Упругий гисте­резис, послед­ствие; невоспро­изводимость свойств мате­риала и техно­логии. Малая чувствительность ± (1,0 — 4) %

Нелинейность, малая чувстви­тельность, разброс упругих характеристик из-за невоспро­изводимости свойств материа­ла и технологии изготовления

мембран ±(1,0 — 2,5) %

Манометры, вакуум­метры, ма нова ку ум-метры общего и спе­циального назначе­ния, показывающие для установки по месту с сигнальными устройствами, с электрическими и пневматическими выходными сигна­лами ГСП. Записы­вающие приборы (чаще с многовитко-выми трубчатыми пружинами). Мате­риалы: латунь, ней­зильбер, бронзы оловянно-фосфори-стые и бериллиевые.

Для измерения как избыточных давле­ний и разрежений, так и для перепадов давления (датчики перепадов давления): напоромеры, тяго­меры, тягонапоро-

меры, дифмано-метры-расходомеря

и уровнемеры. Материалы: берил­лиевые бронзы, нейзильбер, реже латунь и фосфо­ристая бронза

PR

I,

о

X

s

s = i +

Л* S h h?

a +

a + 3 a²—9

X

_I

_Hi)'

t =1 + 1^^1/3,58^

138

139

Продолжение

3. С снльфон-ным упругим элементом

Сильфон, тонкостен­ный металлический цилиндр с кольце­выми волнообраз­ными складками — гофрами на боковой иоверхности; дефор­мируется под дей­ствием осевой нагрузки (разницы внешнего и внут­реннего давления). Передаточный меха­низм связан с указателем, либо деформация воспри­нимается вторичным преобразователем. Кроме сильфонов из цельнотянутой трубки применяются сварные сильфоны

X

4 Eh

<*в + *н)²"

X

i4_e-«*,+a²M₂+B₀h²/«2

р— усилие, действующее вдоль оси снльфона; Е — модуль упру­гости материала сильфона; h— толщина стенки трубки; п — число рабочих гофр; А₀, A_it А& В₀ — коэффициенты, зависящие от гео­метрии сильфона; R_B, Я_н — внут­ренний и наружный радиусы силь­фона. В сочетании с цилиндричес­кими винтовыми пружинами:

1=Р

Eh:i — \i^z (А_л — A&l 4- «И • +

^t=k ГА

. 1 -у ^Gdi

8 D³n

G—модуль упругости материала пружины при сдвиге; d—диаметр проволоки пружины; D—средний диаметр пружины; п — количество витков пружины; k — количество пружин

От ±10 Па

До 10⁷ Па

Гистерезис, нелинейность. Разброс упру­гих характе­ристик из-за невоспроизводи­мости свойств

материала и качества изго­товления сильфонов ±(0,6—1.5 (4)) %

Все модификации приборов для изме­рения и преобразо­вания давлений, как упругое соеди­нение в трубопро­водах, уплотнители, упругие разграничи­тели сред. Материалы: латунь Л80, бронза Бр ОФ6; 5—0,4, бронзы Бр Б2, Бр Б2, 5, сталь 1X18H9T специаль­ные дисперсионно-твердеющие сплавь

При использовании преобразователей давлений с упругими элементами в разнообразных промышленных измерительных уст­ройствах следует учитывать их динамические характеристики. С точки зрения динамических свойств преобразователь давления с упругим элементом представляется апериодическим звеном первого порядка. Его инерционность определяется главным об­разом временем перемещения вещества в подводящем трубо­проводе.

В тех случаях, когда значение чувствительности упругого элемента мало, а также для передачи значений измеряемого давления на расстояние (с помощью унифицированных сигна­лов) используются измерительные преобразователи. Наиболь­шее распространение нашли унифицированные преобразователи ГСП: пневмосиловые, электросиловые и частотно-силовые (см. гл. 9, 9.1).

В качестве вторичных преобразователей часто применяют тензорезисторы. Тензорезисторы бывают проволочные, фольго­вые и полупроводниковые. Устройство наиболее распространен­ного проволочного тензорезистора схематически представлено на рис. 4-2, а.

На полоску бумаги 2, называемую подложкой, наносят зиг­загообразно тонкую проволоку 3 (диаметром 0,02—0,03 мм), к концам которой приваривают или припаивают контакты / из металлической фольги. Все это заливают клеем. Сверху прово­локу часто заклеивают тонкой бумагой 4 для предохранения от механических повреждений. Для изготовления проволок исполь­зуют константан, нихром, платиноиридиевый сплав и другие сплавы.

