Формула для тензометрических манометров. Связь между сопротивлением и деформацией:

– это относительное изменение сопротивления тензорезистора.

– это относительное изменение длины тензорезистора.

К – постоянный коэффициент, зависящий от материала тензорезистора.

Тензорезистор представляет из себя плёнку из кремния, которая наклеивается или напыляется на поверхность из сапфира.

Упругие элементы кристаллических материалов обладают свойствами, приближающимися к идеальным. Сцепление тензорезистора с мембраной за счёт молекулярных сил позволяет отказаться от использования клея и улучшить характеристики преобразователей.

Рис 1.1

А) Схема прибора без разделительной мембраны

Б) Схема прибора с разделительной мембраной

Рассмотрим схемы устройств тензометрических преобразователей давления. Давление измеряемой среды по каналу 1 по каналу один при поступлении в мембранный тензопреобразователь 2 вызывает прогиб его мембраны, что изменяет сопротивление тензорезисторов 3. Электрический сигнал по термопроводу передаётся в электронное устройство 4. В схеме представленной на рисунке Б измеряемая среда поступает в полость 5 отделённую разделительной металлической мембранной 6 от тензопреобразователя 2. Полость над мембраной заполнена кремний органической жидкостью. Под действием измеряемой среды мембрана 6 прогибается, кремний органическая жидкость изменяет давление на мембрану, и дальнейший процесс измерения электрического сигнала протекает так же, как и в случае А.

Приборы с разделительной мембраной нашли применение для измерения давления агрессивных и загрязнённых сред. Материалы разделительных мембран выбираются в зависимости от степени агрессивности измеряемой среды. Диапазон избыточного давления в промежутке от 0 до 2,5 кПа.

Ёмкостные манометры

Принцип действия основан на изменении ёмкости конденсатора при изменении давления. Конденсатор выполняется так, что один электрод не подвижен, а другой выполнен в виде металлической мембраны находящейся под воздействием измеряемого давления. С изменением давления расстояние между электродами изменяется, следовательно, меняется и ёмкость конденсатора. Рассмотрим конструкцию такого конденсатора.

Рис 1.2

1. Корпус с ниппелем для присоединения к объекту измерения

2. Мембрана

3. Втулка

4. Контргайка

5. Керамический изолятор

6. Электрод

7. Диск

В дно ниппеля устанавливается мембрана 2 воспринимающая давление. В верхнюю часть корпуса устанавливается втулка 3 с керамическим изолятором 5. Положение втулки фиксируется контргайкой 4. Внутри изолятора проходит электрод 6, который заканчивается диском 7. Диск 7 образуют с мембраной 3 конденсатор. Прогибу мембраны соответствует определённая ёмкость конденсатора, то есть мембрана прогибается в зависимости от ёмкости конденсатора. Ёмкость является мерой давления.

11.02.03

Пьезоэлектрические манометры

Принцип действия основан на свойстве пьезоэффекта, особенности некоторых кристаллических веществ создавать электрический заряд под действием механической силы. Особенность пьезоэффекта – безынерционность, то есть способность мгновенно создавать заряды в момент приложения силы. Пьезоэлектрические манометры являются незаменимыми прибора при измерении пульсирующих давлений с высокой частотой. Пьезоэффект наблюдается у кристаллов кварца, а также титаната бария.

Рис 1112

1. Металлическая мембрана

2. Кварцевая пластинка

3. Кварцевая пластинка

4. Шарик

5. Колпачок

6. Проводник

7. Электрод

8. Промежуточная шайба

9. Штуцер

Манометр присоединяется к объекту измерения с помощью штуцера 9. Измеряемое давление воспринимается металлической мембраной и передаётся через промежуточную шайбу на кварцевые пластинки. Кварцевые пластинки расположены таким образом, что отрицательные заряды возбуждаются на электроде 7 и от него по проводнику передаются к измерительному прибору. Положительные заряды через корпус отводятся в землю. Шарик 4 и колпачок 5 служат для регулирования давления между электродом и кварцевыми пластинками. Возникающие заряды очень маленькие, поэтому для их измерения применяются электронные схемы, обладающие большой чувствительностью и с высоким входным сопротивлением.

Величина электрического заряда прямо пропорциональна измеряемому давлению и не зависит от температуры.

Теплопроводные манометры

Принцип их работы основан на зависимости теплопроводности газовой среды от изменения давления. Диапазон от 0,0001 до 10 мм рт. ст.

1 мм рт. ст. = 133, 322 Па.

Прибор состоит из нагревателя и измерителя температуры.

Рис 2.23

1 – Колба

2 – Нагревательный элемент

3 – Термопара

4 – Реостат

Колба соединяется с измеряемой средой, внутри которой нагревательный элемент, который нагревается током от источника питания до величины 200 градусов.

Величина тока регулируется реостатом. Температура нагревателя измеряется с помощью термопары. Рабочий конец термопары соединяется с нагревателем, а свободный соединяются с милливольтметром. С изменением давления в баллоне меняется температура нагревателя и в свою очередь и меняется показание милливольтметра.

Который преобразует его в аналоговый выходной сигнал или цифровой сигнал. На данном принципе действия работают датчики давления, предназначенные для непрерывного преобразования значения измеряемого параметра (абсолютного давления, избыточного давления, разрежения) в унифицированный токовый сигнал в системах автоматического контроля и регулирования.