Какие существуют основные методы измерения давления. Как работают механические и электронные приборы для измерения давления. Каковы преимущества и недостатки различных типов манометров и датчиков давления. Где применяются разные виды приборов для измерения давления.
Основные виды приборов для измерения давления
Существует множество типов приборов, используемых для измерения абсолютного или избыточного давления. Устройства измерения давления можно разделить на две основные категории:
- Механические приборы
- Электронные датчики
Рассмотрим основные виды приборов для измерения давления в каждой из этих категорий.
Механические приборы измерения давления
Жидкостные манометры
Жидкостные манометры — одни из самых простых и распространенных приборов для измерения давления. Они основаны на гидростатическом принципе — высота столба жидкости в трубке прямо пропорциональна измеряемому давлению.
Существует три основных типа жидкостных манометров:
- U-образные
- Чашечные
- Наклонные
Как работает жидкостный манометр? Давление, подводимое к одному концу U-образной трубки, вызывает перемещение жидкости и разность уровней в коленах. Эта разность уровней и есть мера давления.
Какие преимущества у жидкостных манометров?
- Простота конструкции
- Наглядность измерений
- Высокая точность при измерении небольших давлений
- Отсутствие необходимости в калибровке
Недостатки жидкостных манометров:
- Ограниченный диапазон измерений
- Невозможность дистанционной передачи показаний
- Зависимость показаний от температуры окружающей среды
Трубка Пито
Трубка Пито используется для измерения полного и статического давления в потоке жидкости или газа. Она представляет собой Г-образную трубку, помещаемую навстречу потоку.
Как работает трубка Пито? В ней создаются два канала давления:
- В лобовой части трубки измеряется полное давление потока
- Через боковые отверстия измеряется статическое давление
Разница между этими давлениями позволяет определить скоростной напор и рассчитать скорость потока.
Где применяются трубки Пито?
- В самолетах для измерения скорости
- В аэродинамических трубах
- Для измерения скорости течения в трубопроводах
Манометр Бурдона
Манометр Бурдона — самый распространенный тип механических манометров. Его основной элемент — полая трубка овального сечения, изогнутая по дуге окружности.
Принцип действия манометра Бурдона: под действием давления трубка стремится выпрямиться, это движение через передаточный механизм вызывает перемещение стрелки по шкале прибора.
Достоинства манометра Бурдона:
- Простота конструкции
- Надежность
- Широкий диапазон измерений (до 1000 МПа)
- Возможность дистанционной передачи показаний
Недостатки:
- Невысокая точность (погрешность 1,5-4%)
- Чувствительность к вибрациям
- Необходимость периодической калибровки
Электронные датчики давления
Тензометрические датчики
Тензометрические датчики давления работают на основе тензоэффекта — изменения электрического сопротивления проводника при его деформации.
Как устроен тензометрический датчик давления? Основной элемент — упругая мембрана с наклеенными тензорезисторами. Под действием давления мембрана деформируется, вызывая изменение сопротивления тензорезисторов.
Преимущества тензометрических датчиков:
- Высокая точность (до 0,1%)
- Широкий диапазон измерений
- Возможность работы в динамическом режиме
- Простота интеграции в системы автоматики
Недостатки:
- Чувствительность к температуре
- Необходимость усиления сигнала
Емкостные датчики давления
Принцип действия емкостных датчиков основан на изменении емкости конденсатора при деформации одной из его обкладок под действием давления.Как работает емкостной датчик давления? Измеряемое давление воздействует на мембрану, которая является подвижной обкладкой конденсатора. При деформации мембраны меняется расстояние между обкладками и, соответственно, емкость конденсатора.
Достоинства емкостных датчиков:
- Высокая чувствительность
- Малая температурная погрешность
- Возможность измерения очень малых давлений
Недостатки:
- Сложность конструкции
- Чувствительность к паразитным емкостям
Пьезоэлектрические датчики давления
Пьезоэлектрические датчики используют прямой пьезоэффект — возникновение электрического заряда на гранях некоторых кристаллов при их деформации.
