Пьезоэлектрический метод

Ионизационный метод

В основе лежит принцип регистрации потока ионизированных частиц. Аналогом являются ламповые диоды. Лампа оснащена двумя электродами: катодом и анодом, — а также нагревателем. В некоторых лампах последний отсутствует, что связано с использованием более совершенных материалов для электродов. Преимуществом таких ламп является возможность регистрировать низкое давление — вплоть до глубокого вакуума с высокой точностью. Однако следует строго учитывать, что подобные приборы нельзя эксплуатировать, если давление в камере близко к атмосферному. Поэтому подобные преобразователи необходимо сочетать с другими датчиками давления, например, емкостными. Зависимость сигнала от давления является логарифмической.

В основе лежит прямой пьезоэлектрический эффект, при котором пьезоэлемент генерирует электрический сигнал, пропорциональный действующей на него силе или давлению. Пьезоэлектрические датчики используются для измерения быстроменяющихся акустических и импульсных давлений, обладают широкими динамическими и частотными диапазонами, имеют малую массу и габариты, высокую надежность и могут использоваться в жестких условиях эксплуатации.

15) Манометр — прибор, измеряющий давление жидкости или газа.

Пружинные манометры предназначены для измерения среднего и высокого давления (свыше 40 кПа).

Пружинный манометр – деформационный манометр, в котором чувствительным элементом является трубчатая пружина.

Принцип действия пружинного манометра основан на уравновешении избыточного давления силами упругой деформации трубчатой пружины.

Устройство пружинного манометра:

1 – основание манометра,

2 – трубка,

3 – трубчатая пружина,

4 – стрелка,

5 – зубчатый сектор,

6 - тяга,

7 - корпус манометра,

8 - ниппель.

Манометр присоединяется к газопроводу через 3-х ходовой кран или устройство, заменяющее его (КЗМ).

Среди пружинных манометров различают следующие.

а) Манометры с металлической мембраной. Изготовлены в виде двух плоских дисков с зажатой между ними металлической гофрированной мембраной, гофры которой сформированы таким образом, чтобы обеспечить линейность характеристики «давление/деформация».

б) Нанометры с трубкой Бурдона. Снабжены дугообразной трубкой овального или близкого к прямоугольному сечения, изготавливаемой обычно из нержавеющей стали, а также, в некоторых специальных случаях, из латуни, меди или сплава «монель». Такая трубка изготавливается в заводских условиях по специальной технологии, обеспечивающей сохранность ее упругих свойств во времени. Разумеется, толщина стенок трубки зависит от максимального давления, которое в нее может быть подано.

в) Манометры с мембранной коробкой. Представляют собой приборы, чувствительный элемент которых выполнен в виде двух, как правило гофрированных, мембран, скрепленных по краям (пайкой, сваркой, склеиванием и т. п.). Основным преимуществом такой схемы является увеличение деформации при одном и том же давлении, поскольку для одинаковых наружных диаметров прогиб мембранной коробки почти вдвое больше прогиба обычной мембраны. Точность этих приборов достигает обычно значений не хуже 0,2%. Их можно использовать для измерения абсолютных давлений, если из коробки предварительно откачать воздух. При необходимости повышения точности измерений можно использовать модели с несколькими мембранными коробками.

г) Сильфонные манометры. Имеют чувствительный элемент в виде гофрированной трубки из нержавеющей стали, томпака (красной латуни) или монеля, зажатой в пружине или стальной пластине с возможностью деформации под действием давления, подаваемого внутрь трубки. Манометры этого типа обладают высокой, прочностью, стойкостью к воздействию ударов, вибраций и забросов давления. Шкала давления проградуирована в кг/см2, что очень близко к шкале, проградуированной в барах. Однако читатель должен заметить, что кг/см2, строго говоря, не является единицей давления. На самом деле имеется в виду кгс/см2 (тоже, впрочем, запрещенная к применению единица измерения), причем 1 кгс/см2=0,981 бар.

Дифференциальный манометр, дифманометр — прибор для измерения перепада давлений. Применяется для измерения уровня жидкостей в резервуарах под давлением или расхода жидкости, газа и пара с помощью диафрагм методом измерения перепада давления на сужающем устройстве. Называется также датчиком разности давлений.

По устройству различаются:

§ жидкостные дифманометры (трубные, поплавковые, кольцевые и колокольные), в которых измерение осуществляется по высоте столба жидкости

§ механические дифманометры (мембраные и сильфонные), в которых измерение осуществляется по упругой деформации чувствительного элемента.

