• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Тема 13. Електричні манометри та вакуумметри

Дія даних приладів грунтується на прямому чи непрямому

перетворенні тиску в електричний параметр, який має з ним

функціональний зв’язок.

Ці прилади застосовуються головним чином в лабораторній

практиці для проведення відповідних досліджень.

-Манометрелектричногоопору

Дія приладу грунтується на зміні електричного опору

провідника (одношарова котушка діаметром порядка 8 мм

намотана, наприклад, манганіновим проводом, діаметром

0,05мм, електричний опір якої становить 180…200 Ом) під дією

зовнішнього надлишкового тиску.

Якщо позначити електричний опір провідника (котушки)

через R , тиск через p а зміну опору через ∆R , то можна

записати

∆ =R kRp , (13.1)

де k - п’єзокоефіцієнт, величина якого залежить від матеріалу

(для манганіна він знаходиться в межах ( 2,0...2,5 10) −7 м Н²/ ).

З (13.1) видно, що

/ ( )

p = ∆R kR . (13.2)

Для вимірювання опору можна застосувати будь-який

вимірювач електричних опорів, наприклад, електронний

зрівноважений міст (див. рис. 13.1).

Іншим чутливим елементом манометра електричного опору є

комбінований перетворювач з мембранами (рис.12.6 і рис.12.7)

та тензорезисторного перетворювача (рис. 13.1).

При вимірюванні тиску можна також користуватись

формулою (13.2). Опір R тензорезисторного перетворювача при

температурі 20⁰C звичайно становить 80…600 Ом.

Електрична вимірювальна схема в цьому випадку аналогічна

попередній (рис. 13.1).

Рис. 13.1. Вимірювальна схема тензорезистивного манометра

На рис. 13.1 деформація вимірювальної мембрани під дією

зовнішнього тиску

p

призводить до деформації

тензорезисторного перетворювача R₁, який увімкнено в одне з

плечей вимірювального мосту. В інші плечі увімкнено постійні

резистори R₂, R₃та R₄. В результаті цього відбувається

розбаланс вимірювального мосту, який перетворюється

електронним блоком в уніфікований вихідний електричний

сигнал що надсилається до вторинного вимірювального приладу

манометра.

До переваг тензорезистивних перетворювачів відноситься

лінійність характеристики ( )

R = f p та незначна інерційність,

до недоліків - мала чутливість і залежність від температури.

- Ємнісніманометри

Схема вимірювального перетворювача тиску, яка оснащена

мембраною та ємнісним перетворювачем наведена на рис.13.2.

Рис. 13.2. Схема ємнісного перетворювача тиску

Вимірюваний тиск сприймається металевою мембраною 1,

яка є рухомим електродом ємнісного перетворюючого елемента.

Нерухомий електрод 2 ізолюється від корпусу з допомогою

ізоляторів. Залежність ємності C перетворювального елемента

від переміщення ä визначається з (1.3).

Для перетворення

C = f ( )

в сигнал вимірювальної

інформації звичайно використовують вимірювальні мости

змінного струму (високочастотні) або резонансні LC -контури.

Ємнісні манометри застосовують для вимірювання тиску до

120 МПа. Товщина мембрани дорівнює 0,05…1 мм. Основна

похибка вимірювання становить ± (0, 2...5,0 %)

-П’єзоелектричніманометри

В основу дії цих перетворювачів покладено перетворення

вимірюваного тиску в силу за допомогою деформаційного

чутливого елемента і подальшого перетворення цієї сили в

сигнал

вимірюваної

інформації

п’єзоелектричним

перетворювачем (див. п.4, стор.12).

На рис. 13.3 показано схему п’єзоелектричного

перетворювача тиску в п’єзоелектричному манометрі.

Рис. 13.3. Схема п’єзоелектричного перетворювача тиску

Вимірюваний тиск p перетворюється мембраною 4 в силу,

яка викликає стискання стовпчиків кварцевих пластин 2,

діаметром 5 мм і товщиною 1 мм.

Електричний заряд Q , що виникає, через виводи 1 подається

на електронний підсилювач 5.

Величина заряду Q зв’язана з вимірюваним тиском p

залежністю

Q kFp , (13.3)

де k - п’єзоелектричний коефіцієнт (для кварца

k = 2,1 10−12 Кл Н/ ); F - ефективна площа мембрани.

Для зменшення інерційності перетворювача, об’єм камери 3

максимально зменшують.

Оскільки частота власних коливань системи «мембрана-

кварцеві пластини» складає десятки кілогерц, то вимірювальні

перетворювачі цього типу мають високі динамічні

характеристики, що обумовлює їх широке застосування при

контролі тиску в системах з швидкоплинними процесами.

Межа вимірювання тиску такими манометрами становить

2,5…100,0 МПа.

Клас точності 1.5; 2,0.

У зв’язку з витоком заряда з кварцевих пластин

вимірювальні засоби такого типу не використовують для

вимірювання статичних тисків.

