6. Тензопреобразователи

Действие измерительных тензопреобразователей основано на изменении электрического сопротивления чувствительного элемента (например, проволоки или ленты из тензочувствительного материала) при его деформации. Обычно они используются а качестве передающих преобразователей для измерения деформаций элементов конструкций или чувствительных элементов первичных приборов. Так, тензопреобразователи могут быть использованы для дистанционного измерения давления, если их механически соединить с манометрической пружиной или мембраной, которые деформируются под действием давления.

Рис. 15. Схема устройства тензопреобразователей: а — проволочного; б — фольгового

Основными требованиями к тензочувствительным материалам являются стабильность характеристик, малый температурный коэффициент электрического сопротивления, высокая чувстительность. Обычно в качестве материалов используются константан, сплавы меди и никеля, никеля и хрома и т. д.

Наряду с металлическими тензопреобразователямн находят применение и полупроводниковые. Последние обладают более высокой тензочувствительностью по сравнению с металлическими, малыми размерами и массой. В качестве примера их использования можно указать на приборы давления.

По устройству металлические тензопреобразователи подразделяются на наклеиваемые и ненаклеиваемые. Наибольшее распространение получили наклеиваемые тензорезисторы, которые выполняются из зигзагообразно уложенной и приклеенной клеем на подложку 1 (из бумаги или пластмассы) проволоки 2 диаметром 0,01— 0,05 мм (рис.15 ). К концам проволоки приварены выводные проводники 3 диаметром 0,5 мм. На рис. 15, б показано устройство фольгового тензопреобразователя. Эти преобразователи изготавливаются из металлической фольги толщиной 0,001— 0,01 мм вытравливанием.

Тензопреобразователь наклеивается на деформирующийся элемент, при деформации которого изменяются размеры и электрическое сопротивление проволоки, причем это изменение зависит от степени деформации. Изменение сопротивления обычно измеряется с помощью мостовой схемы. Относительное изменение сопротивления тензопреобразователей невелико (например, для металлических оно не превышает 1 %), поэтому температурный коэффициент материала проволоки должен быть близким к нулю. Кроме того, для уменьшения влияния температуры применяются специальные схемы термокомпенсации.

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ

1. Общие сведения

Давление относится к числу распространенных измеряемых физических величин. Контроль за протеканием большинства технологических процессов в тепловой и атомной энергетике, металлургии, химии связан с измерением давления или разности давлений газовых и жидких сред.

Давление является широким понятием, характеризующим нормально распределенную силу, действующую со стороны одного тела на единицу поверхности другого. Если действующая среда — жидкость или газ, то давление, характеризуя внутреннюю энергию среды, является одним из основных параметров состояния. Единицей измерения давления в системе СИ является паскаль (Па), который равен давлению, создаваемому силой в один ньютон, действующей на площадь в один квадратный метр (Н/м²). Широко применяются кратные единицы кПа и МПа. Допускается использование таких единиц, как килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см²) и квадратный метр (кгс/м²), последняя численно равна миллиметру водяного столба (мм. вод. ст.). В табл. 1 приведены перечисленные единицы давления и соотношения между ними.

Воспроизведение единицы измерения давления с наивысшей точностью в области избыточных давлений —2,5 10⁸ Па осуществляется государственным первичным эталоном, включающим грузопоршневые манометры, специальный набор мер массы и установку для поддержания давления. Для воспроизведения единицы давления вне указанного диапазона от до 4·Па и отдо 4·Па, а также разности давлений до 4 10⁴ Па используются специальные эталоны. Передача единицы измерения давления от эталонов рабочим средствам измерения осуществляется многоступенчато: от первичного и специальных эталонов вторичным эталонам, затем последовательно образцовым средствам с первого по четвертый разряды включительно и затем рабочим средствам измерения.

Таблица 1. Единицы измерения давления

Последовательность и точность передачи единицы измерения давления от эталонов к рабочим средствам с указанием способов поверки и сравнения показаний определяются общегосударственными поверочными схемами (ГОСТ 8.017-79, 8.094-73, 8.107-74, 8.187-76, 8.223-76). Поскольку на каждой ступени передачи единицы измерения погрешности возрастают в 2,5— 5 раз, соотношение между погрешностями рабочих средств измерения давления и первичного эталона составляет —

При измерениях различают абсолютное, избыточное и вакууметрическое давления. Под абсолютным давлением понимают полное давление, которое равно сумме атмосферного давления р_ат и избыточного ;

Понятие вакуумметрического давления вводится при измерении давления ниже атмосферного:

Средства измерения, предназначенные для измерения давления и разности давлении, называются манометрами. Последние подразделяются на барометры, манометры избыточного давления, вакуумметры и манометры абсолютного давления в зависимости от измеряемого ими соответственно атмосферного, избыточного, вакуумметрического и абсолютного давлений. Манометры, предназначенные для измерения давления или разрежения в диапазоне до 40 кПа (0,4 кгс/см²), называются напоромерами и тягомерами. Тягонапоромеры имеют двустороннюю шкалу с пределами измерения до±20кПа (±0,2 кгс/см²). Дифференциальные манометры применяются для измерения разности давлений.

В зависимости от принципа, используемого для преобразования силового воздействия давления на чувствительный элемент в показания или пропорциональные изменения другой физической величины, средства измерения давления разделяются на жидкостные, деформационные, грузопоршневые, электрические, ионизационные и тепловые.

Устройство перечисленных приборов давления разнообразно. Среди них можно выделить пять основных групп общепромышленных измерительных приборов и преобразователей ГСП: механические, с дифференциально-трансформаторными преобразователями, с компенсацией магнитных потоков, с силовой компенсацией и с тензопреобразователями («Сапфир-22»). Каждая из групп при обшей элементной базе и установочных размерах обеспечивает измерение и преобразование давления в унифицированный сигнал в пределах, регламентируемых ГОСТ 18140-77, 2405-72, 2648-78 и указанных в табл. 2. Для перехода от МПа к кгс/см² и от кПа к кгс/м² члены соответствующих рядов умножаются на и на

Таблица 2. Пределы измерения приборов давления