Как работает пьезоэлектрический датчик? Давление через мембрану передается на пьезоэлемент, вызывая его деформацию. В результате на электродах пьезоэлемента возникает электрический заряд, пропорциональный приложенному давлению.
Преимущества пьезодатчиков:
- Высокое быстродействие
- Широкий динамический диапазон
- Высокая чувствительность
- Возможность измерения быстропеременных давлений
Недостатки:
- Невозможность измерения статического давления
- Чувствительность к температуре и вибрациям
Сравнение различных методов измерения давления
Каждый метод измерения давления имеет свои особенности, преимущества и недостатки. Выбор конкретного типа прибора зависит от условий применения и требований к измерениям.
Какой метод выбрать для точных измерений?
Для высокоточных измерений давления лучше всего подходят:
- Грузопоршневые манометры (погрешность до 0,005%)
- Прецизионные цифровые манометры (погрешность 0,01-0,05%)
- Высокоточные датчики давления на основе кремниевых чувствительных элементов (погрешность 0,1%)
Что выбрать для промышленных измерений?
В промышленности широко применяются:
- Манометры Бурдона — надежны и дешевы
- Тензометрические датчики — универсальны и точны
- Емкостные датчики — для агрессивных сред
Какие приборы лучше для измерения быстропеременных давлений?
Для динамических измерений оптимальны:
- Пьезоэлектрические датчики
- Тензометрические датчики с малой массой чувствительного элемента
Области применения различных методов измерения давления
Разные типы приборов для измерения давления находят применение в самых различных отраслях.
Где используются жидкостные манометры?
- В лабораторных исследованиях
- Для калибровки других приборов
- В медицине (измерение кровяного давления)
Применение манометров Бурдона:
- В промышленности для контроля давления в различных установках
- В бытовых приборах (газовые котлы, компрессоры)
- На транспорте (манометры в двигателях)
Где применяются электронные датчики давления?
- В системах автоматического управления технологическими процессами
- В авиации и космонавтике
- В автомобильной промышленности
- В метеорологии
- В нефтегазовой отрасли
Современные тенденции в измерении давления
Развитие технологий привело к появлению новых методов и приборов для измерения давления. Каковы основные тренды в этой области?
Цифровизация измерений
Все большее распространение получают цифровые манометры и датчики давления с цифровым выходом. Они обеспечивают:
- Высокую точность измерений
- Удобство считывания показаний
- Возможность интеграции в цифровые системы сбора данных
Миниатюризация датчиков
Развитие микроэлектромеханических систем (МЭМС) позволило создать миниатюрные датчики давления. Их преимущества:
- Малые размеры и масса
- Низкое энергопотребление
- Возможность интеграции в микроэлектронные устройства
Интеллектуальные датчики давления
Современные датчики давления все чаще оснащаются встроенными микропроцессорами, что обеспечивает:
- Самодиагностику и калибровку
- Компенсацию влияния внешних факторов
- Возможность программирования различных функций
Заключение
Методы и приборы для измерения давления прошли долгий путь развития — от простейших жидкостных манометров до современных интеллектуальных датчиков. Каждый тип приборов имеет свои преимущества и недостатки, определяющие области их применения.
Выбор конкретного метода измерения давления зависит от многих факторов — требуемой точности, диапазона измерений, условий эксплуатации, совместимости с измеряемой средой и других. Понимание принципов работы и особенностей различных типов приборов позволяет сделать оптимальный выбор для конкретной задачи.
«Приборы и методы измерения давления» (ПМСИ-08-МЧ)
Навигация:Главная›Для ВУЗов, техникумов и ПУ›Механика жидкости и газа›Измерительные приборы›«Приборы и методы измерения давления» (ПМСИ-08-МЧ)
В избранномВ избранное Артикул: УП-572 Цена: предоставляется по запросу Задать вопрос по оборудованию | ||||||||||||||||||||
Конструкция Учебный стенд настольный состоит из основания, на котором установлен ресивер с компрессором. Позволяет изучать средства и методы измерения давления, получать навыки измерения давления стрелочными манометрами и датчиками давления различных типов, оценивать погрешность результатов измерений. Состав:
Технические характеристики
Лабораторные работы
← Назад |
Обработка пищевых продуктов. ИТАЛИЯ
Химические технологии. EDIBON
Пищевые технологии. EDIBON
Окружающая среда. EDIBON
3D Физика.
