Вопросы для самопроверки

1. Дать классификацию датчиков температуры.

2. Привести конструктивные схемы контактных датчиков температуры.

3. На каком физическом явлении основан принцип действия тепломеханических преобразователей?

4. В чем состоит принцип действия термоэлектрических преобразователей?

5. В чем состоит принцип действия термометров сопротивления?

6. Перечислить требования к материалам чувствительных элементов термометров сопротивления.

7. Перечислить основные характеристики термометров сопротивления.

8. Перечислить основные параметры термометров сопротивления.

9. Чем вызваны погрешности приборов для измерения температуры?

10. Привести конструктивные схемы полупроводниковых датчиков температуры.

ЛЕКЦИЯ 7.

Цель лекции – ознакомление с типами конструкций и принципом действия датчиков давления, видами и характеристиками упругих элементов.

Задачи лекции

- изучить типы конструкций и принцип действия датчиков давления,

- изучить виды и характеристиками упругих элементов

Вопросы, рассматриваемые на лекции

1. Классификация датчиков давления. Датчики давления с упругими ЧЭ Характеристики упругих элементов. Виды упругих элементов. Жидкостные приборы давления с видимым уровнем. Электрические приборы давления. Дифференциальные манометры.

2. Датчики уровня. Датчики измерения расхода и количества вещества

Классификация датчиков давления.

1) по виду измеряемого давления – барометры, манометры, вакуумметры, тягонапоромеры, микроманометры

2) по принципу действия - приборы с упругими ЧЭ (мембранные, пружинные, сильфонные); жидкостные с видимым уровнем; электрические (пьезоэлектрические, манометры сопротивления, радиоактивные и радиоактивные вакуумметры); дифференциальные манометры;

3) по назначению – образцовые, рабочие

Датчики давления с упругими ЧЭ основаны на использовании деформации или изгибающих моментов упругих ЧЭ, воспринимают измеряемое давление среды и преобразуют его в перемещение или усилие.

Статическая характеристика - зависимость величины перемещения точки ЧЭ от действия нагрузки или сосредоточенной силы, - величина перемещения.

Статическая характеристика может быть линейной и нелинейной

Рабочее качество упругого элемента - жёсткость и чувствительность, обратная жёсткости.

Эффективная площадь упругого ЧЭ.

Гистерезис статической характеристики – неоднозначность хода статической характеристики при увеличении и уменьшении нагрузки в пределах упругих деформаций

Изменение деформаций во времени - последствие (упругое, когда стрелка прибора после снятия нагрузки не сразу возвращается в ноль; и пластическое, когда деформация сохраняется при полной разгрузке по истечении любого интервала времени).

Виды упругих элементов

1) по форме - плоские мембраны, выпуклые мембраны, гофрированные мембраны и коробки, синусоидальная, трапециидальная, пильчатая формы мембран, сильфоны (тонкостенные трубки с поперечной гофрировкой: бесшовные, сварные, со складывающимися гофрами), трубчатые пружины (эллиптического, плоскоовального сечения, тонкостенные, толстостенные).

2) по материалу – сталь, бронза, капрон, шелк, покрытые бензомаслостойкой резиной или пластмассой.

На участке ОЕА прогиб возникает плавно: при давлении р=р₁ мембрана теряет устойчивость и происходит её перемещение – хлопок – участок аb, при этом размыкаются или замыкаются электрические контакты. На участке bd прогиб уменьшается плавно, при р₂ происходит хлопок, при котором мембрана возвращается в исходное положение. При давлении, меньшем р₂ – монотонно убывает до нуля. С увеличением Н жесткость мембраны увеличивается. Н – глубина гофры.

Жидкостные приборы давления с видимым уровнем.

U – образные или двухтрубные. Чашечный.

Используется для малых давлений до 0.1МПа, для низких –до 0,5МПа, среднего – до 5МПа, высокого – до 15 МПа.

В качестве материала – стекло (диаметр 8-10 мм), в качестве рабочей жидкости – вода и ртуть.

Электрические приборы давления.

1) Пьезоэлектрические, принцип действия основан на возникновении электрических зарядов на поверхности некоторых материалов, подвергнутых сжатию в определенном направлении. Материалы: кварц, турмалин, титанат бария.

