9 Датчики давления и разрежения
К ним отн-ся датчики с чувст. элементами, преобр-ми изменения давления жидкостных и газообразных сред в физ. величины, удобные для дальнейшего исп-я – в линейное или
угловое перемещение, в электр. сигнал и др. В кач-ве чувствительных элементов исп.: упругие чувств-е элементы (сильфоны, мембраны, манометрические пружины); пьезоэлектрические элементы; тензометрические элементы и др.
Сильфон предст. собой тонкостенную гофрированную трубку или цилиндр с 2-мя днищами, внутренняя полость к-й через тонкую трубку соединяется с источником контр-го давления р. При увелич. давления происх. растяжение сильфона, в случае снижения давления сильфон сжимается.
Изгот-ся сильфоны из упругих сплавов меди, стали и др.
Мембрана выполняется в виде упругой эластичной пластины, закрывающей измерительную полость, к к-й подводится контр-е давление Мембраны мог. быть плоские и гофрированные. Гофрированная мембрана обеспечивает большие выходные перемещения и более чувствительна, чем плоская.
Манометрическая пружина предс. собой трубку овального сечения и изогнутую по дуге, в, один конец к-й закрыт и может перемещаться. При подаче давления внутрь трубки, она стремится распрямиться, при снижении давления – скручиваться. Сущ. также многовитковые конструкции, облад. большей чувствительностью и больш. перемещение свободного конца.
Пьезоэлектрические чувствительные элементы или датчики функционируют на основе пьезоэлектрического эффекта. Сущн. этого явления сост. в том, что под действ. приложенного усилия у кристаллов нек-х материалов (кварц, титанат бария, сегнетовая соль и др.) на гранях появляется электрический заряд и возникает напряжение UВЫХ, пропорц. силе сжатия и толщине кристалла (Рис. 3.7). Однако с теч. времени, если сила давления не изменяется, заряд «стекает» и напряжение UВЫХ исчезает. Поэтому такие датчики применяют для измерения переменных давлений, частота которых сост. более 15 …20 кГц.
|
Рис. 3.7 Пьезоэлектрический датчик давления. |
Тензометрические элементы (датчики), это устройства, к-е функционируют на явлении тензоэффекта. Его суть закл. в изменении вел. активного сопротивления электропроводящего материала под возд. мех. напряжения.
10 Датчикии расхода и количества вещества
Расход изм. в массовых ед. (кг/с) или в объемных ед. (м3/с). Колич. показатели в-в связывает плотность Наиб. Распространен. датчиками расхода жидкостей и газов явл. дроссельные, скоростные и бесконтактные датчики.
Дроссельные
датчики-
использ. для регистрации расхода
жидкости, например, воды, имеют в своем
составе диафрагму 2 и дифференциальный
манометр 3, регистрирующий перепад
давления Р
Диафрагма
имеет отверстие с диам.
диам. канала трубопровода 1, в к-м теч.
жидкость. Благодаря ее наличию поток
жидк. перед ней тормозится и стат.
давление Р1
потока
увеличивается. За диафрагмой давление
понижается, Р2
< P1.
Разность
давлений Р
однозначно связана со скоростью
ж
потока жидкости в канале.
Р
=
Р1
- Р2;
.
Вел. Р регистрируют и преобр. в электр. сигнал дифференциальным манометром. Очевидно, что при известном знач. ж и диам. канала D можно однозначно определять расход жидкости, как
|
|
Скоростные датчики расхода (анемометры) функц-т на основе измерения средней скорости потока в канале с пом. лопастных колес, вертушек, взаимод-х с потоком. В совр. конструкциях таких расходомеров прим. герметизированные преобразователи скорости вращ. вертушки в электр. сигнал, напр., импульсный. В преобразователе может исп. электромагнитная схема формирования импульсов или геркон. Частота следования импульсов п однозначно связана с частотой вращения вертушки и, соответственно, со скоростью потока ж = f(n), к-я опр. расход жидкости.
.
|
Рис. 3.9. Скоростной датчик расхода: 1 - трубопровод; 2 - вертушка; 3 - постоянный магнит; 4 - контактный формирователь электрических импульсов. |
Бесконтактные датчики расхода (ультразвуковые, электромагнитные (индукционные), радиоизотопные и др.) не вносят возмущения в поток жидк. и газа и позв. благодаря этому достичь более высок. точности регистрации скорости потока. Принцип их закл. в том, что под возд. какого-либо источника излучения в потоке происх. изменения плотности или образуются метки (ионные, радиоактивные), имеющие скорость, одинаковую с потоком. Измеряя скорость метки, получ. скорость потока. В УЗ датчиках используется эффект Допплера. Электромагнитные (индукционные) датчики функц-т на основе явления электромагнитной индукции.
Измерение расхода или колич. сыпучих в-в или массы порционных кол-в вещества опр. весовым методом дискретно или непрерывным способом.
Принцип реализации весового метода определения массы одной порции вещества: здесь пружинные весы мех. связаны с движком перемен. резистора, вел. сопротивления R к-го будет функц. связана с массой порции в-ва, как R=f(m). Очевидно и ток резистора также будет зав. от этой массы как I=f(m).
Принцип раб. весового измерителя непрер. действия: изм. масса m нах-ся на лент. транспортере, поддерживаемом пружиной. Деформация пружины вызыв. изменение сопр. переменного резистора. Зная массу m в-ва, нах-ся на ленте транспортера, при известной линейной скорости ленты, можно опр-ть мас. расход G, в-ва, как
,
где m
– масса вещества; L
–
рабочая длина транспортера;
– скорость движения ленты.
Датчики уровня – позв. контролировать кол-во в-ва по его уровню h, как показателю объема. Очень часто исп. поплавковые датчики, у к-х линейное перемещение поплавка обеспеч. слежение за ур-м жидкости. Это перемещение может исп-ся, как управляющий мех. сигнал или может быть преобразовано в электрич. сигнал .Для измерения уровня сыпучих в-в (зерно, гранулированный материал) предусм. вибрации поплавка.
Кроме поплавковых преобразователей уровня исп. также датчики давления, емкостные преобразователи или электрические датчики, проводимость к-х опр-ся высотой заполнения чувствительного элемента . Если электроды чувствительного элемента запитать высокочастотным напряжением, а жидкость будет облад. высок. значением диэлектрической проницаемости (например, чистая вода), то получим емкостный датчик.
При высок. Знач. проводимости жидкости будет регистрироваться изменение проводимости чувств. элемента, пропорциональное уровню h.