Устройство и принцип работы пружинного манометра

Тензометрические манометры. Тензометрический метод измерения давления заключается в непосредственном преобра­зовании деформации упругого чувствительного элемента (мембраны) под воздейст­вием давления в изменение электрического сопротивления резисторов, закрепленных на этом элементе. Это изменение сопротивления преобразуется электрической изме­рительной схемой в электрический выходной сигнал, пропорциональный величине измеряемого давления.
Резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации, называется тензорезистором.
Зависимость изменения электрического сопротивления ΔR тензорезистора от давления Р определяется по формуле
ΔR=kRP (4.13)
где k — коэффициент тензочувствительности.
Схема тензометрического манометра приведена на рис. 4.7, а. Манометр имеет цилиндрический корпус 1, образующий в верхней части упругую мембрану диаметром 9,6 или 14,4 мм, а в нижней — штуцер для подвода измеряемого давления Р. К мембране припаяна круглая сапфировая пластина 2, на поверхность которой нанесены тонкопленочные полупроводниковые тензорезисторы R1—R4 из монокристаллического кремния, ценным свойством которого является большое значение коэффициента тензочувствительности.

Тензорезисторы с помощью припаянных к ним выводных про­водов 3 соединены со сборными пластинками 4, закрепленными на кольце из диэлектрика 5.
Манометры с верхним пределом измерения 0,4 МПа металлической мембраны не имеют. Измеряемое давление воспринимается только сапфировой пластинкой (мембраной) толщиной 2,25 мм с тензорезисторами, непосредственно припаянными по окружности к торцовой поверхности корпуса манометра.
Давление в манометре измеряется схемой неуравновешенного моста, плечами которого являются тензорезисторы R1—R4. Под воздействием измеряемого давления мембрана с сапфировой пластинкой и тензорезисторами подвергается радиальным (кривая 1) и окружным (кривая 2) деформациям ε (рис. 4.7, б). При таком рас положении тензорезисторов каждая пара противоположных плеч моста ориентирована так, чтобы их наиболее чувствительное кристаллическое направление совпадало у одной пары с радиальным, а у другой — с окружным направлением мембраны. Тензорезисторы R1 и R2 расположены в радиальном направлении, что приводит при деформации к уменьшению их сопротивления, а тензорезисторы R3 и R4 — в окружном направлении, что вызывает увеличение их сопротивления. В результате при деформации возни­кает разбаланс моста в виде напряжения, которое с помощью встроенного в корпус манометра микроэлектронного усилителя преобразуется в пропорциональный измеряемому давлению токовый выходной сигнал дистанционной передачи
0—5 мА.
Верхний предел показаний манометров 0,1—40 МПа; класс точности 0,6; 1 и 1,5.
Тензометрические манометры имеют малые габариты, простое устройство, высокую точность и надежность в работе, что позво­ляет использовать их для измерения давлений в сложных производ­ственных условиях.
В нашей стране выпускаются тензометрические манометры, которые используют сапфировую пластинку с тензодатчиками и которые так и называются манометрами “Сапфир”. Они разработаны московским заводом “Манометр” и выпускаются этим же предприятием и некоторыми другими фирмами в России. Они представляют собой датчик и регистрирующий прибор. Кроме того, ряд заграничных фирм выпускает датчики давления этого типа, снабжённые микросхемой для усиления и первичной обработки сигнала, так что измерительный сигнал можно видеть на любом электроизмерительном приборе уже приведенными к одному из стандартов – весь диапазон измерений соответствует либо сигналу напряжения 0 – 10 В, либо токовому сигналу 4 – 20 мА.
Приборы дифференциального давления применяются для измерений разницы между двумя отдельными давлениями. Базовым давлением является то, которое присутствует на стороне, взятой за эталонную. В качестве чувствительных элементов используются пружины тех же форм, что и в манометрах относительного давления (рис.4.8) Как правило, чувствительные элементы подвергаются воздействию давления с обеих сторон. Установленная таким образом разность давлений передается с помощью стрелочного механизма непосредственно на шкалу. Если измеряемые давления одинаковы, измеряемый элемент остается неподвижным и показания прибора отсутствуют. Измерение низких разностных давлений возможно даже при высоком статическом давлении. Защита от высоких перегрузок обеспечивается с помощью пластинчатых чувствительных элементов. При выборе манометра следует учитывать допустимое статическое (рабочее) давление, а
также максимально допустимую перегрузку со стороны © и 0. Для преобразования деформации чувствительного элемента в показания стрелки используются принципы, аналогичные принципам действия манометров избыточного давления. Диапазоны показаний лежат в пределах от 0 … 16 мбар до макс. 0 … 25 бар с классом точности от 0,6 до 2,5. Области применения:
— оснащение фильтров (контроль состояния фильтра)
— измерения уровня заполнения резервуаров, находящихся под
давлением
— измерение расхода (падение давления на диафрагме)