8.5.Тягонапоромеры

Мембранные упругие чувствительные элементы, чаще в виде мембранных коробок, используются в приборах для измерения напора и разрежения. Схема профильного напоромера типа НМП и его внешний вид представлены на рис. 10.9. Измеряемое давление через штуцер 1 на задней стенке прибора подается во внутреннюю полость мембранной коробки 2. С помощью системы рычагов и тяг 3, изображенных на схеме упрощенно, перемещение центра мембран­ной коробки преобразуется в пропорциональный угол поворота оси 4, на которую насажена показывающая стрелка 5, перемещающаяся вдоль профильной шкалы 6. Для настройки начального положения показывающей стрелки используется корректор 7, находящийся на лицевой панели. Эти приборы выпускаются так же, как тягомеры и тягонапоромеры. Диапазон измерения приборов достигает 25 кПа в соответствии со стандартным рядом при классе точности 1,5; 2,5. С использованием мембранных чувствительных элементов выпускаются реле (сигнализаторы) напора и тяги типа РД, которые работают в диапазоне от -12 до 12 кПа.

8.6.Электрические средства измерения давления

8.7.Тензорезистивные преобразователи давления

М анометры с тензопреобразователями по быстродействию приближаются к пьезоэлектрическим манометрам. Их чувствитель­ные элементы (сенсоры) представляют собой мембраны, на кото­рых размещены проволочные, фольговые или полупроводниковые резисторы, сопротивление которых меняется при деформации мем­браны под действием давления. Проволочные тензорезисторы проще в изготовлении, но их коэффициент тензочувствительности, опре­деляемый отношением относительных изменений сопротивления к деформации, на порядок меньше, чем у полупроводниковых. В западной литературе тензопреобразователи давления обычно называют пьезопреобразователями, поскольку на греческом языке piezo означает давлю.

представлена на рис. 10.21, а. Чувствительным элементом маномет­ра является тензопреобразователь 1 с двухслойной мембраной. Из­меряемое давление действует на титановую мембрану, к которой сверху припаяна сапфировая мембрана с тензорезисторами. Элементы измерительной схемы и усилитель находятся в блоке 2.

Существуют два типа тензопреобразователей: давления (рис. 10.21, а) и силы (рис. 10.21, б). В тензопреобразователях дав­ления измеряемое давление действует непосредственно на мем­брану, поскольку при измерении давления в диапазоне 0,4 МПа и выше на мембране с тензопреобразователями диаметром 6...8 мм развиваются усилия, достаточные для ее деформации. В тензопре­образователях силы 4 нижняя металлическая мембрана имеет рычаг 3, к которому прикладывается сила, развиваемая мембранным бло­ком под действием давления. В преобразователях с диапазоном изме-

В этих приборах для преобразования силового воздействия давле­ния в электрический сигнал используется сапфировая мембрана с напыленными кремниевыми резисторами. Схема преобразователя «Сапфир-22» типа ДИ, предназначенного для измерения избыточ­ных давлений с верхним пределом измерения 0,4 МПа и выше, рения менее 0,4 МПа (см. рис. 10.21, б) используются в качестве чувствительных элементов блоки из двух мембран 1, 2, жестко соеди­ненных между собой и находящихся под воздействием атмосферного и измеряемого давлений (разрежения), либо разности давлений. Упрощенная электриче­ская схема аналогового пре­образователя «Сапфир-22» представлена на рис. 10.23. Электронный усилитель пред­ставляет собой устройство с глубокой отрицательной об­ратной связью. Тензорезисторы R_:—R₄ образуют не­уравновешенный мост (тензомост), сигнал небаланса которого зависит от измеряемого давления. Если плечи моста сим­метричны, т.е. R1=R3=R₀ (1+кр), R₂ = R₄ = R₀(1- кр), то R1 + R2 = R3 + R₄ и I1 = I2 = I_TM/2. При бесконечно большом входном сопро­тивлении усилителя и_тм = R₀(1 + kp)I/2 - R₀(l - kp)I/2 = kR₀I_TMp. Ток питания тензомоста стабилизирован, постоянство коэффициента преобразования обеспечивается введением отрицательной обратной связи, снимаемой с доли а резистора обратной связи R_0c. Это сопро­тивление включено последовательно с сопротивлением нагрузки Rн . При бесконечно большом коэффициенте усиления усилителя ΔU= u_тм - IαR_0C = 0, откуда I = kI_TM/(αR_0C)p. Изменяя α и R_0c, коррек­тируем диапазон измерения прибора и меняем пределы его измере­ния. При одном типоразмере чувствительного элемента преобразо­ватели за счет изменения сопротивления обратной связи имеют от 4 до 6 диапазонов измерения. Помимо корректора диапазона преобра­зователи имеют корректор начального значения выходного сигнала. Недостатком преобразователей этого типа особенно низко-предельных является значительный температурный коэффициент, составляющий около 0,1 %/°С. В связи с этим во всех преобразова­телях производится температурная компенсация, которая исходит из индивидуальных температурных характеристик каждого прибора. Для введения компенсации температурных уходов начального сиг­нала и диапазона в качестве терморезистора используется сопротив­ление диагонали питания тензомоста, которое зависит от температуры и не зависит от давления. Эта диагональ является плечом моста тем­пературной компенсации. Пропорциональный температуре усилен­ный сигнал его небаланса используется как для изменения тока питания тензомоста при коррекции температурных изменений диа­пазона преобразователя, так и для устранения смещения его стати­ческой характеристики, вызванного температурой.