2.8.3 Ємнісні засоби вимірювання тиску
Принцип дії ємнісних манометрів заснований на зміні ємності плоского конденсатора при зміні відстані між обкладинками, одна з яких нерухома, а інша виконана у вигляді металевої мембрани, яка знаходиться під дією вимірюваного тиску (вакууму).
Ємність плоского конденсатора, який складається з двох обкладинок, виражається залежністю
, (2.79)
де ε – діелектрична проникність середовища між обкладинками, Ф/м;
S – площа однієї з обкладинок, м2;
δ – відстань між обкладинками, м.
1 – корпус; 2 – мембрана; 3 – втулка; 4 – контргайка; 5– ізолятор; 6 – електрод; 7 – диск
Рисунок 2.36 – Ємнісний манометр
Із зменшенням d ємність зростає по гіперболічному закону. Тому вигідно працювати при малому початковому значенні d, що створює велику чутливість і можливість роботи на лінійній ділянці характеристики.
Конструкція одного з ємнісних манометрів показана на мал. Корпус манометра забезпечений ніпелем для приєднання до об'єкту вимірювання. У дно ніпеля впаяна мембрана, що сприймає тиск. У верхню частину корпусу вкручена втулка 3, положення якої щодо корпусу може фіксуватися контргайкою. Всередину втулки 3 вставлений керамічний циліндр-ізолятор з електродом. Електрод закінчується диском, що є другою обкладкою конденсатора. Під дією тиску мембрана прогинається, змінюється відстань між нею і диском, збільшується ємність конденсатора. Вибираючи розміри мембрани, можна створювати прилади для вимірювання тиску в широкому діапазоні [46].
На покази ємнісних манометрів впливає температура навколишнього середовища, оскільки при зміні температури змінюється відстань між обкладками. Це - недолік даного приладу. Іншим недоліком ємнісних манометрів є великий вплив паразитних ємностей, головним чином з’єднувальних провідників і металевих частин установки, яке виявляється неоднакове і залежить від взаємного розташування деталей.
Похибка вимірювань не перевищує ±1,5—2% межі шкали приладу. Приладами для вимірювання ємності зазвичай служать високочутливі резонансні прилади.
Під час дії вимірюваного тиску металева мембрана вигинається, змінюючи відстань між обкладинками і ємність конденсатора, яку вимірює вторинний перетворювач.
Залежність ємності від відстані між обкладинками гіперболічна. Тому зручно використовувати ємнісні манометри під час зовсім невеликих переміщень мембрани, що дозволяє вважати характеристику приблизно лінійною.
2.8.4 Частотні засоби вимірювання тиску
У частотних засобах вимірювання тиску вимірюваний тиск перетворюється у пропорційну зміну частоти змінного струму. Широкий розвиток частотних перетворювачів в останній час зумовлений відносною простотою перетворення частотного сигналу у цифровий сигнал, який використовують у машинах централізованого контролю та керуючих машинах.
Чутливим елементом вібраційно-стержневого частотного перетворювача тиску (рис. 2.37) є прямолінійна манометрична трубка 1, яка жорстко закріплена на опорі 2. На вільному кінці манометричної трубки закріплений якір 3 електромагнітного поляризованого перетворювача 4, який служить для збудження коливань і знімання частотного сигналу.
Частоту власних коливань манометричної трубки визначають її приведеною масою та жорсткістю, яка залежить від поперечного перетину трубки, тобто від внутрішнього тиску. Під час підвищення вимірюваного тиску збільшується відстань між стінками трубки, зростає її жорсткість, а відповідно, і частота її коливань.
Рисунок 2.37 – Вібраційно-стержневий частотний перетворювач тиску
Вібраційно-стержневі частотні перетворювачі тиску типу ПДВ класу точності 0,15; 0,25 та 0,4 мають верхню границю вимірювання від 0,5 МПа до 100 МПа [46].
Початкова частота вихідного сигналу перетворювача при нульовому значенні вимірюваного тиску становить 3 кГц або 6 кГц. Діапазон вимірювання частоти вихідного сигналу знаходиться у межах (25. . .30)% від початкової частоти при вимірюванні від нуля до верхньої границі вимірювання. Частотні перетворювачі мають індивідуальну градуювальну характеристику.
Суттєвою перевагою частотних перетворювачів є їх мала інерційність, що дозволяє використовувати перетворювачі під час стендових випробувань електричних установок.