное (электромеханическое) комбинированное устройство распределения и управления, предназначенное для пуска и разгона электродвигателя до номинальной скорости, обеспечения его непрерывной работы, отключения питания и защиты электродвигателя и подключенных цепей от рабочих перегрузок. Пускатель представляет собой контактор, комплектованный дополнительным оборудованием: тепловым реле, дополнительной контактной группой или автоматом для пуска электродвигателя, плавкими предохранителями.Помимо простого включения, в случае управления электродвигателем пускатель может выполнять функцию переключения направления вращения его ротора (т. н. реверсивная схема), путем изменения порядка следования фаз для чего в пускатель встраивается второй контактор. Переключения обмоток трехфазного двигателя со «звезды» на «треугольник» производится для уменьшения пускового тока двигателя. Исполнение магнитных пускателей может быть открытым и защищенным (в корпусе); реверсивным и нереверсивным; со встроенной тепловой защитой электродвигателя от перегрузки и без нее. Реверсивный магнитный пускатель (реверсивная сборка) представляет собой два трёхполюсных контактора, укреплённых на общем основании и сблокированных механической или электрической блокировкой, исключающей возможность одновременного включения контакторов. Магнитный пускатель, контактор или реле имеют силовые и блокировочные контакты. Силовые используются для коммутации мощной нагрузки; блок-контакты — в управляющей цепи. Силовой и блок-контакт может быть нормально разомкнутыми (англ. Normal Open, NO) и нормально замкнутыми (англ. Normal Close, NC). Нормально открытый контакт в нормальном положении контактора разомкнут. Нормально закрытый контакт в нормальном положении контактора замкнут. Контакты контактора, пускателя или реле на принципиальных схемах показываются в нормальном положении

условное обозначение электромагнитного пускателя.  ПМ12-ХХХ ХХХ-ХХХХ Х ПМ – пускатель электромагнитный 12 – условный номер серии ХХХ – условное обозначение величины номинального тока (А): 100; 160; 250. Х – условное обозначение исполнения пускателей по назначению и наличию теплового реле: 1 – без теплового реле, не реверсивные; 2 – с тепловым реле, не реверсивные; 5 – без теплового реле, реверсивные, с механической и электрической блокировки; 6 – с тепловым реле, реверсивные, с механической и электрической блокировки. Х – условное обозначение исполнения пускателей по степени защиты и назначению кнопок: 0 – IP00; 1 – IP54 без кнопок; 2 – IP54 с кнопкой ПУСК и СТОП; 4 – IP40 без кнопок; 5 – IP20; 6 – IP40 с кнопкой ПУСК и СТОП. Х – условное обозначение исполнения пускателей по роду тока цепи управления: 0 – переменный ток ХХХХ – обозначение категории размещения и климатического исполнения пускателей по ГОСТ 15150-69 (два или четыре символа): У3; УХЛ4. Х – обозначение пускателя по износостойкости: А, В.

13) Термометры. жидко стные стеклянные термометры — используют термометрическое свойство теплового расширения тел. Действие термометров осно вано на различии коэффициентов теплового расширения термомет рического вещества и оболочки, в которой оно находится (термо метрического стекла или реже кварца).

Жидкостной термометр состоит из: стеклянного баллона 1, капиллярной трубки 3 и запасного резервуара 4 (рис. 2). Термометрическое вещество 2 заполняет баллон и частично капиллярную трубку. Свободное пространство в капиллярной трубке и в запасном резервуаре заполняется инертным газом или может находиться под вакуумом (при температурах меньше +ЮО°С). Запасный резервуар или выступающая за верхним делением шкалы часть капиллярной трубки служит для предохранения термометра от порчи при чрезмерном перегреве.  О температуре судят по величине видимого изменения объема термометрического вещества. Температуру отсчитывают по высоте уровня в капиллярной трубке. Градусная шкала наносится либо непосредственно на внешнюю поверхность массивного толстостенного капилляра (палочный термометр), либо на специальную шкальную пластинку, располагаемую внутри внешней стеклянной оболочки термометра (термометр с вложенной шкалой), либо на прикладную шкальную пластинку, к которой прикрепляется капиллярная трубка.  В качестве термометрического вещества чаще всего применяют химически чистую ртуть. ижний предел измерения ограничивается температурой затвердевания ртути и равен минус 35°С. Верхний предел измерения ртутным термометром определяется допустимыми температурами для стекла: 600°С у об разцовых термометров и 500°С у технических. Основные достоинства стеклянных жидкостных термометров — простота употребления и достаточно высокая точность измерения