EDIBON.
Энергия. EDIBON
Механика и материалы. EDIBON
Гидромеханика и аэродинамика. EDIBON
Термодинамика и термотехника. EDIBON.
Оборудование PHYWE (Германия)
Гидромеханика
Обучающие тренажеры по системам самолетов и кораблей
Конструкции. Архитектура
Испытания материалов
Аэродинамика
Строительные учебные 3D принтеры
Лаборатории National Instruments
Автоматика. Автоматизация и управление производством
Автомобили и автомобильное хозяйство
Альтернативные и возобновляемые источники энергии
Аэрокосмическая техника
Безопасность жизнедеятельности. Защита в чрезвычайных ситуациях
Военная техника.
Вычислительная и микропроцессорная техника. Схемотехника
Газовая динамика. Пневмоприводы и пневмоавтоматика.
Газовое хозяйство
Гидропневмоавтоматика и приводы
Детали машин
Информатика
Источники напряжения, тока и сигналов. Измерительные приборы
Легкая промышленность.
Оборудование и технологии общественного питания.
Медицина. Биоинженерия
Метрология. Технические и электрические измерения
Механика жидкости и газа
- Газовая динамика
- Механика жидкости
- Измерительные приборы
- Лабораторные стенды
- Гидравлика
- Лабораторные комплексы
- Гидравлика. Динамические насосы
- Гидростатика
- Гидродинамика
- Специальные вопросы течения жидкости
Микроскопы
Научное и лабораторное исследовательское оборудование
Начертательная геометрия
Нефть, газ.
Оборудование для мастерских электромонтажа и наладки, производственных практик и технического творчества
Прикладная механика
Радиотехника. Телекоммуникации. Сети ЭВМ
Радиоэлектронная аппаратура и бытовая техника
Робототехника и мехатроника
Сельскохозяйственная техника. Контроль качества сельхозпродуктов
Силовая электроника. Преобразовательная техника
Сопротивление материалов
Симуляторы печатных машин
Станки и прессы с компьютерными системами ЧПУ.
CAD/CAM-технологии
Теоретическая механика
Строительство. Строительные машины и технологии
Теория механизмов и машин
Теплотехника. Термодинамика
Технология машиностроения. Обработка материалов
Учебные наглядные пособия
Физика
Химия
Экология
Электрические машины. Электропривод
Электромеханика
Электромонтаж
Электроника и микроэлектроника
Электротехника и основы электроники
Электроэнергетика. Релейная защита. Электроснабжение
Энерго- и ресурсосберегающие технологии
Энергоаудит
Производство
Учебное оборудование от Edibon
Способы измерения вакуума в системе
Не существует идеального метода измерения давления вакуума. Существует лишь вакуумметр, то есть совокупность всех возможных способов измерения вакуума. Когда измеряют давления, то используют различные физические показатели, которые отображают свои параметры, на основе которых и строится заключение.
Чтобы измерить вакуум, были разработаны вакуумметры.
Это вакуумные манометры или приборы для измерения давления разряженных газов.
Их используют для проверки данных вакуумных систем. Более детально прочитать, что такое вакууметры вы можете в нашем блоге о вакуумных системах и ее составляющих.
Типы вакууметров
Существует детальная классификация, которая подразделяет вакуумметры по типу действия. Выделяют 5-6
средств измерения вакуума.Классические
Это вакуумные манометры, чаще всего являющиеся жидкостными. Иное название анероиды. Они предназначены для фиксирования низкого давления. В таких вакуумметрах используется масляная жидкость с определенной плотностью в измерительном колене. Жидкостные вакуумметры отделяют в системе азотными ловушками. Это такие особые устройства, наполненные сжиженным азотом. Они вымораживают пары вещества, предназначенного для работы вакуумного манометра.
