1.2.3. Электрические манометры.

Основные отличия приборов в этой группе связаны с конструкциями датчиков, в основу принципа работы которых положены различные физические явления. Основные достоинства электрических манометров в том, что они позволяют измерять быстропеременные давления, высокие и сверхвысокие давления, проводить измерения в агрессивных средах, передавать выходной сигнал прибора на значительные расстояния и выдавать измерительную информацию в форме, удобной для хранения и обработки.

А). Пьезоэлектрические датчики.

Рис. 5. Пьезоэлектрический датчик давления.

Действие основано на использовании пьезоэлектрического эффекта, наблюдаемого у ряда кристаллов (в основном используется SiO₂). Эффект заключается в том, что под действием давления кристалл поляризуется, т.е. на его поверхности появляются электростатические заряды, равные по величине и противоположные по знаку. При переходе от сжатия к растяжению и обратно знаки зарядов меняются в соответствии с изменением знака силы.

Схема датчика такова: в корпусе установлены две кварцевые пластины 1, которые обращены друг к другу сторонами с одинаковой полярностью. Они прилегают к контактной металлической пластине 2. Вторые стороны кварцевых пластин прилегают к металлическим опорам 3 и через них замыкаются на корпус. Металлические опоры вместе со столбиком кварца зажимаются между металлической мембраной 4 и гайкой 5. Шарик между опорой и гайкой способствует равномерному распределению давления на поверхности кварца. В нижней гайке имеется канал для подачи давления.

При изменении давления положительный заряд, появляющийся на границах кварцевых пластин, отводится на корпус, а отрицательный заряд снимается контактной пластиной 2 и с помощью провода 6 подается на измерительное устройство.

Пьезокварцевые датчики позволяют измерять давление до 100МПа и выше, широко применяются для измерения быстропеременных давлений. При этом, чем быстрее протекает исследуемый процесс, тем достовернее измерение. Недостатком является малая стойкость к ударным воздействиям и перегрузкам по давлению.

Б). Емкостные датчики давления.

Рис. 6. Емкостной датчик давления.

Здесь давление воспринимается закрепленной мембраной 1 и через соединительный шток 2 передается к рабочей мембране 3. Рабочая мембрана является подвижным электродом емкостного преобразователя малых возмущений. Неподвижный электрод конденсатора 4 закреплен в корпусе датчика.

Емкость плоского конденсатора с воздушным зазором

,

где S – площадь электродов, ε – диэлектрическая проницаемость.

При изменении воздушного зазора на величину Δℓ_В, изменение емкости

Если изменение зазора (прогиб мембраны) много меньше зазора ℓ_В, то , т.е. малые изменения емкости пропорциональны прогибу мембраны. Датчики типа ЕМD предназначены для измерения давлений 0-4*10⁵Па.

В). Индуктивные датчики.

Принцип действия основан на изменении индукции рабочей катушки за счет движения сердечника, связанного с мембраной. Датчики типа DD обеспечивают измерение давления в диапазоне от (5-10)*10⁵ до (2-3)*10⁷ Па, при частоте питания 10 кГц регистрируются без искажения колебания давления до 300 Гц.

Г). Потенциометрические датчики.

Принцип действия основан на изменении выходного сигнала датчика (напряжения), которое меняется за счет подвижных потенциометров. Чувствительным элементом датчика типа MDD является мембранная (анероидная) коробка, образованная двумя мембранами. Избыточное давление подается внутрь мембранных коробок, перемещение жестких центров которых с помощью рычажных систем передается движкам потенциометрических преобразователей, включаемых в мостовую схему. Датчики предназначены для измерения давлений и перепадов неагрессивных газовых сред.