4 Манометрические приборы
Приборы, использующие в качестве чувствительного преобразователя, преобразователь давления относится к манометрическим приборам или датчикам давления.
Все манометры можно разделить на манометры абсолютного давления (а) и манометры относительного давления (б) (дифманометры).
Рис. Схемы манометров абсолютного и относительного давления.
Дифманометры измеряют DР = Р2 - Р1 .
С помощью манометрических приборов измеряется давление водной среды или воздуха, жидкостей или газов. Изгиб мембраны или анероидной коробки может преобразовываться непосредственно в отклонение стрелки относительно шкалы с помощью механического рычажного механизма или в электрический сигнал с помощью рычажного механизма и потенциометра, с помощью пьезокерамических элементов, тензодатчиков, индуктивных преобразователей, струнных полупроводниковых преобразователей.
Рассмотрим чувствительные преобразователи манометрических приборов, т.е. мембраны и анероидные коробки.
Мембраной называется тонкая круговая пластинка, закрепленная по наружному контуру. Мембраны имеют гофры 1 и жесткий центр 2.
Рис.
Схема прогиба мембраны
В общем случае характеристика мембраны l0 = f(p) нелинейная. Наибольшее влияние на характеристику оказывает толщина материала и глубина гофра. С увеличением толщины материала увеличивается жесткость мембраны и возрастает нелинейность характеристики. При увеличении глубины гофра увеличивается начальная жесткость мембраны, т.е. жесткость при малых прогибах, и выпрямляется ее характеристика. Изменение формы и числа гофров при постоянной их глубине влияет на характеристику мембраны значительно меньше.
Гофры бывают следующих форм:
Синусоидальная форма. Трапецеидальная форма.
Плоско-дуговая форма.
Пильчатая форма. Переменная по глубине.
Переменная по глубине используется для получения l0 = f(p) по заданному закону.
Мембрана может иметь краевой гофр, т.е. крайний гофр, который отличается своими размерами и формой от остальных гофров. Введение краевого гофра увеличивает общий прогиб мембраны примерно в 3 – 3,5 раза и резко меняет ее характеристику.
6. Преобразование измерительных сигналов.
Для того, чтобы исходный сигнал стал измерительным, необходимо один из его параметров связать функциональной зависимостью с измеряемой физической величиной. Параметр сигнала, выбранный в качестве такового, называется информативным, а все остальные параметры — неинформативными. Процесс преобразования исходного сигнала в измерительный (то есть преобразование одного из параметров исходного сигнала, генерируемого некоторым источником, в информативный параметр), называется модуляцией. В зависимости от вида модуляции измерительные сигналы можно классифицировать следующим образом:
Сигналы постоянного уровня. Характеризуются лишь одним параметром и поэтому могут быть модулированы только по уровню. Уровень сигнала является при этом мерой измеряемой величины.
Синусоидальные сигналы. Могут быть модулированы по амплитуде, фазе или частоте. В зависимости от того, какой из этих параметров сигнала является мерой измеряемой величины, говорят об амплитудио-модулированных, фазо-моду-лированных или частотно-модулированных сигналах.
В зависимости от характера изменения информативного параметра сигнала по уровню и во времени измерительные сигналы подразделяются на:
непрерывные по уровню, или аналоговые, если их информативный параметр может принимать любые значения в заданном диапазоне;
дискретные, или квантованные по уровню, если их информативный параметр может принимать лишь некоторое ограниченное число значений в пределах заданного интервала;
непрерывные во времени, если они существуют в течение всего времени измерения и в любой момент может быть выведен на регистрацию;
дискретизироваиные, или квантованные по времени, если они несут информацию о значении измеряемой физической величины лишь в течение некоторых промежутков времени. К этой группе относятся, например, все виды импульсно-модулированных сигналов.
Измерительными преобразователями называются средства электрических измерений, предназначенные для выработки сигналов измерительной информации в форме удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и (или) хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Измерительные преобразователи делятся на:
преобразователи электрических величин в электрические, например, шунты, делители напряжения, трансформаторы напряжения и тока, измерительные усилители, выпрямители;
преобразователи неэлектрических величин в электрические, (терморезисторы, тензорезисторы, емкостные и индуктивные преобразователи и др.).