§ 9. Воспринимающие элементы давления

Давление вызывают движущиеся молекулы газа или жидкости. Давление — число единиц силы, действующей на единицу площади.

В системе СИ за единицу давления, называемую «Паскаль» (Па), принято давление, которое оказывает сила в 1 Н, действую­щая на поверхность в 1 м².

В технике часто применяют «внесистемные» единицы, такие, как техническая атмосфера (кгс/см²), миллиметры ртутного столба, определяемые при температуре в градусах Цельсия и нормальном ускорении и др.

При измерении различают абсолютное, избыточное давление и вакуум. Абсолютное давление (Р_а) отсч.итывается от абсолютного нуля (абсолютное разрежение), избыточное (Р_и) — от атмосферного дав­ления (Р_ат). Вакуум измеряют аналогично.

Устройства, предназначенные для измерения давления, можно разделить на две группы.

Устройства с упругими воспринимающими элементами¹

(рис. 18, а—г). Измерение давления производится упругими вос­принимающими элементами (рис. 18), к которым относят: мембраны (см. рис. 18, а), сильфоны (см. рис. 18, б), трубчатые или геликои­дальные пружины (см. рис. 18, в, г).

Нис. 18. Воспринимающие элементы давления:

а — мембраны; б — сильфоны; в — трубчатые пружины; г — геликоидальные пружины;

д — пьезодатчик; е — магнитно-стрикционный датчик

Перемещение центра мембраны или свободного сильфона, а также угол раскручивания свободного конца трубчатой пружины зависят от изменения давления АР, что можно выразить уравне­нием h = К_U Р, где К_U — коэффициент усиления мембраны или сильфона или трубчатой пружины.

Деформация упругих элементов преобразуется в измерительный сигнал с помощью преобразователя (емкостного, тензометриче-ского, индуктивного, реостатного и др.).

Устройства с воспринимающими элементами, изменяющими фи­зические свойства под действием давления (рис. 18, д, е). К ним относят устройства, преобразователи которых имеют принцип дей­ствия: пьезоэлектрический, магнитно-стрикционный, ионизацион­ный и др.

В данной группе устройств давление может непосредственно воздействовать на воспринимающий элемент, изменяя его свойства. Большинство устройств имеют мембраны, опирающиеся на чувст­вительный элемент (см. рис. 18, д). Давление от мембраны 1 пере­дается с помощью стержня 2 на два измерительных пьезоэлемента 4.

Одновременно стержень 2 опирается на модулирующий пьезоэле-мент 3. Электроды пьезоэлемента подсоединены к сети переменного тока 220 В при частоте 50 Гц. Выход устройства подсоединяется к прибору. При действии переменного напряжения пьезоэлемент 3 подвергается деформации растяжения и сжатия, под действием усилия, оказываемого мембраной / на измерительные пьезоэле-менты 4.

На рис. 18, е представлена схема компенсационного устройства с магнитно-стрикционным преобразователем. Сердечник 1 является чувствительным элементом, выполненным из никель-цинкового феррита. Мембрана 2 передает давление сердечнику, у которого ме­няется магнитная проницаемость, а следовательно, и ЭДС Е₁. Сердечник 4 и обмотки 3 создают компенсационную ЭДС Е₂- Схема включения дифференциальная. Напряжение U_вых = f (E₂—E₁, но Е₂—Е₁ = f ( Р), тогда U_вых = f ( Р).