2) Манометры сопротивления основаны на изменении электрического сопротивления проводников в зависимости от приложенного давления. В качестве материала используют: полупроводники, платину, константан, вольфрам, манганин.

3) Радиоактивные вакуумметры основаны на зависимости тока, протекающего через ионизационную камеру, от давления (от плотности газа в камере).

4) Ионизационные основаны на использовании эффекта ионизации (термоэлектронная эмиссия).

Дифференциальные манометры: колокольные, кольцевые, поплавковые, с упругим ЧЭ.

Датчики уровня. Датчики уровня жидких и сыпучих материалов:

1) по методу измерения - визуальные (водомерные стекла, установленные на резервуарах, предельная длина – 1,5 м):

Недостатки – ограниченное применение при измерении уровня жидких нефтепродуктов, вследствие взрыва и пожароопасности, малая механическая прочность, недостаточная наглядность отсчета уровня темных жидкостей.

- поплавковые (буйковые) - для неагрессивных сред. Высота уровня пропорциональна погружения поплавка, зависит от размеров поплавка, удельного веса жидкости, объема.

- манометры, диффманометры

Манометры – измерение с помощью: давления, создаваемого столбом жидкости; непрерывного продувания воздуха через измеряемую жидкость (пьезометрический способ).

Диффманометры используют для измерения уровня воды в барабане парогенератора.

- емкостные основаны на зависимости измеряемого уровня от электрической емкости, точнее диэлектрической проницаемости вещества между пластинами датчика.

- радиоактивные уровнемеры основаны на зависимости поглощения радиоактивного излучения от высоты уровня жидкости.

- акустические и ультразвуковые основаны на эффекте отражения ультразвуковых колебаний на границе раздела двух сред с различными акустическими сопротивлениями. Мерой уровня является время распространения ультразвуковых колебаний от источника до жидкости и обратно.

Уровнемеры сыпучих и кусковых материалов: электрические, механические уровнемеры (с тормозящей крыльчаткой; с вибрирующим поплавком; мембранные; маятниковые; весовые. Основной элемент механических уровнемеров – магнитоупругий преобразователь, магнитная проницаемость которого изменяется при его упругой механической деформации.

Датчики измерения расхода количества вещества.

Расходомер – устройство измеряющее количество вещества, проходящего через данное сечение трубопровода в единицу времени. Выражается в различных единицах: м³/ч, м³/с, т/ч, кг/с.

Счетчиком количества называется устройство, измеряющее количество вещества, протекающего через данное сечение трубопровода за некоторый промежуток времени (смену, сутки). Показания: в единицах объема, массы.

Классификация расходомеров:

1) по принципу действия - переменного перепада давления (сужающее устройство, измерительное устройство, соединительные устройства, вторичный прибор, измерительный прибор), расходомеры постоянного перепада давления, электромагнитные расходомеры, крыльчатотахометрические, тепловые

Сужающее устройство - нормальная диафрагма, нормальное сопло, нормальное

сопло Вентури, устанавливаются на прямолинейных участках трубопровода.

Расходомеры постоянного перепада давлений основаны на изменении вертикального перемещения ЧЭ, зависящего от расхода среды и приводящего одновременно к изменению площади проходного отверстия расходомера, причем так чтобы разность давлений на ЧЭ оставалась практически постоянной.

Противодействующей силой в расходомере этого типа является сила тяжести ЧЭ, выполненного в виде поршня или поплавка.

Электромагнитные расходомеры используются для измерения расхода электропроводных и неэлектропроводных жидкостей, растворов или пульп. Расходомер с постоянным магнитным полем. Расходомеры с переменным магнитным полем.

Принцип действия основан на явлении электромагнитной индукции: ЭДС, наведенная в проводнике, пропорционально скорости движения проводника в магнитном поле. Роль проводника играет электропроводная жидкость, протекающая через электромагнитный расходомер. Измеряя ЭДС, можно определить скорость течения жидкости и расход.

Крыльчато-тахометрические основаны на возникновении вращательного движения крыльчатки с угловой скоростью, пропорциональна расходу.

Тепловые принцип действия основан на зависимости процессов теплообмена от расхода измеряемой среды. Бесконтактные.

В общем случае связь между количеством тепла, отбираемым потоком от источника тепловой энергии, и массовым расходом может быть представлена уравнением теплового баланса.