Для определения давления находят также применение методы, ос­нованные на зависимости от давления различных физических свойств жидкостей и газов и протекающих в них процессах. При этом были использованы результаты исследований влияния давления на плотность и вязкость, диэлектрическую проницаемость, скорость распространения ультразвука, теплопроводность и другие свойства измеряемой среды.

В области высоких и средних давлений указанные методы широкого распространения не получили в связи с их относительной сложностью и трудоемкостью по сравнению с другими методами (применение манга­нинового манометра сопротивления в области высоких давлений, пря­мые методы измерений в области средних давлений).

В области вакуумных измерений указанные методы применяются практически повсеместно. Зависимость теплопроводности разреженно­го газа от давления используется в тепловых и термопарных маномет­рах; зависимость тока положительных ионов от измеряемого давле­ния — в ионизационных манометрах. Используется также зависимость от давления вязкости газа, кинетической энергии молекул, концентра­ции молекул и пр.

Наибольшее распространение в вакуумной технике (около 70 %) получили термопарные и ионизационные манометры.

Термопарный манометр (рис. 11, а) так же, как и тепловой, основан на зависимости теплопроводности разреженного газа от давления. Мано­метр содержит стеклянную или металлическую колбу 3, в которой поме­щены нагреватель 1 к впаянная в него термопара 2. Нагреватель питается от источника переменного тока, и его температура, а следовательно, и температура термопары, определяется теплоотдачей в окружающий раз­реженный газ. Чем меньше давление газа, тем меньше его теплопровод­ность и тем больше температура, а следовательно, ЭДС на выходе термо­пары, которая и является мерой измеряемого давления. Шкала прибора 4 для измерения ЭДС градуируется, как правило, в единицах давления. Данный принцип наиболее эффективен при давлениях от 0,1 до 100 Па. При давлениях, меньших 0,1 Па, все большая доля тепла передается излу­чением, а при давлениях, больших 100 Па, увеличение теплопроводности газа резко замедляется. В обоих случаях существенно уменьшается чув­ствительность прибора. Погрешность измерений составляет 10—30 %. На градуировочную характеристику существенно влияет состав газа. Поэтому для уточнения показаний термопарного манометра необходима индивидуальная градуировка.

Принцип действия ио­низационного манометра основан на зависимости от давления тока положитель­ных ионов, образованных в результате ионизации раз­реженного газа. Ионизация газа осуществляется элект­ронами, ускоряемыми электрическим или магнит­ным полями, а также по­средством излучения ра­диоизотопов. При одном и том же количестве электро­нов, пролетающих через газ, или постоянной мощ­ности излучения степень ионизации газа пропорцио­нальна концентрации его молекул, т. е. измеряемо­му давлению

Рис. 11. Термопарный манометр

В простейшем случае наиболее употребим ионизационный манометр с го­рячим катодом (рис. 11 ,б), содержащий стеклянную колбу 2, в которую впаяны анод 1 и катод 3. Благодаря разогреву катода источником постоянного тока 4, его по­верхность испускает электроны, которые разгоняются напряжением Uа между катодом и анодом и ионизируют находящийся между ними газ. Сила тока положительных ионов, измеряемая гальванометром 5, является мерой измеряемого давления

p=k ·i+/i-, (10)

где k — постоянная, зависящая от конструкции прибора и состава газа. Для увеличения степени ионизации между катодом и анодом поме­щена сетка, на которую подается напряжение, сообщающее дополнитель­ное ускорение потоку электронов. Манометры этого типа охватывают диапазон от 10-7 до 1 Па, дополняя диапазон измерений термопарного манометра. Погрешности измерений составляют также 10—30 %.

Глава 3.Датчик для измерения избыточного давления Метран-43-ДИ

(Модель 3163)

• Измеряемая среда: жидкость

• Верхний предел измерения 16 МПа

• Характеристика - линейная

• Предел допускаемой основной

приведенной погрешности ±0,25;±0,5%

• Питание от источника постоянного тока

• Температура окружающей среды -30 .+500С

• Степень защиты датчика от воздействия пыли и воды

IP55 по ГОСТ 14254

• Виброустойчивое исполнение V1 и V2 по ГОСТ 12997

• Коррозионностойкие материалы

• Диапазоны измерений перенастраиваются

• Контроль выходного сигнала без разрыва сигнальной цепи

• Внесен в Госреестр в качестве средства измерения под № 13576-93

Датчик для измерения избыточного давления Метран-43-ДИ предназначен для преобразования избыточного давления в стандартный токовый выходной сигнал дистанционной передачи в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами.

Датчик обеспечивает:

- высокую точность преобразования,

- стойкость к вибро- и гидроударам,

- долговременную стабильность сигнала.

Характеристика - линейная возрастающая или линейная убывающая.

Наибольшее отклонение действительной допускаемой основной приведенной погрешности

характеристики от номинальной статической характеристики ± γ 0,2; 0,4 для предела допускаемой

основной приведенной погрешности ±0,25%; ±0,5% соответственно.

Вариация (гистерезис) не превышает абсолютного значения

предела допускаемой основной приведенной погрешности (γ).

Дополнительная погрешность датчика, вызванная изменением температуры окружающего воздуха в рабочем диапазоне температур на каждые 10ºС, не превышает:

γ = 0,2+0,05· Рmax , %

Р1

- для датчиков с пределом допускаемой основной приведенной погрешности γ = ±0,25%;

γ = 0,4+0,1· Рmax , %

Р1

- для датчиков с пределом допускаемой основной приведенной погрешности γ = ±0, 5%;

Рmax - максимальный верхний предел измерений для данной модели датчика;

Р1 – действительное значение верхнего предела измерений

Пульсация выходного сигнала не более 0,25% от диапазона изменения выходного сигнала.

Электрическое питание датчика осуществляется напряжением (36±0,72) В постоянного тока.

Мощность, потребляемая датчиком, не более 1,0 В. А.

Детали измерительного блока изготовлены из стали 12X18Н1 ОТ по ГОСТ 5632.

Материал мембраны - сплав 36НХТЮ по ГОСТ 5632; уплотнительных колец - специальная резина, фторопласт.

Корпус преобразователя электронного изготовлен методом литья под давлением из алюминиевого сплава, не содержащего медь. Защитное покрытие: эмаль МЛ-12 ГОСТ 9754.

Датчики снабжены устройством, позволяющим перенастраивать их на любой из пределов измерений для данной модели.

Масса датчика модели 3163 – 2,5 кг. Не более.

Схема датчика:

Принцип действия:

Давление рабочей среды воздействует на разделительную мембрану 1 и через жидкость 2 вызывает деформацию чувствительного элемента, прочно скрепленного с мембраной тензопреобразователя 3 . Чувствительный элемент -кристалл сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС). Тензорезисторы соединены в мостовую схему 4. Деформация измерительной мембраны приводит к пропорциональному изменению сопротивления тензорезисторов и разбалансу мостовой схемы. Электрический сигнал с выхода мостовой схемы поступает в дифференциальный усилитель электронного блока 5. Встроенный в усилитель регулятор коэффициента усиления обеспечивает перенастройку диапазонов измерений. Усиленный сигнал преобразуется в унифицированный токовый в преобразователе 6 . Питание всех звеньев электрической схемы датчика осуществляется через узел питания 7. Устройство термокоррекции 8 компенсирует влияние температурных воздействий на тензомост.