1 Обзор методов измерения давления
1.1 Параметрические методы
1.1.1 Механический метод измерения
Механический метод измерения давления – это первый и самый простой метод измерения данной физической величины. Сущность метода заключается в том, что давление создаёт распределённую силу, которая воздействует на упругий элемент – мембрану, балку, стержень и т.д. Упругий элемент под действием давления прогибается, а прогиб преобразуется в перемещения указателя шкалы. Первичным механическим преобразователем давления является манометрический преобразователь.
1.1.2 Тензорезистивный метод
Для измерения давления также применяется тензорезистивный метод. В основе работы тензорезисторов лежит явление тензоэффекта, заключающееся в изменении активного сопротивления проводников при их механической деформации.
Характеристикой тензоэффекта материала является коэффициент относительной тензочувствительности k,определяемый как отношение изменения сопротивления к изменению длины проводника:
k=εR/εl, (1.1)
где εR=ΔR/R – относительное изменение сопротивления проводника;
εl=Δl/l– относительное изменение длины проводника.
Использование тензоэффекта проводника, находящегося в состоянии объемного сжатия, когда естественной величиной преобразователя является давление окружающего его газа или жидкости. На этом принципе строятся манометры для измерения высоких и сверхвысоких давлений, преобразователи которых представляют собой катушку провода (обычно манганинового) или полупроводниковый элемент (чаще всего германиевый или кремниевый), помещенные в область измеряемого давления (жидкости или газа). Выходной величиной преобразователя является изменение его активного сопротивления.
1.1.3 Магнитоупругий метод
В основе магнитоупругого метода измерения давления лежит зависимость магнитной проницаемости µ феромагнитных тел от возникающих в них механических напряжений σ, обусловленная взаимодействием на ферромагнитные тела механических сил Р (растягивающие, сжимающие, изгибающие, скручивающие).
1.2 Генераторные методы
1.2.1 Пьезоэлектрический метод
В основе действия пьезоэлектриков лежит пьезоэлектрический эффект. Он заключается в том, что в некоторых кристаллах под действием деформации образуется электрический заряд, у которого значение заряда пропорционально внешней силе, а изменяется частота. Заряд равен частоте изменения силы. Этот эффект возникает в таких материалах как : кварц, турмалин, сегнетова соль. Областью применения пьезопреобразователей является измерение динамических величин изменяющихся во времени : давление, перемещение, сила вибрации, скорость, ускорение. Этот метод является одним из наиболее простых методов, применяемых для измерения давления.
1.2.2 Фотоэлектрический метод
В основе фотоэлектрического метода измерения лежит явление фотоэффекта, оно заключается в выбивании электронов из вещества в результате действия излучения (ультрафиолетового, ультракрасного и видимого ).явление фотоэффекта было открыто Г. Герцем, возможность применения фотоэффекта А.Г. Столетовым. Объяснение фотоэффекта было дано А. Эйнштейном в 1905 году. Согласно работам Эйнштейна электронно-магнитное излучение имеет прерывистую структуру и поглощается отдельными порциями (квантами). Энергия каждого кванта сообщает кинетическую энергию электронам облучаемого вещества.
E
= hυ
=
,
(1.2)
где E – энергия кванта излучения;
h-постоянная Планка (h = 6,63∙10-34(Дж∙с));
υ-частота излучения;
А - работа выхода электрона;
m - массавещества;
ν – скорость вещества (электрона).
Значит в результате действия излучения в веществе образуется электрический ток, который называется фототоком.