-
Такие вакуумные манометры используются чаще всего в :
- вакуумных промышленных печах
- индукционных печах
- винтовых вакуумных насосах
- вихревой воздуходувке.
Эти средства измерения давления и вакуума отлично подходят для использования в промышленной отрасли.
Емкостные
Принцип работы данных вакуумметров — это трансформация емкости конденсатора при установлении расстояния между деталями. Одна из деталей имеет форму гибкой мембраны, меняющей форму и измеряемую емкость конденсатора. Погрешность измерения в данных манометрах минимальна, так как датчик измерения вакуума очень чувствительный.
Терморезисторные
Эти вакуумметры функционируют согласно схеме, называемой “мостовая”, которая стремится сохранять обычное сопротивление терморезистора, который открыт давлению, поддающемуся измерению. Принцип действия заключен в равенстве давлений веществ. Большим показателям давления газа соответствует большая мощность, необходимая для подвода к терморезистору для консервирования постоянной температуры. В этом и заключается зависимость между силой вакуума и напряжением.
Термопарные
Принцип данных вакуумных манометров основан на понижении температуры за счет теплопроводности. Термопара контрастирует с проводом, который в ходе работы нагревается. Считается, что чем лучше и качественнее вакуумная основа, тем меньше теплопроводность газа. Чувствительной точкой этого устройства является нить из сплава с высоким сопротивлением, нагревающаяся из-за пропускания через нее постоянного тока.
Ионизационные
Принцип действия заключается в ионизации газа. В приборе есть вакуумный диод, на анод которого подают положительное напряжение. А на дополнительные электрон, который называют коллектором, подается отрицательное напряжение. Если понижается давление газа, то уменьшается количество атомов, которые могут быть подвергнуты ионизации. Следовательно, понимается и ионизационный ток, который течет между электродами при этом напряжении. Среди таких вакуумметров можно виделить два подтипа согласно видам катода:
- с холодным
- с подогреваемым
Альфатрон
Данный тип ионизационного вакуумметра выделяют как отдельный.
В нем для ионизации используют электроды, а альфа-частицы, которые выделяет источник на радио или плутонии.
Вывод
Выбор определенного вакуумного манометра зависит от способов фиксировании давления. Каждый манометр имеет свои преимущества и недостатки. Покупатель вакуумметра должен определиться с ценой датчика и точностью измерения вакуума перед покупкой устройства. При сложностях в выборе стоит обратится за помощью к специалистам.
Измерение давления – Визуальная энциклопедия химического инженерного оборудования
Существует множество типов приборов, используемых для измерения абсолютного или избыточного давления. Устройства измерения давления можно разделить на две категории: механические и электронные.
Содержание
- Механический
- Манометр
- Трубка Пито
- Датчик Бурдона
- Электронный
- Датчик деформации ge
- Емкость
- Потенциометр
- Пьезоэлектрические элементы
- Датчик линейного переменного дифференциального трансформатора (LVDT)
- Переменное сопротивление
- Благодарности
- Ссылки 9000 7 Разработчики
Механический
Манометр
Высота жидкости в манометре прямо пропорциональна гидростатическому давлению.
На рисунке ниже показан наклонный манометр.
Общая информация
Существуют три основных типа манометров: дифференциальные, с закрытым концом и с открытым концом.
Дифференциальный манометр
Дифференциальный манометр отличается от манометра с закрытым или открытым концом тем, что два конца находятся в разных точках на пути потока.
(любезно предоставлено кафедрой химического машиностроения Мичиганского университета, Анн-Арбор, штат Мичиган)Разница в высоте жидкости дает разницу давления между двумя точками. Небольшую разницу в высоте жидкости легче измерить вдоль наклонной линии («L»), чем вдоль вертикального стержня («h»).
Манометр с запаянным концом
В манометрах с запаянным концом открытый конец открыт для исследуемой жидкости, а закрытый конец содержит вакуум.
Например, в барометре атмосферное давление P атм выталкивает часть ртути из резервуара в стеклянную трубку и вверх.
Тогда высота столба жидкости h представляет собой атмосферное давление.