Сильфоны. Сильфон — тонкостенная цилиндрическая оболочка с поперечными гофрами, способная получать значительные перемещения под действием давления или силы. В пределах линейности статической характеристики сильфона отношение действующей на него силы к вызванной ею деформации остается постоянным и называется жесткостью сильфона. Для увеличения жесткости внутри сильфона часто помещают пружину. Сильфоны изготовляют из бронзы различных марок, полутомпака, углеродистой стали, нержавеющей стали, алюминиевых сплавов и др. Серийно производят бесшовные и сварные сильфоны диаметром от 8—10 до 80—100 мм и толщиной стенки 0,1—0,3 мм.

Мембраны. Различают упругие и эластичные (вялые) мембраны. Упругая мембрана — гибкая круглая плоская (плоская мембрана) или гофрированная (гофрированная мембрана) пластина, способная получить прогиб под действием давления (рис. 4.3, е, ж). Статическая характеристика плоских мембран изменяется нелинейно с увеличением давления, поэтому здесь в качестве рабочего участка используют небольшую часть возможного хода. Гофрированные мембраны могут применяться при больших прогибах, чем плоские, так как имеют значительно меньшую нелинейность характеристики. Мембраны изготовляют из различных марок стали, бронзы, томпака, латуни и т. д.

16) Тензометрические датчики давления

Предназначен для измерения быстро меняющихся давлений жидких и газообразных сред в частотном диапазоне О...500 Гц.

1 - штуцер; 2 - мембрана; 3 - подушка; 4 - тензорезисторы; 5 - сгакан чувствительного элемента; 6 - корпус; 7 - кабельная перемычка-К^ - сопротивление для компенсации температурной погрешности чувствительности; Rp, - сопротивление для компенсации температурной погрешности нуля

Принцип работы

Чувствительный элемент представляет собой цилиндрический стакан, на внутренней и наружной поверхностях которого наклеены проволочные тензорезисторы, соединенные в мостовую схему. Величина сопротивления каждого тензорезистора 700±15 Ом

В диагональ питания мостовой схемы датчика включено медное проволочное сопротивление R a служащее для компенсации изменения чувствительно^ сти от изменения температуры.

Сопротивление R предназначено для компенсации температурной погрешности нуля.

Мембрана изготовлена из стальной ленты 12Х18Н10Т ГОСТ 4986-79.

Заделка мембраны с корпусом датчика осуществляется контактной сваркой.

На контакты диагонали мостовой схемы датчика подается напряжение питания. Выходной сигнал с датчика подается на усилительно-преобразующую аппаратуру.

Разделительная мембрана с эффективной площадью 5эф преобразует давление Рх в усилие 7-х, которое через подушку передается на стакан сечениям F. Под действием усилия стакан деформируется. Деформация стакана ех воспринимается тензорезистора-ми с коэффициентом тензочувствительности S. В результате этого изменяется сопротивление тензоре-зисторов на величину sR (в относительных единицах).

17)

Измерение плотности газа или вакуума основано на зависимоститеплопроводности разреженных газов от степени разрежения. При атмосферном давлении теплопроводность практически постоянна.

Измерение плотности газа или вакуума основано на зависимоститеплопроводности разреженных газов от степени разрежения. При атмосферном давлении теплопроводность практически постоянна.

Датчик термопарного вакууметра использует для своей работы зависимостьтеплопроводности разреженного газа от давления. Он содержит нагреваемую током металлическую проволочку, температура которой определяется балансом между подводимой к проволочке мощностью и отводимым по газу теплом. Эта температура измеряется термопарным термометром, который служит, таким образом, индикатором давления.

18) Поршневой манометр соединяют с ртутным, представляющим собой стальную колонну высотой - 900 см, наполненную ртутью; колонна оканчивается стальными блоками. Две трубки, наполненные невязким маслом, служат для передачи давления на верх и низ колонны. Положение поверхностей раздела между ртутью и маслом поддерживается да постоянном уровне с помощью электроконтактов. По расстоянию между ними определяют высоту столба ртути с точностью до 0 013 см, применяя калиброванную рулетку из инвара. Ртутная колонна и масляная линия, ведущая к верху колонны, термостатированы при 25 С.

Поршневые манометры в лабораторной практике служат основными приборами для проверки рабочих и образцовых пружинных манометров.

Поршневые манометры работают по принципу равновесия сил между измеряемым давлением и грузами с поршнем, расположенным в цилиндре. Величина измеряемого давления определяется по величине веса грузов и поршня или по перемещению последнего. По точности замеров они соответствуют жидкостным стеклянным манометрам, но могут иметь широкий предел измерения.

Поршневой манометр впервые был применен в 1883 г. Парротом и Ленцем в Петербурге.

Поршневые манометры отличаются наибольшей точностью (погрешность от 0 01 до 0 2 / 0) в диапазоне давлений, где не могут быть использованы жидкостные манометры.