Манометрический термометр — прибор для измерения температуры, действие которого основано на измерении давления какого-либо вещества (жидкости или газа) при изменении температуры. Шкала манометра градуируется непосредственно в единицах температуры. Измерительная система состоит из погружаемого элемента, капиллярного провода и трубчатой пружины в корпусе. Данные элементы соединены в устройство, которое под давлением заполнено инертным газом. Изменение температуры влечёт изменение объема или внутреннего давления в погружаемом устройстве. Давление деформирует измерительную пружину, отклонение которой передается с помощью стрелочного механизма на стрелку. Колебания температуры окружающей среды могут не приниматься во внимание, так как для компенсации между стрелочным механизмом и измерительной пружиной встроен биметаллический элемент. В зависимости от применяемого рабочего вещества различают следующие манометрические термометры: - газовые (азот); - конденсационные (метилхлорид, спирт, диэтиловый эфир); - жидкостные (метилксилол, силиконовые жидкости, металлы с низкой точкой плавления); - ртутные со специальными наполнителями.

14)  Термопа́ра (термоэлектрический преобразователь температуры) — термоэлемент, применяемый в измерительных и преобразовательных устройствах, а также в системах автоматизации. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ основан на термоэлектрическом эффекте. Между соединёнными проводниками имеется контактная разность потенциалов; если стыки связанных в кольцо проводников находятся при одинаковой температуре, сумма таких разностей потенциалов равна нулю. Когда же стыки находятся при разных температурах, разность потенциалов между ними зависит от разности температур. Коэффициент пропорциональности в этой зависимости называют коэффициентом термо-ЭДС. У разных металлов коэффициент термо-ЭДС разный и, соответственно, разность потенциалов, возникающая между концами разных проводников, будет различная. Помещая спай из металлов с отличными коэффициентами термо-ЭДС в среду с температурой Т1, мы получим напряжение между противоположными контактами, находящимися при другой температуре Т2, которое будет пропорционально разности температур Т1 и Т2.п

15) Термопреобразователи сопротивления - электронный прибор, предназначенный для измерения температуры и основанный на зависимости электрического сопротивления металлов, сплавов и полупроводниковых материалов от температуры. В последнем случае называется термосопротивле́нием, терморези́стором или термистором. подразделяются на: платиновые термопреобразователи сопротивления (ТСП) и медные термопреобразователи сопротивления (ТСМ) ПИРОМЕТР — прибор для бесконтактного измерения температуры тел. Принцип действия основан на измерении мощности теплового излучения объекта измерения преимущественно в диапазонах инфракрасного излучения и видимого света.

16)  ЖИДКОСТНЫЕ ПРИБОРЫ С ГИДРОСТАТИЧЕСКИМ УРАВНОВЕШИВАНИЕМ. В жидкостных приборах с гидростатическим уравновешиванием мерой измеряемого давления является высота столба рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости, называемой затворной или манометрической, применяются дистиллированная вода, ртуть, этиловый спирт, трансформаторное масло. Выбор рабочей жидкости определяется диапазоном измеряемого давления, условиями эксплуатации и требуемой точности.  В настоящее время номенклатура жидкостных средств измерений давления с гидростатическим уравновешиванием существенно ог раничена. В большинстве случаев они заменены более совершенными деформационными средствами измерений. К числу жидкостных средств измерений давления (разности давлений и разрежения) с гидростатическим уравновешиванием, которые еще применяются на технологических потоках, относятся поплавковые и колокольные дифманометры. ПОПЛАВКОВЫЕ - Принцип уравновешивания измеряемого давления силой тяжести столба рабочей жидкости используется в жидкостных поплавковых дифманометрах, которые являются разновидностью однотрубных манометров, но не имеют видимого уровня рабочей жидкости. КОЛОКОЛЬНЫЕ - Дифманометры этого типа пред ставляют собой колокол, погруженный в рабочую жидкость и пе ремещающийся под влиянием разности давлений. Противодейст вующая сила создается за счет утяжеления колокола при его подъ еме и уменьшении тяжести колокола при его погружении. Дости гается это за счет изменения гидростатической подъемной силы, действующей на колокол согласно закону Архимеда.

