1.9 Дифманометр с мембранным упругим элементом

У стройство такого манометра показано на рис. 1.6. Мембрана представляет собой волнообразную поверхность с металлическими складками - гофрами в виде окружностей из бронзы, латуни или фосфористой бронзы. Мембраны герметично закрыты и представляют собой замкнутую систему полостей связанных между собой штоком. В мембранных деформационных манометрах может происходить как сжатие, так и расширение полости внутри мембраны.

Функция преобразователя мембраны описывается уравнением:

где Р - избыточное давление;

R - рабочий радиус мембраны;

E - модуль упругости материала мембраны;

h - смещение штока

- прогиб центра мембраны;

, - коэффициенты, зависящие от геометрии мембраны.

Диапазон измерения мембранных манометров находится в интервалах от до .

Источниками погрешностей являются нелинейность характеристики, низкая чувствительность, разброс упругих характеристик из-за невоспроизводимости свойств материала и технологии изготовления мембран. Погрешность прибора составляют ±(1.0 - 2.5) %.

Применяют для измерения, как избыточного давления, так и разряжения. Широко применяются как дифманометры для измерения перепадов давления, тягомеры, напоромеры, тягонапоромеры, дифманометры расходомеров и уровнемеров.

Конструкции дифманометров приведены на рис. 1.7.

1.10 Сильфонные манометры

С ильфонный манометр (рис. 1.8), представляет собой металлический цилиндр с кольцевыми волнообразными складками - гофрами на боковой поверхности Манометр деформируется под действием осевой нагрузки (разности внешнего и внутреннего давления). Передаточный механизм связан с указателем, либо деформация воспринимается вторичным преобразователем. Кроме сильфонов из цельнотянутой трубки применяют сварные сильфоны.

Диапазон измерения давлений составляет от до .

Причиной погрешности является гистерезис, нелинейность характеристик из-за невоспроизводимости свойств материала и качество изготовителя сильфонов, и они составляют ±(0.6 - 1.5(4.0))%.

Все манометры для измерения и преобразования делений, их упругие соединения в трубопроводах, уплотнители, упругие разграничители сред, используют материалы - латунь Л80, бронза Бр ОФ6 и другие металлы.

1.11 ТЕНЗОРЕЗИСТОРЫ

В качестве вторичных преобразователей часто применяют проволочные тензорезисторы, рис. 1.9. Тензорезисторы бывают следующих типов:

1) проволочные;

2) фольговые;

3) полупроводниковые.

Тензодатчик представляет собой две подложки из очень прочного эластичного материала, к которым приклеена медная проволока. Клей обладет столь высокой прочностью и эластичностью, что при растяжке подложки удлиняются не только она сама, но и проволочка, приклеенная к ней.

Известно, что сопротивление проволоки определяется по формуле:

где - длина проволоки;

S - сечение проволоки;

- удельное сопротивление проводника.

Из формулы видно, что увеличение линейных размеров проволоки приводит к росту её длины. Сопротивление проволоки изменяется в сторону роста. Увеличение длины проволоки приводит уменьшению её сечения. В целом сопротивление проволоки изменяется в интервалах от 800 до 1000 Ом. База тензодатчика имеет размеры в переделах 8-15 мм. В некоторых схемах база тензодатчика доходит до 100 - 140 мм.

Основной характеристикой тензодатчика является коэффициент тензочувствительности, определяемый формулой:

.

К оэффициент тензочувствительности металлов достигает интервалов (0.5 - 4). Следует помнить, что деформация тензодатчика не должна выходить за пределы упругой деформации.

Основным недостатком проволочных фольговых тензодатчиков является зависимость его сопротивления от температуры. Это обстоятельство значительно снижает точность измерений механических нагрузок.

Для уменьшения зависимости показаний тензодатчика от температуры необходимо использовать мостовую схему его включения (рис. 1.10) с температурной компенсацией. В схеме рис. 1.10 рабочий тензодатчик прочно приклеивается к исследуемой поверхности, а второй тензодатчик используют для компенсации температурной зависимости. При изменении температуры окружающей

среды сопротивления обоих тензодатчиков изменятся на одинаковую величину, что не повлияет на изменение разности потенциалов между точками А и В.

П усть механическая нагрузка на рабочий датчик увеличилась. Тогда сопротивление рабочего тензодатчика увеличится. Нарушается баланс моста и между точками А и В возникает разность потенциалов пропорциональная изменению сопротивления датчика т.е. величине механической нагрузки. Чувствительный гальванометр или милливольтметр имеет шкалу, проградуированную в единицах механической нагрузки или давления.

В зависимости от типа деформации тензодатчики имеют различную конструкцию. Так на рис. 1.11 представлены тензодатчики розеточной конструкции при изменении точечной нагрузки на центр датчика. На рис. 1.12 показаны тензометрические преобразователи в электрический сигнал. В тензометрических преобразователях давление воздействует на термокомпенсирующий столб жидкости и передается на измерительную головку. Прогиб мембраны воздействует на тензометрический мост сопротивлений, в котором изменение сопротивления тензодатчика преобразуется в электрический сигнал.