2020-01-14
1248
Содержание
1. Введение…………………………………………………………………………..3
2. Основная часть
2.1. Манометры сопротивления………………………………………………….3
2.2. Пьезоэлектрические манометры…………………………………………….6
3. Заключительная часть
3.1. Сравнительная характеристика манометров………….………………........7
4. Список литературы………………...……………………………………………10
Введение
Давление является основным рабочим параметром, точность и надежность измерения которого определяет ценность результатов экспериментальных исследований в гидро- и газодинамике; качество технологических процессов в химической, пищевой и бумажной промышленности; оптимальные режимы работы объектов в ракетной технике и авиации, энергетике и транспорте; эффективность систем добычи и переработки нефти и нефтепродуктов.
Электрические приборы используются главным образом для специальных целей, например при измерениях сверхвысоких давлений, глубокого вакуума или давлений, пульсирующих с высокой частотой. Действие этих приборов основано на преобразовании давления в электрический параметр, функционально связанный с давлением. Находят применение следующие электрические приборы: манометры сопротивления, пьезоэлектрические манометры, тепловые манометры, электронные (или ионизационные), радиоактивные вакуумметры.
|
|
|
Манометры сопротивления
Манометры сопротивления применяют для измерения высоких и сверх высоки давлений, достигающих 3 000 МПа.
Принцип действия этих манометров основан на изменении электрического сопротивления проводников (например, манганина) в зависимости от приложенного давления.
Изменение сопротивления проводника ∆Rв зависимости от приложенного давления Рможно представить в виде уравнения
∆R=KRP (1)
где К - постоянная, характеризующая свойства материала проводника
(для манганина K- 0,22 10*-10 м2/Н); R - начальное сопротивление проводника, Ом.
Конструкция датчика манометра сопротивления показана на рис.1. Давление по каналу 1 подводится к полости 2, сверху закрытой гайкой 3с прокладками 4.Внутри гайки проходят два металлических стержня 5, несущие фарфоровый или эбонитовый каркас катушки 6,фиксируемый гайками 7, к которым подключены концы манганиновой обмотки катушки. Для её подключения к мосту (обычно автоматическому электронному уравновешенному) пользуются гайками-зажимами 8.Стержни изолированы от корпуса гайки эбонитовыми втулками 9и прокладками 10.
Чувствительный элемент манометра представляет собой бифилярную катушку 6с сопротивлением 180-200 Ом из манганиновой проволоки диаметром 0,05 мм. Точность измерения давления манганиновым манометром зависит от точности измерения сопротивления катушки, качества калибровки и точности определения калибровки.
|
|
|
Рис. 1. Датчик манометра сопротивления Рис. 2. Схема тензометра метрического
преобразователя
Принцип действия другого чувствительного элемента манометра электрического сопротивления (тензометрического преобразователя) (рис. 2.) состоит в преобразовании усилия или пропорциональной ему деформации в изменение сопротивления проволоки, наклеенной на поверхностьтела, которое подвергается деформации. Тензометр представляет собой тонкую проволоку 1(диаметром от 0,01-0,05 мм), наклеенную на изоляционное основание 2(бумагу или пластмассу). В качестве материала для проволоки используют манганин, нихром, константан и др. К концам проволоки припаивают выводы. В таком виде тензометр наклеивают на поверхность детали, подвергающуюся деформации. При измерении давления изменение сопротивления определяют по формуле (1), где К— коэффициент тензочувствительности. Сопротивление Rчувствительного элемента составляет 80-600 Ом при температуре 20 °С.
Диапазон измерений достигает до 170000 атм., причем до 10000 атм. соблюдается линейность показаний. Погрешность измерения обычно достигает ±0,7 % от верхнего предела измерений.
Кроме проволочных, получили распространение полупроводниковые тензорезисторы, изготавливаемые из кремния и германия. Сопротивление полупроводниковых тензорезисторов от 5*10-2 : до 10 кОм.
Современная технология позволяет изготавливать полупроводниковые тензорезисторы непосредственно на кристаллическом элементе, выполненном из кремния или сапфира. Упругие элементы из кристаллических материалов обладают упругими свойствами, приближающимися к идеальным. Сцепление тензорезистора с мембраной за счет молекулярных сил позволяет отказаться от использования клеящих материалов и улучшить метрологические характеристики преобразователей.
На рис. 3. показана схема тензорезисторный преобразователь разности давлений с унифицированным токовым выходным сигналом типа «Сапфир». Мембранный тензомодуль 4представляет собой металлическую мембрану, к которой прочно прикреплена сапфировая мембрана с напыленными четырьмя кремниевыми тензорезисторами, образующими плечи мостовой схемы. Тензомодуль закреплён на основании 2и отделён от измеряемой среды двумя разделительными металлическими мембранами 1и 3. Полости между тензомодулем и мембранами заполнены полиметилсилаксоновой жидкостью.
Измеряемая разность давлений P1-P2воздействует на тензомодуль через указанные мембраны и жидкость. Через герметичный вывод 5тензомодуль подключается к встроенному электронному устройству 6. С помощью этого устройства изменение сопротивления тензорезисторов преобразуется в унифицированный токовый выходной сигнал (0 5, 0-20 или 4 20 мА) который передаётся по искробезопасной двухпроводной линии дистанционной передачи к блоку питания 7. Последний устанавливается во взрывобезопасном помещении и обеспечивает питание первичного преобразователя по двухпроводной линии. По этой же линии одновременно передается выходной токовый сигнал. Наряду с указанной функцией блок питания повышает мощность выходного сигнала до уровня, необходимого для подключения внешней нагрузки Rни формирует заданный уровень выходного сигнала (0-5, 0-20 или 4-20 мА).
Диапазон измерений колеблется от 1000 атм. до 10000 атм. Погрешность измерения обычно не превышает ±1 % от верхнего предела измерений.
Рис. 3. Схема тензорезисторных измерительных преобразователей с унифицированным токовым выходным сигналом