17) Имеются три вида трубчатых пружин: пружина Бурдона, винтовая и спиральная трубчатые пружины.  Датчиками давления могут быть манометры с пружиной Бурдона, сильфонные, пьезометрические с электрической и пневматической передачей сигнала на расстояние; датчиками расхода - как расходомеры постоянного перепада ( ротаметры), так и различного рода сужающие устройства.  Винтовая трубчатая пружина имеет в сечении форму вытянутого овала или эллипса и своим левым концом неподвижно прикреплена к штуцеру 2, через который внутрь пружины поступает газ под измеряемым давлением.Мембранные сильфоны предназначены для работ в качестве упругих чувствительных элементов в составе изделий специальной техники.Гофры сварного сильфона представляют собой кольцевые мембраны заданного профиля, соединенные между собой аргонодуговой сваркой. Обладают рядом существенных преимуществ перед цельнотянутыми сильфонами: большой рабочий ход, высокий ресурс работы, меньший разброс жесткости

18) Индуктивные преобразователи (датчики) давления предназначены для преобразования избыточного, абсолютного, вакуумметрического, а также разности давления в выходной унифицированный электрический сигнал взаимной индуктивности 0-10мГн. 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.

19) Тензорезисторные измерительные преобразователи давления.

Измерительные преобразователи давления, оснащенные преобразо­вательными элементами тензорезисторного типа получили название тензорезисторных измерительных преобразователей давления. Преобразователи давления этого вида представляют собой деформационный чувствительный элемент, чаще всего мембрану, на которую наклеиваются или напыляются тензорезисторы. В ос­нове принципа работы тензорезисторов лежит явление тензоэффекта, суть которого состоит в изменении сопротивления проводников и полупроводников при их деформации.  Получили распространение проволочные и фольговые тензоре­зисторы, изготавливаемые из проводников типа манганина, нихро­ма, константана, а также полупроводниковые тензорезисторы, из­готавливаемые из кремния и германия р- и n-типов. Сопротивле­ние тензорезисторов, изготавливаемых из проводников, составляет 30 — 500 Ом, а сопротивление полупроводниковых тензорезисторов от 5·10^-2 — 10 кОм. Совершенствование технологии изготовления полупроводниковых тензорезисторов создало возможность изготавливать тензоре­зисторы непосредственно на кристаллическом элементе, выполнен­ном из кремния или сапфира. Упругие элементы кристаллических материалов обладают упругими свойствами, приближающимися к идеальным. Сцепление тензорезистора с мембраной за счет мо­лекулярных сил позволяют отказаться от использования клеющих материалов и улучшить метрологические характеристики преобразователей. На рисунке 1.8(а) показана сапфировая мембрана 3 с расположенными на ней однополосковыми тензорезисторами р-типа с положительной 1 и отрицательной 2 чувствительностями.  По­ложительной чувствительностью обладает тензорезистор, у которо­го отношение ΔR/R>0, если же ΔR/R<0— чувствительность отри­цательна. Структура однополоскового тензорезистора приведена на рисунке 1.8(б). Здесь 1 — тензорезистор; 2 — защитное покрытие; 3 — металлизирован­ные токоведущие дорожки; 4 — упругий элемент преобразователя (сапфировая мембрана). Тензорезисторы можно рас­полагать на мембране так, что при дедеформации они будут иметь разные по знаку приращения сопротивления. Это позволяет создавать мостовые схемы, в каждое из плеч которого вклю­чаются тензорезисторы с соответствую­щим значением ΔR/R и даже термоком­пенсационные элементы. Мембранный тензомодуль 4 представляет собой метал­лическую мембрану, к которой сверху припаяна сапфировая мем­брана с напыленными четырьмя кремниевыми тензорезисторами, образующими плечи неравновесного моста. Тензомодуль закреплен на основании 2 и отделен от измеряемой среды двумя разделительными металлическими мембранами 1 и 3. Замкнутые полости между тензомодулем и мембранами заполнены полиметилсилоксановой жидкостью. Измеряемая разность давлений Р₁— P₂ воздействует на тензомодуль через указанные мембраны и жид­кость. Через герметичные выводы 5 тензомодуль подключается к встроенному электронному устройству 6. С помощью этого устрой­ства изменение сопротивления тензорезисторов преобразуется в унифицированный токовый выходной сигнал (0—5, 0—20 или 4—20 мА), который передается по искробезопасной двухпроводной линии дистанционной передачи к блоку питания 7. Последний уста­навливается во взрывобезопасном помещении и обеспечивает пита­ние первичного преобразователя по двухпроводной линии. По этой же линии одновременно передается выходной токовый сигнал. На­ряду с указанной функцией блок питания повышает мощность вы­ходного сигнала до уровня, необходимого для подключения внеш­ней нагрузки R_н, и формирует заданный уровень выходного сигна­ла (0—5, 0—20 или 4—20 мА). В тензорезисторных преобразова­телях избыточного давления, абсолютного давления и разрежения используются измерительные блоки, аналогичные рассмотренным. Отличие состоит в том, что измерительный преобразователь под­ключается к объекту «плюсовой» камерой, а «минусовой» сообщается с атмосферой. У измерительных преобразователей абсолютно­го давления «минусовая» камера вакуумирована. Тензорезисторный измерительный преобразователь давления с тензомодулем рычажно-мембранного типа показан на рисунке 1.9(б). Тензомодуль рычажно-мембранного типа 3 размещен в заполнен­ной полиметилсилоксановой жидкостью замкнутой полости 1 и отделен от измеряемой среды металлическими гофрированными мем­бранами 2 и 9. Мембраны по наружному контуру приварены к ос­нованию 10 и соединены между собой центральным штоком 8, который связан с концом рычага тензомодуля. Разность давлений вызывает прогиб мембран 2 и 9 тензомодуля 3, что сопровождает­ся изменением сопротивления тензорезисторов 4. Электрический сигнал с тензомодуля через герметичные выводы 5 подается во встроенное электронное устройство 6, которое связано с блоком питания 7. Назначение блока питания аналогично рассмотренному. Классы точности тензорезисторных измерительных преобразовате­лей избыточного давления, разрежения и разности давлений 0,6; 1,0; 1,5. Время установления выходного сигнала при скачкообраз­ном изменении измеряемого параметра 0,5 и 2,5 секунды. Кроме рассмотренных разработана модификация тензорезисторного преобразователя, предназначенного для измерения избыточ­ного давления. Преобразователь имеет унифицированные токовые сигналы 0—5, 0—20, 4—20 мА. Классы точности преобразователя 0,25; 0,5; 1,0. 19)