В 2007 году Европейский Союз запретил использование ртути в барометрах из-за высокой токсичности ртути. За ними в 2011 году последовали США.
Манометр с открытым концом
В манометрах с открытым концом одно плечо подвергается воздействию контролируемой жидкости, а другое плечо открыто для атмосферы. На рисунке ниже показан манометр с открытым концом из эксплуатационной лаборатории установки. На самом деле его высота более шести футов, поэтому здесь показаны только некоторые его части.
(любезно предоставлено кафедрой химического машиностроения Мичиганского университета, Анн-Арбор, Мичиган)В этом примере давление в системе выше атмосферного давления. Затем газ в левом плече выталкивает часть жидкости из манометра в другое плечо. Полученная разница высот h представляет собой разницу давлений между системой и атмосферой.
Конструкция оборудования
Когда на концы трубки манометра воздействует разное давление, высокое давление давит на жидкость, и уровень падает, вызывая повышение уровня жидкости в рукаве низкого давления.
Разность давлений можно определить по разнице высот. Нажмите на изображение ниже, чтобы увидеть активную точку жидкости манометра
Примеры использования
Слева гидростатический или статический напор водяного манометра используется для измерения давления между поверхностными и грунтовыми водами. Манометры также полезны в области медицины. Например, сфигмоманометр справа используется для измерения артериального давления.
(Предоставлено Агентством по охране окружающей среды США, Сиэтл, Вашингтон) (Предоставлено W.A. Baum Co. Inc., Копиаг, Нью-Йорк)Преимущества
- Легко читается, разница высот пропорциональна давлению
- Нет движущихся частей
Недостатки
- Невозможность измерения высокого давления с высокой точностью
- Небольшой диапазон давления
- Содержат жидкости, которые могут быть опасны при воздействии высоких температур, что ограничивает использование манометров низкотемпературными системами
Трубка Пито
Помимо измерения давления трубки Пито также измеряют скорость и иногда называются измерителями скорости или анемометрами.
Общая информация
Расположение отверстий на трубке Пито сильно влияет на тип измеряемого давления. Например, на схематическом рисунке ниже показана трубка Пито, измеряющая как статическое, так и полное давление.
Конструкция оборудования
Трубку Пито можно разместить вдоль линии тока параллельно движущейся жидкости. В головке трубки Пито имеется крошечное отверстие, обеспечивающее минимальный поток движущейся жидкости. Жидкость поднимается по прибору, показывающему давление, т. е. по манометру. Тогда высота манометра отражает давление в движущейся жидкости.
Другие варианты трубки Пито, такие как показанный ниже, имеют отверстия по бокам вместо одного спереди для измерения статического давления.
Жидкость снаружи трубки нагнетает жидкость внутри трубки к показывающему устройству, где можно считывать давление.
Ниже слева приведены примеры различных типов головок. Трубки Пито должны располагаться по направлению потока жидкости, иначе измерения будут ошибочными. Трубки Пито с большими отверстиями под давлением и скосами внутри, показанные на схеме ниже справа, рекомендуются для достижения наилучших результатов, поскольку они менее чувствительны к смещению.
(Ссылка: Folsom, R.G. (1955). «Обзор трубки Пито», Промышленная программа Мичиганского университета инженерного колледжа. стр. 36.)
Примеры использования
Трубки Пито, такие как показанная ниже, широко используются для измерения давления (или скорости воздуха) в самолетах. Доступны различные конструкции в зависимости от технических характеристик самолета.
(Предоставлено доктором Сьюзен Монтгомери, Мичиганский университет, Анн-Арбор, Мичиган) Трубка Пито истребителя X-31 НАСА показана ниже.
Самолет летит со скоростью почти 1000 миль в час на высоте 40 000 футов, в то время как другие самолеты летают со скоростью около 250-500 миль в час.
Преимущества
- Подходит для движущейся жидкости
- Измеряет как статическое, так и динамическое давление
Недостатки
- Должен располагаться в направлении потока жидкости, иначе измерения будут ошибочными
Датчик Бурдона
Простота и Небольшой размер делает манометр Бурдона популярным прибором для измерения давления.
