Тема 5. Измерение давления.

Принципы: весовой, пружинный (деформационный), пьезоэлектрический, тензометрический (сопротивление от деформации), тепловой, ионизационный.

U-образный манометр. Сообщающиеся сосуды, один конец в атмосфере/вакууме, другой в измеряемой колбе. Весовой метод. Для увеличения чувствительности выбирают более легкие жидкости (обычно минеральные масла) и используют наклонную шкалу. Приходится учитывать Лапласово давление (капиллярный эффект).

Грузопоршневые манометры. Давление уравновешивается грузом или поршнем.

Дифференциальные манометры. Две соединенные мембраны, на каждую подается по давлению. Внутри них жидкость. В зависимости от разности жидкость вытесняется вниз/вверх, двигая поршень, перемещения фиксируются индукционным (трансформаторным) методом.

Барометр-анероид содержит т.н. анероидную коробку – из нее выкачан воздух. Шатунным механизмом усилие передается на стрелку, двигающуюся по шкале. Трубка Бурдона – плоская в сечении трубка, свернутая в спираль. Работает на разности площадей – суммарная сила заставляет ее разворачиваться.

Тензометрические манометры. В полость подается давление, изгибающее очень жесткую пластинку (глазом не видно). Верхняя поверхность – сапфировая пластинка (искусственный лейкосапфир, чистая окись алюминия, высокотемпературный, неэлектропроводный). На нее крепятся тензорезисторы – два радиальных и два перпендикулярных (окружных) в центре. У первых R растет, у вторых падает. Соединены в мостовую схему. V = (R1R2 – R3R4)/(R1+R4)(R3+R2)*U0, где U0 – питающее напряжение. Мы подбираем сопротивления так, чтобы недеформированные произведения были равны, тогда V = 0. Диапазон давлений 1-400атм (но не в одном приборе).

Пьезоэлектрический датчик давления. Принципиально работает на регистрацию переменного давления. Лучшие материалы – титанат бария (BaTiO3), цирконат-титанат свинца. Мерят давления с частотами от сотых долей герца и до нескольких мегагерц.

Компрессионные манометры. (Манометр МакЛеода) В 1890г. Разреженный газ сначала сжимается, затем мерится давление сжатого и делением получается истинное. Мерит давление 0.00001 мм. рт. ст..

Теплоэлектрические манометры. Зависимость теплопроводности разреженного газа от их давления. Чем ниже давление, тем меньше коэффициент. Нагреваем проволоку и следим за ее температурой. Методическая погрешность – градуировочная кривая неодинакова для разных газов.

Ионизационные манометры. До 10^-11 мм рт ст. Принцип – явление электропроводности ионизованных разреженных газов. Собираем ионы газа, образованные током электронов от катода к аноду. Мерим полученный ток. Манометр Боярда-Альперта уменьшил рентгеновский предел (обусловленный выбиванием электронов из коллекторов), поменяв местами коллектор и катод. Меньше площадь – меньше излучения попадает на коллектор. Манометры магнетронного типа позволяют передвинуть нижний предел еще на два порядка – поперечное электрическое поле увеличивает эффективный путь в сотни раз.

Способы компенсации сил инерции при измерении давления.

- Уравновешивание сил инерции, действующих на датчик давления, с помощью противовеса.

- Использование двух противоположно расположенных датчиков

- Метод электрической компенсации (только при емкостных датчиках перемещений).