Тверской государственный технический университет

Кафедра АТП

Лабораторная работа 2

Изучение и поверка преобразователя давления

Тверь 2009

Цель работы: изучение принципа действия, схемы и конструкции преобразователя давления, освоение методики его поверки.

Задание на работу:

1. Изучить принцип действия, схему и конструкцию преобразователя давления.

2. Изучить методику поверки преобразователя давления.

3. Выполнить поверку преобразователя давления.

4. Составить отчет по лабораторной работе.

Назначение и принцип действия преобразователя давления

Преобразователь давления предназначен для непрерывного преобразования значения давления газов и некристаллизующихся (не затвердевающих) жидкостей в унифицированный электрический сигнал постоянного тока 4…20 мА. Область применения такого преобразователя –

системы контроля, автоматического регулирования и учета в различных отраслях промышленности. Рабочей средой для преобразователя являются жидкости (техническая вода, масла, дизельное топливо, мазут), пар, газы, парогазовые и газовые смеси при давлении, не превышающем верхний предел измерения преобразователя.

Чувствительным элементом в преобразователе давления (рис. 1) в общем случае служит плоская упругая мембрана 1. Она размещается во внутренней полости преобразователя и закрепляется по всему периметру между деталями корпуса 2. При этом образуются две камеры 3 и 4. В одной из этих камер размещается преобразователь перемещения 5. Мембрана находится под действием разности двух давлений и(атмосферное давление). Возникающая деформация мембраны преобразуется в электрический сигнал преобразователем перемещения.

В настоящее время в преобразователях давления используются следующие виды преобразователей перемещения: пьезоэлектрические, емкостные, индуктивные и тензорезисторные. Наиболее распространены последние. Существует несколько конструкций таких преобразователей. В одной из распространенных – к плоской мембране припаяна сапфировая мембрана с тензорезисторами. В другой конструкции сама мембрана изготавливается из кремния, и на ее поверхности методом планарной технологии наносят 4 или 8 тензорезисторов.

На рис. 2а показана плоская мембрана 1, на поверхности которой нанесены четыре пьезорезистора, а на рис. 2б показаны распределения механических касательных и радиальныхнапряжений вдоль диаметрамембраны. Как видно из рис. 2б касательные напряженияимеют постоянный знак, а радиальные– меняют знак. В связи с этим у тензорезисторови, размещенных вблизи края мембраны, с увеличением давления сопротивление будет уменьшаться, а у касательно размещенных –исопротивление будет возрастать. Так как резисторывключены в схему неуравновешенного электрического моста со стабилизированным источником питания 6, то одновременное увеличение сопротивленийии уменьшение –ипозволяет увеличить чувствительность преобразования давления. Сигнал неуравновешенного моста снимается с измерительной диагонали. Использование схемы (рис.2а) позволяет также обеспечить в большей степени независимость сигнала датчика от изменения температуры. Преобразователи давления с тензорезистивными преобразователями перемещений имеют класс точности 0,5–1,0.

Конструкция преобразователя представлена на рис.3. Преобразователь выполнен в цилиндрическом корпусе 3, в нижней части которого расположен штуцер 4,предназначенный для присоединения к линии измеряемого давления. В верхней части корпуса расположена обойма 6, которая крепится в корпусе с помощью специальных защелок,

позволяющих ей вращаться вокруг своей оси (относительно корпуса 3).

Для фиксации положения обоймы относительно корпуса служит крышка 7, которая навинчивается на наружную резьбу верхней части корпуса 3. На обойме установлена приборная часть 2 электрического соединителя. В кабельной части 1 соединителя производится подсоединение проводов внешних электрических цепей. В штуцере преобразователя 4 размещен чувствительный элемент 5.