4. Прилади тиску прямої дії.

Прилади тиску прямої дії застосовують у широкому діапазоні вимірювання від декількох десятків міліметрів водяного стовпа й до тиску в кілька тисяч атмосфер як у лабораторних, так і промислових умовах.

Під впливом вимірюваного надлишкового тиску пружний чутливий елемент деформується й тягне повідця. Повідець повертає зубчастий сектор і відповідно трибку зі стрілкою. Рухаючись уздовж шкали стрілка показує значення вимірюваного надлишкового тиску. Переміщення вільного кінця пружини, а отже, і кут повороту стрілки практично пропорційні вимірюваному тиску, тому шкала таких приладів рівномірна.

5. Прилади тиску електричні

П'єзоелектричні манометри. Дія манометрів цього типу заснована на використанні п'єзоелектричного ефекту, що спостерігається в ряді кристалів кварцу, турмаліну, титанату барію, сегнетової солі і ін.). П'єзоелектричні манометри, що використовують як первинний перетворювач кварц (двоокис кремнію SiО₂), знайшли найбільше практичне застосування в порівнянні із приладами, що використовують інші кристали, завдяки істотним перевагам кварцу, що негігроскопічний, має велику механічну твердість, гарні ізоляційні якості й незалежність п'єзоелектричних властивостей від температури порівняно в широкому інтервалі (20 - 400°С).

У кристалі кварцу розрізняють наступні вісі: оптичну, що проходить крізь вершини кристала; електричну, яка проходить крізь ребра (їх три зі зсувом в 120^о) та перпендикулярна оптичній; механічну (або нейтральну), що розташована нормально до граней кристала (їх також три).

Якщо із кристала кварцу вирізати прямокутну пластину із гранями, паралельними вісям (зріз Кюрі), і піддати її стиску (або розтяганню) уздовж електричної вісі, то на гранях, перпендикулярних цієї вісі, з'являться електростатичні заряди, рівні за значенням і протилежні за знаком. При переході від стиску до розтягання й назад знаки зарядів змінюються на протилежні.

Значення Q заряду, що виникає внаслідок дії сили F_x уздовж електричної вісі, або тиску р_х, діючого на площу грані S_х, дорівнює:

Q = k F_x = k S_х р_х,

де k - п'єзоелектрична стала або п'єзоелектричний модуль, Кл/Н.

Коефіцієнт k не залежить від розмірів кристала, однак його значення різні для різних порід кварцу. Значення k для застосовуваного кварцу дорівнює 2,1·10^-12 Кл/Н.

П’єзокварцові манометри, що дозволяють вимірювати тиск до 100 МПа і вище, широко застосовуються при вимірах швидкозмінних тисків. При цьому чим швидше протікає досліджуваний процес, тим достовірніше даний метод.

Практично п'єзоелектричний ефект можна вважати безінерційним і досить стабільним.

Манометри опору. Дія манометрів опору заснована на зміні електричного опору речовин під дією зовнішнього надлишкового тиску. До числа таких речовин належать напівпровідники, платина, манганін, константан, вольфрам і ряд інших металів. Для цілей виміру тиску, а отже, і виготовлення первинного перетворювача (або чутливого елемента), як показали експериментальні дослідження, найбільшою мірою підходить манганін.

Манганін має лінійну залежність збільшення електричного опору від тиску. Лінійна залежність опору манганіну підтверджується дослідними даними аж до тиску 3000 МПа. Крім того, він має дуже малий температурний коефіцієнт електричного опору, що дає можливість не зважати при вимірюванні тиску на зміни температури навколишнього повітря. Невелика чутливість перетворювача обмежує застосування цього манометра вимірюваннями надвисоких тисків (більше 100 МПа).

Коефіцієнт чутливості манганіну для різних партій лежить в інтервалі від 2,34·10^-6 до 2,51·10^-6 Ом см²/кгс. Манометри з перетворювачем з манганінового дроту потребують індивідуального градуювання.

Запитання для самоконтролю

1. Що таке тиск?

2. Одиниця вимірювання тиску у системі СІ.

3. Позасистемні одиниці вимірювання тиску. Співвідношення позасистемних одиниць з 1 Па і між собою.

4. Типи манометрів.

5. Принцип дії рідинних манометрів.

6. Як визначається величина тиску, що вимірюється U-подібними (двотрубними) приладами?

7. Як визначається величина тиску, що вимірюється чашковими (однотрубними) приладами?

8. Як можна підвищити чутливість дифманометрів?

9. Принцип дії манометрів з пружними елементами.

10. Конструкція мембранних манометрів.

11. Конструкція сильфонних манометрів.

12. Конструкція приладів прямої дії.

13. Особливості конструкції електричних манометрів.

6