Приборы контроля давления и разрежения

К ним относятся датчики с чувствительными элементами преобразующими изменения давления жидкостных и газообразных сред в физические величины, удобные для дальнейшего использования – в линейное или угловое перемещение, в электрический сигнал и др. В качестве чувствительных элементов используют: упругие чувствительные элементы (сильфоны, мембраны, манометрические пружины); пьезоэлектрические элементы; тензометрические элементы и др.

Сильфон представляет собой тонкостенную гофрированную трубку или цилиндр с двумя днищами (Рис. 10.7, а), внутренняя полость которой через тонкую трубку соединяется с источником контролируемого давления (р).

Рис. 10.7 – Упругие чувствительные элементы: а) сильфон; б) мембрана; в) манометрическая пружина

При увеличении давления происходит растяжение сильфона, в случае снижения давления сильфон сжимается. Величина деформации (прогиба) сильфона определяется по х, как

,

где F_эф- эффективная площадь сильфона; К_С - жесткость сильфона; и - внутреннее и внешнее давление.

Изготавливаются сильфоны из упругих сплавов меди, стали и других материалов с подобными свойствами.

Мембрана выполняется в виде упругой эластичной пластины, закрывающей измерительную полость, к которой подводится контролируемое давление (Рис. 10.7, б).

Мембраны могут быть плоские и гофрированные. Гофрированная мембрана обеспечивает большие выходные перемещения и более чувствительна, чем плоская.

Манометрическая пружина представляет собой трубку овального сечения и изогнутую по дуге (рис. 10.7, в), в один конец которой закрыт и может перемещаться. При подаче давления внутрь трубки, она стремится распрямиться, при снижении давления – скручиваться. Существуют также многовитковые конструкции, обладающие большей чувствительностью и большим перемещение свободного конца.

Пьезоэлектрические чувствительные элементы или датчики функционируют на основе пьезоэлектрического эффекта. Сущность этого явления состоит в том, что под действием приложенного усилия у кристаллов некоторых материалов (кварц, титанат бария, сегнетовая соль и др.) на гранях появляется электрический заряд и возникает напряжение U_ВЫХ, пропорциональное силе сжатия и толщине кристалла (Рис. 10.8).

Рис. 10.8 – Пьезоэлектрический датчик давления

Однако с течением времени, если сила давления не изменяется, заряд «стекает» и напряжение U_ВЫХ исчезает. Поэтому такие датчики применяют для измерения переменных давлений, частота которых составляет более 15 …20 кГц.

Тензометрические элементы (датчики) – это устройства, которые функционируют на основе явления тензоэффекта. Его суть заключается в изменении величины активного сопротивления электропроводящего материала под воздействием механического напряжения.