Вопрос № 1.11. Деформационные манометры.

Давление измеряют по величине деформации упругого элемента.

Работают в широком интервале от 50 Па до 1000 Мпа. В качестве упругих элементов используются

плоские и гофрированные мембраны, мембранные коробки, сильфоны, трубчатые пружины.

Плоские мембраны. Статическая характеристика нелинейная, может обладать гистерезисом.

Достоинство: они практически безынерционны, поэтому можно измерять быстро изменяющиеся давления.

Хлопающая мембрана.

Перескакивает из одного положения в другое. Используется в сигнализации. Имеет два устойчивых положения. С целью увеличения чувствительности наносят кольцевые гофры, из них выполняют мембранные коробки.

Гофрированные мембраны.

За счет гофров они могут растягиваться. На основе мембранных коробок выпускают дифференциальные манометры.

На основе мембранного упругого элемента разработан «Сапфир-22», если дальше идут буквы:

ДИ – для измерения избыточного давления

ДВ – вакуумометрический

ДИВ – ДИ и ДВ

ДА – абсолютное давление

ДД – дифференциальный

ДГ – гидростатическое давление

«Сапфир-22 ДИ»

1 – мембрана, воспринимающая давление

2 – сапфировая мембрана

Корпус из двух частей. В верхней части корпуса пространство. Там сапфировая мембрана. Пространство между 1 и 2 заполнено полиметилсилоксановой жидкостью. На сапфировой мембране 4 тензодатчика. Два воспринимают радиальную деформацию ε_r, и два – тангенциальную деформацию ε_τ.

На усилитель подается питание 36В.

На выходе – нормализованный сигнал.

Радиальные и касательные напряжения, возникающие при деформации мембран:

Тензодатчики составляют четыре плеча неравновесного моста, т.к. два соседних находятся в смежных плечах, температурная погрешность исключается и увеличивается чувствительность.

Сильфоны – тонкостенные гофрированные трубки с поперечной гофрировкой. Сильфоны работают на растяжение или сжатие, в зависимости от того, подается давление внутрь или снаружи.

Недостаток – гистерезис. Для устранения внутрь сильфона вводят пружину.

Трубчатые пружины.

1. Трубки Бурдона.

2. Трубки Нагаткина.

Давление подается внутрь трубки. Если внутрь трубки подают давление – она разгибается.

Для вывода статической характеристики примем

2 допущения: 1) при подаче давления малая ось эллипса увеличивается,

2) длина трубки до и после деформации не меняется.

- связанное с давлением приращение в малой оси.

Чем более плоская трубка, тем больше .

Угол (чувствительность) – угол изменения закрутки.

- угол закрутки.

(1)

до деф-ции после деф-ции

(2)

т.к. - трубка разгибается

- приращение.

т.е.

Иногда трубку выполняют многовитковой. Геликоидальная пружина – для увеличения приращения.

Трубки Бурдона: от 50 до 1000 Мпа.

Трубки Нагаткина: до 1600 Мпа.

l – эксцентриситет; S – площадь поперечного сечения канала.

- растягивающая сила, действующая на стенку.

Канал, по которому подается давление выполнен эксцентрично. При действии давления возникает растягивающая сила.

Крутящий момент: Мкр = Nl

Приведем силу к оси трубки: .

При изменении меньших давлений трубка может быть прямой. Изгибается в сторону толстой стенки.

Вопрос № 1.12. Измерение расхода.

Расход вещества измеряется либо в объемных, либо в массовых единицах в единицу времени.

- объемный расход [м³/с] - средняя скорость; - сечение

- массовый расход [кг/с]

Массовые расходомеры более точны, т.к. учитывается и плотность вещества, но они более сложны поэтому у нас почти не используются. Поэтому 99% всех расходомеров – объемные.