3. Электрические манометры

Электрические манометры можно разделить на две группы. Манометры первой группы основаны на свойстве некоторых мате­риалов изменять свои электрические параметры под воздействием давления, манометры второй группы - на преобразовании меха­нического воздействия измеряемой величины в электрический параметр при помощи соответствующих преобразователей.

По принципу действия различают электрические манометры, которые под действием давления изменяют: 1. сопротивление: R=f₁(p); 2. Магнитную проницаемость: μ= f₂(p); 3. индуктивность: L= f₃(p); 4. емкость: С= f₄(p); 5. электродвижущую силу (ЭДС): Е= f₅(p).

Для изготовления чувствительных элементов манометров со­противления в настоящее время широко применяют манганиновую проволоку.

Преимуществом манганина, обусловившим применение его для указанных целей, является линейная зависимость электриче­ского сопротивления от давления и малый температурный коэффи­циент сопротивления. К недостаткам манганина следует отнести малый коэффициент изменения сопротивления от давления.

Изменение сопротивления манганина в зависимости от давления выражается формулой: ΔR=k∙R∙р, где R - сопротивление манганина; k - коэффициент изменения сопротивления манганина от давления.

Коэффициент k для манганина колеблется в пределах 2,08 ∙ 10^-6 - 2,34 • 10^-6 см²\кгс.

Принцип действия манометров с переменной магнитной про­ницаемостью основан на изменении магнитной проницаемости электромагнитного дросселя при его сжатии или растяжении.

Индуктивные датчики. Схема индуктивного датчика изобра­жена на рис. 5.8. Прибор состоит из мембранного чувствительного элемента 3 с закрепленным на нем железным сердечником 6 и ин­дуктивной катушкой 4 с железным сердечником. Среда с измеря­емым давлением поступает по трубке 1 в полость 2 и вызывает прогиб мембраны 3, вследствие чего сердечник 6 приближается к сердечнику индуктивной катушки 4. Таким образом, индуктив­ность катушки изменяется пропорционально измеряемому давле­нию. Для подключения датчика к измерительной схеме преду­смотрены клеммы 5.

Емкостные датчики. Принципиальная схема емкостного дат­чика приведена на рис. 5.9. Измеряемое давление подводится к прибору через ниппель 1 и воспринимается мембраной 2. Мембрана 2 и электрод 3 представляют собой обкладки конденсатора, подключенного к измерительной схеме с помощью клемм 4. Из­вестно, что емкость конденсатора зависит от площади обкладок, диэлектрической проницаемости разделяющей их среды и расстоя­ния между обкладками: С=S∙ε/l, где S - площадь обкладок; ε - диэлектрическая постоянная воздушной среды; l - расстояния между обкладками.

Под действием давления мембрана прогибается и приближается к электроду 3.

Площадь обкладок в процессе измерения не меняется. Неизмен­на в процессе измерения также диэлектрическая постоянная ε. В процессе измерения давлений вследствие прогиба мембраны изменяется только расстояние l между обкладками пропорцио­нально измеряемому давлению. Следовательно, формулу можно написать в следующем виде: С=k/l, где k = S∙ε.

Иными словами, емкость конденсатора обратно пропорцио­нальна измеряемому давлению.

Емкостные датчики при промышленной частоте имеют малую мощность и большое сопротивление, доходящее до десятков мегом. Для увеличения мощности емкостных датчиков их применяют в цепях повышенной и высокой частоты.

Принцип действия датчиков с изменяющейся э, д. с. основан на использовании пьезоэффекта, заключающегося в свойстве не­которых кристаллов (кварца, турмалина, сегнетовой соли) под действием давления создавать на гранях разность потенциалов.

При этом возникающая э. д. с. пропорциональна измеряемому давлению.

Заряды, возникающие на кварцевой пластинке, не могут со­храняться длительное время из-за утечек в элементах измери­тельной схемы. Причиной утечек является объемная и поверх­ностная проводимость кристалла, проводимость изоляции соеди­нительного провода и поверхностная проводимость между сеткой и катодом усилительной лампы. Даже при самой тщательной изо­ляции, заряды практически исчезают за десятые доли секунды. Поэтому пьезоэлектрический метод применяют для измерения быстроменяющихся давлений.