3. Пружинные манометры и датчики давления

1. Пружинные манометры

Принципиальные схемы пружинного дифференциального манометра и пружинного манометра абсолютного давления пред­ставлены на рис. 1, а и б.

Чувствительный элемент 1а дифференциального манометра (см. рис.1, а) воспринимает разность давленийр₁ — p₂ и преобразует ее в линейное перемещениеS. В манометре абсолютного давления (см. рис.1,6) чувствительный элемент16 вакуумирован (р₂0) и преобразует в линейное перемещение абсолютную величину давленияр₁.

Передаточно-множительный механизм в общем случае выполняет следующие функции:

а) преобразует поступательное движение чувствительного элемента во вращательное;

б) увеличивает малое перемещение чувствительного элемента до величины, удобной для точного отсчета показаний прибора;

Рис.8. Схема дифференциального манометра со сдвоенными чувствительными элементами

в) воспроизводит заданную функциональную зависимость между перемещением стрелки и измеряемым давлением.

При построении манометров по схеме рис. 1 необходима герметизация корпуса, что затрудняет регулировку механизма при подаче давления и практически исключает возможность измерения давления жидкостей, особенно агрессивных.

Этот недостаток отсутствует при использовании сдвоенных чувствительных элементов, состоящих из двух одинаковых упругих чувствительных элементов, внутрь одного из которых подается давление p₁, а внутрь другого— давлениер₂ (рис.8). Подвижные центры элементов расположены друг против друга и соединены между собой жесткой планкой, перемещениеSкоторой служит мерой измеряемой разности давленийp₁—p₂ и, передается с помощью передаточно-множительного механизма на отсчетное приспособление. Такие же сдвоенные элементы применимы и для измерения абсолютного давления, при этом один из сдвоенных элементов вакуумируется (p₂0), во внутреннюю полость другого подается измеряемое давлениеp₁ (см. рис. 6).

Для исключения погрешностей, обусловленных изменением окружающего давления, сдвоенные элементы должны иметь одинаковую эффективную площадь.

2. Пружинные датчики давления

Пружинные датчики давления (см. рис. 2) отличаются от пружинных манометров тем, что вместо отсчетного устройства в них имеется электрический преобразователь, который преобразует линейное или угловое перемещение в одну из электрических величин. При использовании параметрических преобразователей (реостатных, индуктивных, трансформаторных, емкостных и др.) выходной электрической величиной является сопротивление R, индуктивностьL, взаимоиндуктивностьМ, емкостьС; в случае включения параметрического преобразователя в электрическую цепь с внешним источником питания выходным сигналом может служить напряжениеU или сила токаI. В большинстве случаев применяют электрические преобразователи дифференциального типа (рис.9), в которых при перемещении подвижной части одновременно изменяются два однородных параметра, причем когда один из них увеличивается, другой уменьшается. Достоинством дифференциальных преобразователей является возможность уменьшения температурных погрешностей (при включении преобразователя в схему делителя напряжений или в мостовую схему), уменьшение электромагнитных и электростатических сил притяжения между подвижными и неподвижными частями и увеличение чувствительности преобразователя.

Рис.9. Дифференциальные электрические преобразователи:

а потенциометрический, б индуктивный, в емкостный

Передаточные отношения механизмов в датчиках давления обычно имеют меньшую величину, чем в манометрах, так как они выбираются не из условия обеспечения точного визуального отсчета показаний, а с целью удобства преобразования перемещения в электрический сигнал. Выбор передаточного отношения определяется типом электрического преобразователя. Наибольшее передаточное отношение требуется при использовании реостатных и потенциометрических преобразователей, в которых ход щетки должен быть достаточно велик, чтобы относительная величина витковой погрешности не превышала допустимого значения. В случае применения поворотных индуктивных трансформаторов и емкостных преобразователей с переменной площадью полюсов или электродов передаточное отношение может быть значительно уменьшено по сравнению с реостатными и потенциометрическими устройствами. Наконец, при использовании индуктивных и емкостных преобразователей с переменным рабочим зазором, а также тензометрических преобразователей, передаточно-множительный механизм может вообще отсутствовать, так как преобразователи этого типа обладают достаточной чувствительностью для непосредственного преобразования малого перемещения чувствительного элемента в электрический сигнал нужной величины. Однако при отсутствии передаточно-множительного механизма возникает проблема предохранения измерительной системы от влияния инерционных сил, действующих вдоль оси чувствительного элемента при полете с ускорением или при наличии вибрации. Компенсация погрешностей, вызываемых влиянием инерционных сил, возможна следующими способами:

Рис.10.Схемы компенсации погрешностей от инерционных сил

а) уравновешиванием инерционной массы подвижных частей упругого элемента и преобразователя с помощью противовеса, присоединенного через вспомогательную кривошипно-шатунную передачу, которая может не участвовать в функциональных преобразованиях, а выполнять лишь роль носителя противовеса (рис. 10,а);

б) встречным соединением двух чувствительных элементов через двойную кривошипно-шатунную передачу так, чтобы моменты инерционных сил взаимно уравновешивались, а моменты по­лезных сил (сил давления) суммировались (см. рис.10,6);

в) применением двух механически не связанных между собой чувствительных элементов с электрическими преобразователями, так соединенными, чтобы их электрические сигналы от действия инерционных сил взаимно компенсировались, а сигналы от действия сил давления суммировались (см. рис. 10, в).

Рис.11. Кинематическая схема пружинного датчика давления с потенциометрическим преобразователем:

1мембрана; 2герметичный корпус; 3шток; 4потенциометр; 5щетки потенциометра; 6штепсельный разъем; 7щеткодержатель; 8пластина; 9ось; 10токоподводящая пружина; 11рычаг; 12штуцер

Кинематическая схема унифицированного датчика с мембранным чувствительным элементом, синусным передаточно-множительным механизмом и потенциометрическим выходным преобразователем изображена на рис.11. Диапазон измерения может изменяться в пределах от 0—1 до 0—100 ат и более. Стандартность конструкции механизма датчика обеспечивается тем, что при переходе от одного диапазона к другому изменяют только толщину мембраны, которая так подбирается, чтобы при любом диапазоне измерения ее прогиб был одинаковым (порядка 1мм).

Вариант конструкции унифицированного датчика давления с индуктивным преобразователем показан на рис. 12.

Датчики давления, выдающие электрический сигнал при достижении контролируемого давления заданного значения, называются, сигнализаторами давления. Конструкция унифицированного электромеханического сигнализатора давления с контактным преобразователем приведена на рис. 13.