Грузопоршневые манометры

Принцип действия грузопоршневых манометров основан на уравновешивании измеряемого давления силой веса положенных на поршень грузов. Грузопоршневые манометры обладают высокой точностью воспроизведения давления и широким диапазоном измерений – от 0,098 до 980 МН/м² (от 1 до 10000 кгс/см²), поэтому они применяются в основном для градуировки и поверки средств измерения давления [2].

Образцовый грузопоршневой манометр (рис. 5) состоит из колонки, укрепленной на станине прибора, в которой имеется вертикальный цилиндрический канал, в нем движется пришлифованный поршень, несущий на верхнем конце тарелку для установки грузов. Верхняя часть колонки снабжена воронкой для сбора масла, просачивающегося через зазор между поршнем и цилиндром. В станине высверлен горизонтальный канал, в расширенной части которого движется посредством винтового штока поршень 7, уплотненный манжетами. Канал в станине соединяется с каналом колонки и каналами двух бобышек, предназначенных для укреп­ления поверяемых манометров. Кроме того, с каналом станины соединен канал воронки 8, которая служит для заполнения системы маслом. Каналы для отсоединения их от канала станины снабжены игольчатыми вентилями 9-12. Назначение вентиля 13 – спуск масла из прибора. Максимальное давление, создаваемое грузами, 4,90 МН/м² (50 кгс/см²). Рассчитывается по формуле:

где f_эф – эффективная площадь сечения штока поршня. Для поверки манометров на большее давление пользуются поршневым прессом, отсоединив от прибора поршневую колонку 1 вентилем 10. В качестве при­бора сравнения применяют образцовый пружинный манометр: его присоединяют к одной из бобышек 4, а поверяемый прибор – к другой бобышке [3].

Рис. 5 . Схема образцового грузопоршневого манометра:

1 – колонка; 2 – поршень; 3 и 8– воронки; 4– бобышки;

5 – канал; 6 – тарелка; 7 – поршень; 9 – 13 – вентили

Электрические манометры

Принцип действия приборов основан на измерении электрических величин, связанных с измерением давления [2]. Чувствительные элементы электрических манометров производят непосредственное преобразование давления в какую-либо электрическую величину, функционально связанную с давлением. Различают емкостные датчики давления, пьезоэлектрические и др.

Емкостный манометр

Емкостные преобразователи используют метод изменения емкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Известны керамические или кремниевые емкостные первичные преобразователи давления и преобразователи, выполненные с использованием упругой металлической мембраны. При изменении давления мембрана с электродом деформируется и происходит изменение емкости.

В элементе из керамики или кремния пространство между обкладками обычно заполнено маслом или другой органической жидкостью (рис. 6).

Рис. 6. Емкостный керамический преобразователь давления

Пьезоэлектрический датчик давления

Н а рис. 7 показано устройство пьезоэлектрического датчика давления с двумя кварцевыми пластинами [4].

И

Рис. 7. Пьезоэлектрический датчик давления

змеряемое давление действует на мембрану 1, представляющую собой дно корпуса датчика. Кварцевые пластины 2 зажаты между металлическими прокладками 3. Средняя прокладка 3 соединена с выводом 4, проходящим через экранированную втулку 5 из изоляционного материала. Крышка 6 соединяется с корпусом и через шарик 7 передает давление пластинам, благодаря чему измеряемое давление распределяется по поверхности кварцевых пластин более равномерно.

Кварцевые пластины обычно расположены таким образом, что в измерительную схему подается отрицательный потенциал. Положительный потенциал подается на корпус датчика. Для уменьшения утечки зарядов необходима очень качественная изоляция. С этой же целью поверхность кварцевых пластин тщательно полируют. Использование двух (а иногда и больше) пластин повышает выходную ЭДС, поскольку выходные сигналы пластин складываются [4].

Пьезоэлектрический датчик подобен электрическому конденсатору. Количество электричества q, появившееся под воздействием механической силы, заряжает грани пьезоэлемента и соединенные с ним проводники до напряжения U, определяемого как

где С – емкость между проводниками (включая емкость пьезоэлемента).

Устройство и принцип действия датчика

избыточного давления «Сапфир-22 ДИ»

Датчик САПФИР-22ДИ (рис.8) для измерения избыточного давления состоит из измерительного блока 4 и унифицированного электронного устройства 5. Внутри основания 2 блока 4 размещен мембранный тензопреобразователь 7, полость 8 которого заполнена кремнийорганической жидкостью и отделена от измеряемой среды гофрированной мембраной 10. Мембрана приварена по наружному контуру к основанию 2. Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами, прочно соединенная с мембраной 10. Основное свойство тензорезисторов – способность изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от степени прогиба мембраны тензопреобразователя [5].

Измеряемая величина (давление среды в технологическом аппарате или трубопроводе) подается в камеру 11 фланца 9 измерительного блока и через жидкость, заполняющую тензопреобразователь, воздействует на мембрану, вызывая ее прогиб и изменение электрического сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство 5 по проводам через вывод 6. Электронное устройство преобразует этот сигнал в токовый выходной сигнал манометра, значение которого зависит от измеряемого давления [5].

Рис. 8. Датчик САПФИР – 22ДИ:

1 – прокладка; 2 – основание; 3 – полость;

4 – измерительный блок; 5 – электронное устройство;

6 – гермовывод; 7 – мембранный тензопреобразователь;

8 – полость тензопреобразователя; 9 – фланец;

10 – мембрана; 11 – камера