(любезно предоставлено кафедрой химического машиностроения Мичиганского университета, Анн-Арбор, Мичиган)Общая информация
Манометр Бурдона очень распространен и, вероятно, является наиболее узнаваемым элементом оборудования для измерения давления. Ниже приведены два изображения манометра Бурдона после того, как он был извлечен из корпуса.
(любезно предоставлено кафедрой химического машиностроения Мичиганского университета, Анн-Арбор, штат Мичиган)Конструкция оборудования
Когда жидкость попадает в вал, она поднимается в полую изогнутую трубку Бурдона.
Давление жидкости заставляет трубку выпрямляться, вращая шестерни и перемещая иглу. На фото ниже справа крупный план зубчатого механизма.
Примеры использования
Манометр Бурдона является наиболее распространенным оборудованием для измерения давления, поскольку он позволяет проводить широкий диапазон измерений давления. Обратите внимание на множество применений манометра Бурдона в этих процессах.
(любезно предоставлено Breville USA)Преимущества
- Может использоваться для широкого диапазона давлений от 0 до 7000 атм
- Может использоваться вместо манометров при экстремальных давлениях и температурах
Недостатки
- Измерение давления при высоких температурах может вызвать деформацию манометра, приводящую к систематическим погрешностям
Электронный
Тензодатчик
Общая информация/Конструкция оборудования 900 48
Существует два типа тензорезисторов: несвязанные и скрепленные.
Несвязанный тензорезистор состоит из двух проводов, соединенных с неподвижной рамой, и двух проводов, соединенных с подвижным якорем.
При приложении давления к диафрагме якорь движется, и два провода растягиваются, а два других сжимаются. Результирующее изменение электрического сопротивления отражает приложенное давление.
(любезно предоставлено Геологической службой США)С другой стороны, в приклеенных тензодатчиках проволочная нить заделана в ткань, бумагу, пластик или смолу и закреплена на гибкой пластине, как показано выше. Когда на гибкую пластину оказывается давление, нити накала растягиваются или сжимаются. Результирующее изменение сопротивления отражает приложенное давление.
(любезно предоставлено Геологической службой США)Примеры использования
Микромеханические кремниевые датчики давления с тензодатчиками могут использоваться в прецизионных датчиках давления, таких как показанный ниже. Манометры изолированы от источника давления внешней диафрагмой.
Давление передается через силиконовое масло, расположенное между диафрагмой и датчиком. В оцифровке данных нет ничего нового; однако получение данных от устройства, передающего давление, в пригодном для использования формате может оказаться затруднительным. Современные инновации позволили собирать данные в режиме реального времени, предоставляя возможность для большего повышения эффективности и надежности. Интеллектуальные функции, которые позволяют внедрять такие инновации, включают кабели Ethernet для подключения устройств для экспорта данных прямо в систему мониторинга, предсказуемое обслуживание на основе вывода непрерывных данных о давлении и более быстрое время отклика для оповещения о неисправном оборудовании.
Емкость
Общая информация
Конденсаторы состоят из двух параллельных проводящих пластин, несущих одинаковый и противоположный заряд. В емкостном диафрагменном датчике одна или обе пластины являются диафрагмами.
Под давлением диафрагма прогибается и изменяет толщину диэлектрика, как показано ниже справа.
(любезно предоставлено MKS Instruments, Андовер, Массачусетс)
Конструкция оборудования
Емкостные мембранные манометры с двумя мембранами в качестве датчика давления могут использоваться для измерения дифференциального давления в приложениях с двумя источниками давления. На приведенной ниже диаграмме показан емкостной манометр, который действует как автономный преобразователь. Он измеряет давление, посылая сигнал от 0 до 10 вольт, который прямо пропорционален давлению.
(любезно предоставлено MKS Instruments, Андовер, Массачусетс)Примеры использования
На приведенном ниже рисунке показаны четыре емкостных манометра, которые использовались для контроля давления газа на выходе из четырех районных регуляторов.
