Вимірювання тиску: класифікація приладів (стр. 4 из 4)

Перетворення вимірювального тиску в електричні сигнали розглянутим перетворювачем тиску здійснюється шляхом перетворення тиску в деформацію (переміщення) чутливого елементу, жорстко з’єднаного із сердечником 6, і наступного перетворення переміщення сердечника 6 в електричний сигнал ДТ-елементом. Класи точності 1,0 і 1,5.

Для вимірювання перепаду тисків розроблені мембранні дифманометри із ДТ-елементом, що здійснює перетворення переміщення мембранного блоку в сигнал вимірювальної інформації.

Класи точності перетворювачів перепаду тиску 1,0 і 1,5. Час установлення вихідних сигналів не більше 1 с.

Ємнісні вимірювальні перетворювачі тиску. Схема вимірювального перетворювача тиску, оснащеного ємнісним перетворювальним елементом, наведена на рис.5.10,в. Вимірювальний тиск сприймається металевою мембраною 1, що є рухливим електродом ємнісного перетворювального елемента. Нерухомий електрод 2 ізолюється від корпуса за допомогою кварцових ізоляторів. По залежності ємності С перетворювального елемента від переміщення δ мембрани 1 вимірюється величина тиску.

Тензорезисторні вимірювальні перетворювачі тиску. Перетворювачі тиску цих видів являють собою деформаційний чутливий елемент, найчастіше мембрану, на яку наклеюються тензорезистори. В основі принципу роботи тензорезисторів лежить явище тензоефекту, суть якого полягає в зміні опору провідників і напівпровідників при їхній деформації. Існує зв'язок між зміною опору тензорезистору і його деформацією

Отримали розповсюдження дротові і фольгові тензорезистори, що виготовляють із провідників типу манганіну, ніхрому, константану, а також напівпровідникові тензорезистори, що виготовляють із кремнію і германія р- і л-типів. Опір тензорезисторів, що виготовляють із провідників, становить 30…500 Ом, а опір напівпровідникових тензорезисторів від 5·10-2…10 кОм.

Удосконалювання технології виготовлення напівпровідникових тензорезисторів створило можливість виготовляти тензорезистори безпосередньо на кристалічному елементі, виконаному із кремнію або сапфіру. Пружні елементи кристалічних матеріалів мають пружні властивості, що наближаються до ідеального. Класи точності тензорезисторних вимірювальних перетворювачів надлишкового тиску, розрідження і різниці тисків 0,6; 1,0; 1,5. Діапазони вимірювання:

надлишкового тиску — від 0…10-3до 0...60 МПа; розрядження — від -1...0 до -10...0 кПа;

абсолютного тиску — від 0...2,5кПа до 0...2,5МПа; різниці тисків — від 0...1 кПа до 0...2,5МПа.

П'єзоелектричні вимірювальні перетворювачі тиску. В основу роботи цих перетворювачів покладене перетворення вимірювального тиску в зусилля за допомогою деформаційного чутливого елемента і наступного перетворення цього зусилля в сигнал вимірювальної інформації п'єзоелектричним перетворювальним елементом. Принцип дії п'єзоелектричного перетворювального елемента заснований на п'єзоелектричному ефекті, який спостерігається в ряді кристалів, таких, як кварц, турисін, титанат барію і ін. Суть п'єзоелектричного ефекту полягає в тому, що якщо кварцові пластини Х-зрізу піддати стиску силою N, то на її поверхні виникнуть заряди різних знаків. Значення заряду Q пов'язане із силою N співвідношенням

Q = k·N, (9)

де k — п'єзоелектрична постійна, котра не залежить від розміру пластини і визначається природою кристала.

На рис.5.10 показана схема п'єзоелектричного вимірювального перетворювача тиску.

Вимірювальний тиск перетворюється мембраною 4 у зусилля, що викликає стиск стовпчиків кварцових пластин 2 діаметром 5 мм і товщиною 1 мм. Виникаючий електричний заряд Q через виводи 1 подається на електронний підсилювач 5, що має більший вхідний опір. Значення заряду пов'язане з вимірювальним тиском Р залежністю

Q = k·P·F, (10)

де F — ефективна площа мембрани.

Внаслідок того що частота власних коливань системи «мембрана — кварцові пластини» становить десятки кілогерців, то вимірювальні перетворювачі цього типу мають високі динамічні характеристики, що обумовило їхнє широке застосування при контролі тиску в системах зі швидкопротікаючими процесами.

Чутливість п'єзоелектричних вимірювальних перетворювачів тиску може бути підвищена шляхом застосування декількох, паралельно включених кварцових пластин і збільшення ефективної площі мембрани.

Верхні межі вимірювання п'єзоелектричних перетворювачів тиску із кварцовими чутливими елементами 2,5…100 МПа. Класи точності 1,5; 2,0. Через витік заряду із кварцових пластин перетворювачі тисків цього типу не використовують для вимірювання статичних тисків.