-Теплопровідніманометри

При низьких тисках, коли довжина вільного пробігу молекул

співмірна

з

геометричними

розмірами

системи,

теплопровідність газу залежить від тиску.

Цю залежність використовують в теплопровідних

манометрах, які застосовують для вимірювання тиску газів в

межах від 0,0133 до 1333 Па.

Манометр складається з нагрівача і термометра

(терморезистивного чи термоелектричного), який поміщено у

посудину, де контролюється тиск.

На рис.13.4 наведено схему теплопровідного манометра

низького тиску з терморезистором, який увімкнено у мостову

схему.

Рис. 13.4. Схема теплопровідного манометра з терморезистором

В два плеча мостової схеми увімкнено металеві або

напівпровідникові терморезистори R_tі R_K, які нагріваються

електричним струмом, а в інші плечі – постійні резистори R₁і

R₂.

Резистор R_tзнаходиться у вимірюваному середовищі.

Резистор R_Kвиконує роль температурного компенсатора і

запаяний у балон.

З зміною тиску газу змінюється його теплопровідність, що

призводить до зміни електричного опору R_t, а звідси до

розбалансу вимірювального мосту.

В манометрах з термоелектричним термометром (рис.13.5)

вимірюється не опір, а температура провідника. Температуру

вимірюють термоелектричним термометром, термо-ЕРС якого є

функцією вимірюваного тиску.

Рис. 13.5. Схема манометра з термоелектричним термометром

Манометр (рис. 13.5) складається з нагрівача 1 та

термоелектричного термометра 2, що вимірює його

температуру. Елемент нагрівається від джерела струму 3, термо-

ЕРС термопари вимірюється мілівольтметром 4. Елемент 1

нагрівається до температури порядка 200⁰C .

Теплопровідні манометри градуюються по відповідному

газу, для якого вони призначені.

-Іонізаційнівакуумметриіманометри

Іонізаційні вакуумметри з розжареним катодом призначені

для вимірювання вакууму в межах від 133,3 до 133,3 10−5 МПа.

Дія вакуумметра грунтується на іонізації молекул газу

потоком електронів, які випускає розжарений катод або

радіоактивна речовина. В першому випадку перетворювачем є

триелектродна манометрична лампа, балон 1 якої з’єднано з

вимірюваним середовищем (рис. 13.6).

Рис. 13.6. Схема іонізаційного вакуумметра

В балоні знаходиться вольфрамова нитка (катод) 2, сітка 3 і

анод-коллектор 4. Електрони, що вилітають з катоду,

притягуються позитивно зарядженим анодом. В залежності від

тиску p газу, електрони на своєму шляху іонізують більше чи

менше число молекул.

Іони збираються колектором і створюють струм, сила I_K

якого пропорційна силі анодного струму I_aі тиску газу

I = kI p . (13.4)

K

a

де k - коефіцієнт пропорційності, який залежить від

геометричних розмірів перетворювача і складу газу.

В іншому випадку при незначних вимірюваних тисках і

невеликих розмірах радіаційних манометрів ефективніше

застосовувати á -випромінювання, яке характеризується

найвищою іонізаційною здатністюна 1 см довжини пробігу

частинки.

Принципова схема приладу для вимірювання тиску газу з

радіоізотопним іонізатором, який розміщено всередині камери,

наведено на рис. 13.7.

Рис. 13.7. Схема á - іонізаційного манометра

1 – іонізаційна камера; 2 – радіоактивний ізотоп (випромінювач); 3 –

колектор іонів; 4 і 5 – екрани; 6 – подільник; 7 – вимірювальний прилад

Якщо розміри іонізаційної камери менші довжини пробігу

á -часток, то сила іонізаційного струму I_iна від’ємно

зарядженому колекторі буде лінійною функцією тиску p

I_i= kp , (13.5)

де k - постійна приладу.

Для зменшення впливу зовнішніх чинників іонізаційні

камери монтуються в одному корпусі з першим каскадом

електронного підсилювача.

В якості випромінювача можуть бути ізотопи радія, торія,

полонія тощо.

Змістовий модуль 5. Вимірювання кількості та витрат

Читайте також:

1. U – подібні манометри
2. Б- не збуджена ділянка мембрани , на яку діють електричні струми збудженої ділянки. Стрілками показано напрям струмів, кружечками – дійсне переміщення іонів.
3. Багатоконтурні лінійні електричні ланцюги
4. БІОЕЛЕКТРИЧНІ ПОТЕНЦІАЛИ
5. Біоелектричні явища в тканинах: будова мембран клітини, транспорт речовин через мембрану, потенціал дії та його розповсюдження.
6. Біоелектричні явища і збудження в тканинах.
7. ВНУТРІШНЬОЗАВОДСЬКІ ЕЛЕКТРИЧНІ МЕРЕЖІ.
8. Деформаційні манометри
9. Діелектричні втрати
10. ДІЕЛЕКТРИЧНІ ВТРАТИ
11. Діелектричні втрати
12. Діелектричні втрати в газах

Переглядів: 2652