Датчик тиску

Інструменти, використовувані для вимірювання тиску називаються манометри і вакуумметри.

Манометр - це прилад для вимірювання тиску рідин і газів.

Вакуумметр використовується для вимірювання тиску у вакуумі, який поділяється на дві підкатегорії: високого і низького вакууму (іноді і надвисокого вакууму).

рис.1 Манометр Бурдона

Як правило, атмосферний тиск становить близько 100 кПа на рівні моря. Якщо абсолютний тиск рідини залишається постійним, надлишковий тиск ж рідини буде змінюватися, як змінюватиметься атмосферний тиск. Наприклад, коли автомобіль під'їжджає до гори (атмосферний тиск повітря зменшується), тиск у шинах підвищується.

Одиниці вимірювання

Оскільки тиск колись вимірювався його здатністю переміщати рідину стовбця в манометрі, тиск часто виражався як глибина особливої рідини. Найбільш поширений вибір - ртуть (Гектограмм) і вода; вода не токсична і легко доступна, в той час як густина ртуті враховує більш маленьку висоту стовбця (менший манометр), щоб виміряти даний тиск. Густина рідини і місцева сила тяжіння можуть змінитися від одного до другого в залежності від місцевих факторів, таким чином, висота стовбця рідини не показуватиме тиск точно. Артеріальний тиск вимірюється в міліметрах ртутного стовпа в більшості країн світу, і легкого тиску в сантиметрах води, як і раніше поширені. Природний тиск газопроводу вимірюються в дюймах води, дайвери часто використовують манометричне правило: "тиск, який чиниться на десяти метровій глибині приблизно дорівнює одній атмосфері". У вакуумних системах: мікрометр ртуті (мікрон), і дюйм ртутного стовпа, використовуються найбільш часто. Мікрон зазвичай вказує на абсолютний тиск, у той час дюйм ртутного стовпа зазвичай вказує на надлишковий тиск.

Статичний і динамічний тиск

Статичний тиск однорідний у всіх напрямах, таким чином, вимірювання тиску незалежне від нерухомої (статичної) рідини. Потік, надає додаткового тиску на перпендикулярі поверхні потоку, і надає невеликий вплив на поверхню паралельну до потоку. Спрямований компонент тиску в рухомій (динамічній) рідині, називається динамічним тиском. Хоча статичний манометр має першорядне значення для визначення навантаження на стінки труби, динамічний тиск використовується для вимірювання витрати і швидкості повітря. Динамічний тиск може бути виміряний з перепаду тиску між приладами паралельно і перпендикулярно до потоку. Піто-статичні труби, наприклад, виконують цей вимір на літаках для визначення швидкості польоту. Присутність вимірювального приладу надається, щоб створити бурю, таким чином, її форма важлива по відношенню точності.

Прилади

Тиск датчик - вимірювальний перетворювач тиску рідини або газу в електричний, пневматичний та іншого вигляду вихідний сигнал. Служить також для виміру розрядок і перепаду тиску. На тиск до 10Мн/м²( 100 кгс/см² ) і вище. Тиск датчики будують за принципом прямого перетворення вимірюваного тиску в зусилля і потім у вихідний електричний сигнал наприклад п'єзоелектричні датчики, магнітопружні датчики. Для виміру відносно малого тиску, тиск датчики будують з проміжними і крайовими перетворювачами. Проміжними можуть служити рідинні манометричні перетворювачі, пружини мембрани, сильфони і ін. Як крайові застосовують реостатні, індуктивні, ємкісні перетворювачі.

рис.2 Принципова схема датчика тиску компенсаційного типа: а — електричній силовій компенсації; б — пневматичній силовій компенсації. ‎

Існують тиск датчики, що працюють на принципі електричної або пневматичної силової компенсації. Зусилля Р(див рис.2), що створюється вимірюваним тиском на чутливий елемент 1 , через систему важеля 2 врівноважується силовим пристроєм 3 зворотному зв'язку. При зміні тиску керівник елемент 4 індикатора розузгодження 5 відхиляється від свого первинного нульового положення. Сигнал розузгодження, що формується при цьому в індикаторі 5, посилюється в підсилювачі 6 і у вигляді вихідного струму i вих (або тиск Р_вих ) поступає в пристрій 3 і на відліковий пристрій 7. Вихідний сигнал змінюється до тих пір, поки що розвивається в пристрої 3 силове протидію не зрівноважить вимірюваний тиск. У момент рівноваги елементи 2 і 4 повертаються в первинне положення. Р_піт — тиск в живлячій мережі. Вимір перепаду тиску здійснюють диференціальним (різницевим), мембранним, сільфоном або рідинним манометричним датчиком.

рис.3 Схема пристрою п'єзоелектричного датчика тиску: p — вимірюваний тиск; 1 — пьезопластіни; 2 — гайка з діелектрика; 3 — електричний вивід; 4 — корпус (службовець другим виводом); 5 — ізолятор; 6 — металевий електрод.‎

П'єзоелектричний датчик - вимірювальний перетворювач механічного зусилля в електричний сигнал; його дія заснована на використанні п'єзоелектричного ефекту (див. рис3 ). Один з варіантів конструкції п'єзоелектричного датчика тиску показаний на рис . Під дією вимірюваного тиску на зовнішній і внутрішній сторонах пари пластин пьезоелектрика виникають електричні заряди, причому сумарна ерс(електрорушійна сила) (між виводом і корпусом) змінюється пропорційно тиску. П'єзоелектричний датчик доцільно застосовувати при вимірі бистрозмінюючого тиску; якщо тиск міняється повільно, то зростає погрішність перетворення із-за «стікання» електричного заряду з пластин на корпус. Включенням додаткового конденсатора паралельно п'єзоелектричного датчика, можна зменшити погрішність виміру, проте при цьому зменшується напруга на виводах датчика. Основні достоїнства п'єзоелектричних датчиків — їх високі динамічні характеристики і здатність сприймати коливання тиску з частотою від десятків гц до десятків Мгц. Застосовуються при тензометричних вимірах, у вагових і сортувальних (по вазі) пристроях, при вимірах вібрацій і деформацій і т.д.

Магнітопружний датчик(магнітострикційний датчик) - вимірювальний перетворювач механічних зусиль (деформацій) або тиску в електричний сигнал. Дія магнітопружного датчика заснована на використанні залежності магнітних характеристик деяких матеріалів (наприклад, пермалою, інвару ) від механічної напруги в них. Робочий елемент магнітопружного датчика — магнітопровід, на якому розміщено одна або декілька обмоток, що включаються в міст вимірник. Магнітопровід магнітопружного датчика укріплюють на поверхні деталі (або споруди) у напрямі зусиль, що діють, або деформацій. Зміни магнітних характеристик, зокрема магнітній проникності матеріалу магнітопровода, виявляються в зміні індуктивності або взаїмоїндуктівності обмоток. Магнітопружний датчик найдоцільніше застосовувати при вимірах малих деформацій (як постійних, так і бистропеременних) в твердих тілах, а також вимірах тиску рідин і газів, коли потрібна висока чутливість вимірів при відносно малої їх точності.