Величина 1₀ (см. рис. 4-2, а) называется базой преобразо­вателя. Обычно база равна 8—15 мм. Однако в специальных случаях применяют тензорезисторы и с меньшей (до 2,5 мм) или большей базой. Ширину а преобразователей выбирают от 3 до 10 мм, а их сопротивление составляет 50—150 Ом. Когда Размеры преобразователя не ограничиваются условиями иссле­дования, длину базы увеличивают до 100—140 мм, а сопротив­ление — до 800—1000 Ом.

но

141

Образованная указанным способом решетка проволоки при­клеивается к исследуемой детали 5 и воспринимает деформацию последней. Вместе с деформацией детали деформируется и про­волока, тем самым изменяется сопротивление преобразователя вследствие явления тензоэффекта. Входной величиной преобра­зователя является деформация, выходной — изменение сопро­тивления.

Тензорезисторы, будучи наклеенными на деталь, связанную с упругим чувствительным элементом, или сам элемент реаги­руют на измеряемое давление Р (или силу, или деформацию) изменением электрического сопротивления. Коэффициент тен-зочувствительности k зависит от относительного изменения со-

Рис. 4-2

противления AR/R и относительной деформации Al/l проволоки,

Д R/R

из которой он изготовлен: fe= — . Значение коэффициента k

для различных металлов лежит в пределах 0,5—4.

Как известно, в металлах значение относительной деформа­ции Al/l в пределах упругих деформаций не превышает 2,5 ■ 10~³, что при значениях коэффициента тензочувствительности k, рав­ных 0,5-=-4, приводит к значениям AR/R = (I,254-10) • Ю^-3. Таким образом, относительное изменение сопротивления преобразова­телей не превосходит 1 % при предельных напряжениях в ме­таллах. В связи с этим сопротивление преобразователя не должно изменяться во времени от влияния внешних факторов более чем на сотые доли процента. Основные.требования, предъ­являемые к материалу проволоки, следующие: возможно боль­шее значение k, малый температурный коэффициент сопротив­ления, высокое удельное электрическое сопротивление (при за­данном значении /₀ стремятся получить возможно большее сопротивление преобразователя).

Температурные коэффициенты линейного расширения прово­локи и материала объекта, на который наклеивается преобразо­ватель, должны быть близки по значению, иначе может поя­виться температурная погрешность.

Погрешности тензорезисторов во многом зависят от точно­сти их градуировки'. При градуировке партии тензорезисторов по среднему значению k, которое определяется для выборки из нескольких датчиков, погрешность градуировки не превышает ±1,5%. В силу незначительной тензочувствительности по со­противлению эти преобразователи обладают сравнительно боль­шой температурной погрешностью. Последняя вызывает необ­ходимость применения мостовых измерительных цепей для измерения выходного сопротивления тензорезисторов с диффе­ренциальным включением тензопреобразователей.

Рассмотрим один из примеров использования тензорезисто­ров в приборах для измерения давления.

Манометр типа ЭДД-22, схема которого приведена на рис. 4-2,6, в качестве упругого чувствительного элемента имеет мембрану /. Прогиб мембраны под действием измеряемого дав­ления преобразуется в прямо пропорциональное давлению пере­мещение свободного конца плоской пружины 2. На верхней и нижней плоскостях этой пружины наклеены тензорезисторы 3, один из которых работает на растяжение, другой на сжатие.

Тензорезисторы включены в мостовую цепь, питающуюся от специального генератора. Сигнал с мостовой цепи поступает на электронный усилитель, демодулятор и измеряется магнито­электрическим прибором. Такие устройства получили название тензостанций и изготовляются для одновременного измерения тензоэффекта во многих точках.

Тензоманометр типа ЭДД-22 предназначен для измерения давления от 0,1 до 0,6 МПа. Основная приведенная погрешность его составляет ±1,5 %•

Тензорезисторы находят применение в измерительных систе­мах, не требующих предварительного преобразования давления в перемещение. Они могут быть наклеены на мембраны, силь-фоны, трубки Бурдона и т. п., а также непосредственно на стенки исследуемого объекта. Такой способ применяют в цел­люлозно-бумажном производстве при измерении массы вароч­ного котла. В этом случае тензометры наклеивают на опоры котла.

В приборах для измерения давления в качестве вторичных преобразователей используются также индуктивные и емкост­ные преобразователи.