8.16 Методи та прилади для вимірювання тиску

Тиск – це фізична величина, яка характеризує інтенсивність дії сили на поверхню.

Розглянемо призначення приладів для вимірювання величин тиску:

- для вимірювання надлишкового тиску призначений манометр;

- для вимірювання розрідження призначений вакуумметр,

- для вимірювання тиску до 25 кП призначений напірметр,

- малі розрідження вимірює тягометр,

- для одночасного вимірювання тиску та розрідження призначений прилад для вимірювання тяги та напору та мановакуумметр.

За принципом дії прилади для вимірювання тиску поділяються на рідинні, пружинні, електричні.

За видом вихідного сигналу манометри поділяються на: прилади з пневматичним сигналом та прилади з електричним сигналом.

Розглянемо більш детально електричні манометри.

В основу принципу дії електричних приладів покладено використання електричних явищ завдяки чого неелектрична величина – тиск, перетворюється в електричні величини.

Тензометричний манометр – це прилад з пружним елементом, на поверхні якого наклеєні тензорезистори. Під впливом тиску опір тензорезисторів змінюється пропорційно величині тиску. Тензорезистори з’єднані у схему неврівноваженого вимірювального моста, так, що два з них розтягуються, а два – стискуються. Вихідний електричний сигнал передається до вторинного вимірювального приладу, шкала якого має одиниці вимірювання тиску.

Для вимірювання швидко змінних тисків застосовуються інерційні п’єзоелектричні перетворювачі.

В основу принципу дії перетворювачів покладений п’єзоелектричний ефект, а саме, при стискуванні у певному напрямку матеріалів (кварц, титанат барію) на їх поверхні виникають електричні заряди. За величиною цих зарядів можна судити щодо величини тиску. П’єзоелектричний перетворювач такого манометру має такі конструктивні особливості (див. рисунок 1):

1 – мембрана;

2, 3 – пєзоелемент;

4 – кулька;

5 – кришка корпусу;

6,8,9 - прокладки,

7 – електрод

Рисунок 1 =- П’єзоелектричний манометр

Принцип дії: через вхідний отвір тиск впливає на мембрану. За допомогою прокладок у корпусі встановлені кварцові пластини так, що позитивні заряди знімаються з зовнішньої сторони прокладки, а негативні – з внутрішньої, яка з’єднана з електродом.

В електричних рідинних манометрах тиск перетворюється в зміну рівня рідини, який в свою чергу, перетворюється в електричну величину ЕРС. На рисунку 2 наведена конструктивна схема диференціально - трансформаторного датчика для вимірювання різниці тиску.

Під дією тиску в датчику змінюється рівень рідини та положення плунжеру диференціально - трансформаторного перетворювача з послідуючою зміною ЕРС. Наповнювачем датчику можуть бути трансформаторне масло, вода, ртуть.

Рисунок 2 - Конструктивна схема диференціально –

трансформаторного датчика для вимірювання різниці тиску

За допомогою такого приладу можна вимірювати такі величини:

- якщо в другому сосуді над рідиною є вакуум, то манометр вимірює абсолютний тиск;

- якщо другий сосуд з’єднаний з атмосферою, то прилад вимірює надлишковий тиск;

- якщо абсолютний тиск менший, ніж атмосферний, то різниця рівней рідини буде пропорційна вакууму.

В електричних пружинних манометрах тиск подається в манометричну пружину та деформує її на певну величину, яка пропорційна тиску. Манометрична пружина – це трубчата пружина (пружина Бурдона), мембрана або сильфон. Деформація пружини за допомогою перетворювача переміщення перетворюється в електричну величину ЕРС.

На рисунку 3 наведена конструктивна схема диференціально - трансформаторного датчика для вимірювання різниці тиску.

Тиск р₁ та р₂ надходять до камер, які містять мембрані коробки 1 та 2. Вони заповнені дистильованою водою. Різниця тиску деформує коробки та пересуває плунжер, завдяки чого змінюється величина ЕРС, яка пропорційна різниці тиску.

Рисунок 3 - Конструктивна схема диференціально –

трансформаторного датчика для вимірювання різниці тиску