Поршневой манометр с дифференциальным поршнем: 1 - корпус прибора; 2 - шток; 3 - тарелка; 4 - грузы; 5 - камера прибора; б-винтовой пресс; 7 - отверстие для соединения прибора с объемом, в котором измеряется давление.

Поршневые манометры относятся к числу наиболее точных приборов для измерения давления, поэтому они применяются главным образом для поверки и градуировки приборов.

Поршневые манометры по классам точности разделяются на два разряда. Приборы первого разряда имеют погрешность 0 01 - 0 02 % от измеряемого давления и применяются только для проверки поршневых манометров

19)

Действие манометра Мак – Леода основано на том, что при уменьшении объема давление газа увеличивается до значения, при котором уравновешивающее его гидростатическое давление столба ртути может быть измерено обыкновенной шкалой. Манометр делается из стекла и укрепляется на вертикальной доске. Разница между высотами ртути в манометре и в сосуде для ртути (1) бывает примерно равна атмосферному давлению (рис. 4). Сосуд (1), поднимается так, чтобы уровень ртути в манометре поднялся чуть выше разветвления (2), отделяя таким образом некоторую массу газа в объеме , газ сжимается и переходит в капилляр. Давление газа становится при этом достаточно большим и создает заметную разность в высоте ртутных столбиков в соседних капиллярах Б и В. На рис.4(I) уровни ртути показаны до начала измерений, а на рис.4(II) – в момент измерения давления. Мениск ртути в B установлен на уровне верхнего закрытого конца капилляра Б.
Объем газа в капилляре Б равен . Капилляры Б и В имеют одинаковые диаметры, что исключает влияние поверхностного натяжения. Для определения Р – давления в системе используется закон Бойля-Мариотта.

и – параметры манометра, определяемые при его изготовлении. Эти параметры или коэффициент - называют постоянными манометра. Шкала, служащая для отсчетов высоты ртутного столбика в капилляре, расположена вдоль капилляров Б и В.
Манометр Мак-Леода совершенно надежен при достаточно низких давлениях.
Примечание. Поднимать и опускать сосуд (1)
следует очень осторожно, так как:
1.Под действием гидравлического удара стекло
может треснуть.
2.От резкого подъема ртуть может попасть в
вакуумную систему.
Достоинства манометра Мак-Леода.

1. Не требует специальной градуировки.

2. Сравнительно большая точность измерения.

3. Легкость изготовления.

рис.4

Недостатки манометра Мак-Леода.

1. Невозможность непрерывных измерений.

2. Большая длительность каждого измерения.

3. Невозможность измерения давления, создаваемого сконденсировавшимися при сжатии парами. В измерительной части манометра над ртутью, вошедшей при измерениях в объем , а затем в капилляр Б, которое при комнатной температуре равно, приблизительно торр, или других веществ, которое искажает показания манометра. (Эти пары находятся и в вакуумной системе).

Парциальное давление паров не подчиняется закону Бойля –Мариотта.

§ Вредность паров ртути.

§ Хрупкость стекла.

20)

21) Действие пьезоэлектрических манометров основано на свойствах некоторых кристаллических веществ создавать электрические заряды под действием механической силы. Это явление называется пьезоэффектом.

Пьезоэффект наблюдается у кристаллов кварца, турмалина, сегнетовой соли, титаната бария и некоторых других веществ. Особенностью пьезоэффекта является его беэынерционность. Заряды возникают мгновенно в момент приложения силы. Это обстоятельство делает пьезоэлектрические манометры незаменимыми при измерении и исследовании быстропротекающих процессов, связанных с изменением давления

Корпус 1 манометра ввернут в гайку 2, снабженную ниппелем для присоединения к объекту измерения. В нижней части корпус герметически закрыт мембраной 3, образующей дно корпуса. На мембрану положена металлическая шайба 4 с цилиндрической выточкой для помещения кварцевой пластины 5. На кварцевую пластину кладется плитка 6, на которую укладывается вторая кварцевая пластина, покрываемая металлической шайбой 7. В центре верхней плоскости шайбы 7 помещается стальной шарик 8.

Пакет из кварцевых пластин и стальных шайб поджимается гайкой 9, образующей крышку манометра. Кварцевые пластины располагаются так, чтобы грани с отрицательным зарядом были обращены к средней плитке, а стороны с положительным зарядом — к шайбам 4 и 7. К средней плитке 6 припаян проводник, выходящий из корпуса через отверстие в стенке, втулку 10 и янтарный изолятор.

Особенностью пьезоэффекта является его безинерционность. Заряды возникают мгновенно в момент приложения силы. Это делает пьезоэлектрические манометры незаменимыми при измерении и исследовании быстро протекающих процессов, связанных с изменением давления для изготовления пьезоэлектрических датчиков.

Дата добавления: 2015-04-23