Потенциометр
Общая информация
Потенциометр представляет собой переменный резистор, состоящий из резистора, подключенного к цепи, и контакта. В потенциометрическом преобразователе давления потенциометр соединен с упругим элементом, на который воздействует давление.
При приложении давления элемент сплющивается, в результате чего контакт перемещается по резистору, изменяя его сопротивление. Это изменение можно измерить вольтметром.
Пьезоэлектрические элементы
Общая информация
Когда пьезоэлектрические кристаллы подвергаются нагрузке в определенном направлении, на поверхности происходит разделение заряда, что отражает величину приложенного к ней давления. Обычные пьезоэлектрические элементы включают кварц, турмалин, сегнетовую соль, титанат бария и цирконат-титанат свинца.
Пьезоэлектрические материалы используются для измерения давления во взрывчатых веществах, двигателях внутреннего сгорания, вибраций, ускорений и ударов, которые практически невозможно измерить другими устройствами.
Пьезоэлектрические элементы могут иметь различные формы и размеры, но наиболее распространенными являются диски, кольца, пластины и цилиндры.
Датчик линейного дифференциального преобразователя (LVDT)
Общая информация
Линейный дифференциальный трансформатор (LVDT) состоит из магнитного сердечника, эластичного элемента, такого как диафрагма, и одной первичной и двух вторичных катушек. На первичную катушку подается напряжение для создания магнитного поля. Когда сердечник центрирован, индуцированные напряжения во вторичных катушках равны и противоположны.
(любезно предоставлено TRANS-TEK, Inc., Эллингтон, Коннектикут)Когда в систему подается давление, диафрагма перемещается, сдвигая магнитный сердечник и индуцируя напряжение в одной вторичной обмотке и уменьшая напряжение в другой. Эта разность напряжений линейно пропорциональна давлению и может быть соответствующим образом измерена.
Переменное сопротивление
Общая информация
Преобразователи давления с переменным сопротивлением состоят из двух последовательно соединенных магнитных катушек и плоской магнитной диафрагмы.
Когда в систему подается давление, диафрагма отклоняется, изменяя магнитное поле в обеих катушках, что индуцирует ток. Затем ток можно измерить амперметром или другим оборудованием.
Благодарности
- Breville USA
- Emerson Process Management, Chanhassen, MN
- MKS Instruments, Andover, MA
- NASA-Dryden, Edwards, CA
- TRANS-TEK, Inc., Эллингтон, Коннектикут
- W.A. Baum Co. Inc., Копиаг, Нью-Йорк
- Мичиганский университет, Факультет химического машиностроения, Анн-Арбор, Мичиган
- Агентство по охране окружающей среды США, Сиэтл, Вашингтон
- Геологическая служба США
Ссылки
- Бенедикт, Роберт П. Основы температуры, Измерение давления и расхода . 3-е изд. Нью-Йорк: John Wiley & Sons, 1984.
- Фолсом, Р. Г. Обзор трубки Пито. Анн-Арбор, Мичиган: Мичиганский университет, 1955.
- ЛеПри, Дж. (2018, январь). Измерение давления становится прочным, становится цифровым. Основы химической инженерии для CPI Professional, 11-14. Распечатать.
- Перри, Роберт Х. и Грин, Дон В., Справочник инженера-химика Перри. 7-е изд. Нью-Йорк: McGraw-Hill, 1997: 10–8 – 10–9, 10–11 – 10–12.
- Томас, Аллан М. Чертежи микрометрических U-образных манометров для диапазонов до 100 мм ртутного столба. Вашингтон: Правительственная типография, 1967.
- Тодд, Карл Д. Справочник по потенциометру. Нью-Йорк: McGraw-Hill Inc., 1975.
Основы химической инженерии для CPI Professional, 11-14. Распечатать.Разработчики
- Сэм Каталано
- Брэд Линтнер
- Блиа Кью
- Chris Seadeek
- Steve Wesorick
- Joseph Palazzolo
- Christy Charlton
- Henry Chen
- Austin Potter
Измерение давления с помощью Bridge-Bas ed и другие датчики давления
Различные условия измерения, диапазоны и используемые материалы в конструкции датчика приводят к разнообразию конструкций датчика давления. Часто вы можете преобразовать давление в какую-либо промежуточную форму, такую как смещение, путем определения степени отклонения диафрагмы, расположенной на одной линии с жидкостью.