20) Пьезоэлектрические измерительные преобразователи давления.

В основу работы этих преобразователей положено преобразование измеряемого давления в усилие посредством деформационного чув­ствительного элемента и последующего преобразования этого уси­лия в сигнал измерительной информации пьезоэлектрическим пре­образовательным элементом. Принцип действия пьезоэлектричес­кого преобразовательного элемента основан на пьезоэлектрическом эффекте, наблюдаемом у ряда кристаллов, таких, как кварц, тур­малин, титанат бария и др. Суть пьезоэлектрического эффекта со­стоит в том, что если кварцевые пластины Х-среза подвергнуть сжатию силой N, то на ее поверхно­сти возникнут заряды разных зна­ков. Значение заряда Q связано с силой N соотношением  Q = kN, где k — пьезоэлектрическая постоян­ная. Значение k не зависит от разме­ра пластины и определяется приро­дой кристалла. На рисунке 1.10 показана схема пьезоэлектрического измерительно­го преобразователя давления.  Измеряемое давление преобразуется мембраной 4 в усилие, вызыва­ющее сжатие столбиков кварцевых пластин 2 диаметром 5 мм и толщиной 1 мм. Возникающий электрический заряд Q через выво­ды 1 подается на электронный усилитель 5, обладающий большим входным сопротивлением—10¹³ Ом. Для уменьшения инерционности преобразователя объем каме­ры 3 минимизируют. Так как частота собственных колебаний системы «мембрана — кварцевые пластины» составляет десятки килогерц, то измеритель­ные преобразователи этого типа обладают высокими динамически­ми характеристиками, что обусловило их широкое применение при контроле давления в системах с быстропротекающими процессами. Чувствительность пьезоэлектрических измерительных преобра­зователей давления может быть повышена путем применения не­скольких, параллельно включенных кварцевых пластин и увеличе­ния эффективной площади мембраны. Верхние пределы измерений пьезоэлектрических преобразовате­лей давления с кварцевыми чувствительными элементами 2,5 — 100 МПа. Классы точности 1,5; 2,0. Из-за утечки заряда с кварце­вых пластин преобразователи давлений этого типа не использу­ются для измерения статических давлений. Отечественной про­мышленностью давно выпускаются маномет­ры с полупроводниковыми тензопреобразователями типа «Кристалл». С начала 80-х также начат выпуск приборов давления «Сапфир-22». Дифманометры «Сапфир» характеризуются высокой точностью и малыми габаритными размерами. Чувствительным элементом у «Сапфира» является плоская дисковая мембрана малого диаметра, деформация которой преобразуется в стандартный токовый сигнал 0 – 5 мА с помощью тензорезисторов.  К поверхности дисковой мембраны из стали или титана жестким припоем присоединен полупроводниковый тензорезистороный преобразователь. Он состоит из диэлектрической сапфировой монокристаллической подложки с определенной кристаллографической ориентацией, на которой методом гетероэпитаксиальной технологии выращена тонкая монокристаллическая пленка кремния, обладающая тензорезисторным эффектом. Дифманометры «Сапфир» бесшкальные. В связи с этим возможны два вари­анта наименования этих дифманометров. Первое — дифманометр мембранный бесшкальный с электрическим преобразователем перемещения или деформации мембраны в выходной сигнал. Второе — двухступенчатый преобразователь перепада давления сперва в перемещение или деформацию мембраны, а затем с по­мощью тензорезисторного эффекта в выходной сигнал (электри­ческий). Разработчиками и заводами-изготовителями для диф­манометров типа «Сапфир» принят по­следний вариант, и называют эти дифманометры сокращенно пре­образователями разности давлений. Конструкция такого преобразователя «Сапфир-22ДД» зави­сит от значения предельного перепада давления. На рисунке1.11(а) показано устройство преобразователей на большие предельные перепады. Измеряемый перепад давления воспри­нимается гофрированными мембранами 7 к 10 (толщиной около 0,1 мм), края которых приварены к основанию 8. Внутри после­днего размещена измерительная дисковая мембрана 4 с тензопреобразователем. Вся внутренняя полость основания заполнена кремнийорганической жидкостью, которая и передает давление р₁ по каналу 6, а давление р₂ по каналу 11 на мембрану 4. Крышки 5 и 9 стянуты с основанием болтами и уплотнены прокладками 3. При односторонней перегрузке мембраны 7 или 10 прижимаются к боковым поверхностям основания 8, которые имеют соответ­ствующий профиль. Зазор между мембранами и основанием око­ло 0,5 мм, а измерительное перемещение мембран 0,2-0,3 мм. Упругость последних (вместе с упругостью мембраны 4) уравно­вешивает измеряемый перепад давления. Их профиль и глуби­на гофрировки обеспечивают линейность характеристики при пе­ремещении до 0,3 мм при наименьшей жесткости. Тензопреобразователь соединен проводами, проходящими че­рез герметический вывод 2, с электронным устройством 1. По­следнее преобразует разность двух напряжений, снимаемых с из­мерительного моста, в унифицированный сигнал постоянного тока, изменяющийся в пределах 4-20 мА при двухпроводной линии связи и 0-5 мА или 0-20 мА при четырехпроводной линии свя­зи. В электронное устройство 1 входят: микросборка стабилиза­тора напряжения и регулируемого источника тока, а также эле­менты схемы температурной компенсации и перенастройки диа­пазона измерения (с помощью включения перемычек) в пределах 10 процентов. Устройство снабжено корректорами нуля и диапазона изме­рения. Питание всей схемы от источника постоянного тока напря­жением 36 В. Основная погрешность рассмотренной модели 0,25 и 0,5 процента. Для средних и небольших перепадов давления рассмотренная конструкция не пригодна вследствие большой жесткости диско­вой мембраны и применяется конструкция, схема которой пока­зана на рисунке1.11(б). Здесь мембрана 3, установленная в основании 7, изготовлена как одно целое с рычагом 4 и работает на изгиб при перемещении нижнего конца рычага 4 пластинчатой тягой 9, закрепленной в рычаге с помощью винта. Другой конец тяги 9 связан со штоком 5, переходящим в диски с гофрированной на­ружной поверхностью. Эти диски образуют жесткие центры гоф­рированных мембран 6 и 8, воспринимающих измеряемый пере­пад давления. Каждая из мембран своими концами приварена к основанию 7, а в средней части к соответствующему диску, обра­зующему ее жесткий центр. Вся внутренняя полость основания между воспринимающими мембранами заполнена кремнийорга­нической жидкостью. Герметический вывод 2 для проводов от тензопреобразователя и электронное устройство 1 аналогичны тем, которые были ранее рассмотрены. При перегрузке мембраны 6 и 8 прижимаются к соответственно гофрированным поверхностям основания 7 и дисков штока 5, образующих их жесткие центры. Преобразователи «Сапфир – 22ДД» имеют высокую точность, металлоемки, компактны и малогабаритны. Их недостатки: некоторая сложность изготовления; смещение нуля выходного сигнала, а иногда и изменение характеристики во времени; влияние температуры на показания вследствие большого коэффициента объемного расширения кремнийорганической жидкости, хотя тензорезисторный преобразователь и содержит элементы для температурной компенсации.  С 2004 года производство сориентировано на выпуск датчиков: коррозионностоиких «Метран – 49», малогабаритных «Метран – 55», интеллектуальных «Метран – 100».