Затем датчик преобразует это смещение в электрический выходной сигнал, такой как напряжение или ток. Зная площадь диафрагмы, можно рассчитать давление. Датчики давления упакованы со шкалой, которая обеспечивает метод преобразования в инженерные единицы.
Тремя наиболее универсальными типами датчиков давления являются мостовые (на основе тензорезисторов), с переменной емкостью и пьезоэлектрические.
Датчики на основе мостов
Датчики на основе мостов работают путем корреляции физических явлений, таких как давление, с изменением сопротивления в одной или нескольких ножках моста Уитстона. Они являются наиболее распространенным типом датчиков, поскольку они предлагают решения, которые соответствуют разным ограничениям по точности, размеру, прочности и стоимости. Мостовые датчики могут измерять абсолютное, избыточное или дифференциальное давление как при высоком, так и при низком давлении. Они используют тензодатчик для обнаружения деформации диафрагмы, подвергаемой приложенному давлению.
Когда изменение давления вызывает отклонение диафрагмы, на тензодатчике индуцируется соответствующее изменение сопротивления, которое можно измерить с помощью системы сбора данных с кондиционированием. Вы можете прикрепить фольговые тензодатчики непосредственно к диафрагме или к элементу, который механически соединен с диафрагмой. Иногда также используются кремниевые тензорезисторы. Для этого метода вы травите резисторы на подложке на основе кремния и используете трансмиссионную жидкость для передачи давления от диафрагмы к подложке.
Благодаря простой конструкции и долговечности эти датчики имеют меньшую стоимость и идеально подходят для систем с большим количеством каналов. Как правило, тензорезисторы из фольги используются в приложениях с высоким давлением (до 700 МПа). Они также имеют более высокую рабочую температуру, чем кремниевые тензорезисторы (200 °C против 100 °C соответственно), но кремниевые тензорезисторы обладают преимуществом большей перегрузочной способности.
Поскольку они более чувствительны, кремниевые тензометрические датчики также часто предпочтительнее в приложениях с низким давлением (~ 2 кПа).
Емкостные датчики давления и пьезоэлектрические датчики
Датчик давления с переменной емкостью измеряет изменение емкости между металлической диафрагмой и неподвижной металлической пластиной. Емкость между двумя металлическими пластинами изменяется, если расстояние между этими двумя пластинами изменяется из-за приложенного давления.
Пьезоэлектрические датчики основаны на электрических свойствах кристаллов кварца, а не на резистивном мостовом преобразователе. Эти кристаллы генерируют электрический заряд, когда они напряжены. Электроды передают заряд от кристаллов на встроенный в датчик усилитель. Эти датчики не требуют внешнего источника возбуждения, но чувствительны к ударам и вибрации.
Емкостные и пьезоэлектрические датчики давления обычно стабильны и линейны, но они чувствительны к высоким температурам и их сложнее настроить, чем большинство датчиков давления.
Пьезоэлектрические датчики быстро реагируют на изменение давления. По этой причине они используются для быстрого измерения давления при таких событиях, как взрывы. Из-за своих превосходных динамических характеристик пьезоэлектрические датчики наименее рентабельны, и вы должны быть осторожны, чтобы защитить их чувствительное кристаллическое ядро.
Кондиционированные датчики давления
Датчики, включающие интегральные схемы, такие как усилители, называются датчиками с усилителем. Эти типы датчиков могут быть сконструированы с использованием мостовых, емкостных или пьезоэлектрических преобразователей. В случае мостового датчика с усилением блок сам обеспечивает согласующие резисторы и усиление, необходимое для измерения давления непосредственно с помощью устройства сбора данных. Хотя возбуждение все же должно быть обеспечено, точность возбуждения менее важна.
Кондиционированные датчики обычно дороже, поскольку они содержат компоненты для фильтрации и усиления сигнала, провода возбуждения и стандартную схему измерения.
