Спеціальні прилади для вимірювання тиску

Поршневі манометри

Незважаючи на те, що поршневі манометри були створені раніше деформаційних, вони набули меншого поширення. Сьогодні такі прилади використовуються для дослідження свердловин у нафто- та газодобувній промисловості, а також для звіряння показань у лабораторіях.

На малюнку нижче можна побачити, з чого складається манометр поршневого типу. У найпростішому варіанті це ємність з маслом, з’єднана за допомогою штуцера з вимірюваним середовищем. У ємність занурений циліндр із ретельно притертим поршнем (зазор між стінками циліндра та поршнем має бути мінімальним). На торці поршня закріплено таріль, на яку можуть укладатися вантажі.

https://tsikavi-fakty.com.ua/manometr/ Поршневий манометрЗнизу на поршень діє вимірюваний тиск Р, зверху якоюсь силою, що створюється вагою самого поршня і вантажів G₁+ G₂.

Тиск під поршнем розраховується за формулою:

$p=g\left(G1+G2\right)/F$​

де G₁ – маса вантажів, G₂ – маса поршня з таріллю, g – прискорення вільного падіння, F – площа поршня.

Також тиск можна виразити через силу згідно із законом Паскаля:

P = F/S, де F — сила, що діє на поршень, S — площа поршня.

За допомогою поршневих маномерів вперше вимірювали тиск вчені-фізики Георг Паррот та Еміль Ленц. Але широкого поширення ці прилади набули завдяки якомусь Рухгольцю, який запустив їх у масове виробництво.

На малюнку нижче показано зразковий поршневий манометр. На станині 1 поршневого манометра встановлені гвинтовий гідравлічний прес 2, робоча порожнина якого з’єднана каналами: з колонкою 3, в якій встановлений поршень 4 з тарілкою для вантажів 5; зі штуцерами 6 і 7 для установлення манометрів (що перевіряються, і зразкового, або контрольного); з ємністю 8 для масла. Канали для підведення масла до штуцерів 6 і 7 і колонки 3, забезпечені запірними вентилями 9, 10, 11. Передбачено також запірний вентиль 12 в каналі, що з’єднує ємність з маслом і робочу порожнину гідравлічного пресу. Тиск у системі каналів поршневого компресора створюється шляхом закручування гвинта гідравлічного пресу 2. При рівновазі сили тиску рідини на поршень 4 і ваги вантажів, тарілки і поршня, поршень спливає.

Зразковий поршневий манометр

Електричні прилади

Електричні датчики тиску перетворюють прикладений тиск в електричний сигнал, який забезпечує різноманітність вибору застосувань і зручність обробки та передачі сигналу на відстань.

Тензометричний метод. В даний час основна маса датчиків тиску в нашій країні випускаються на основі чутливих елементів, принципом яких є вимірювання деформації тензорезисторів, сформованих в епітаксіальній плівці кремнію на підкладці з сапфіру, припаяної твердим припоєм до титанової мембрани. Іноді замість кремнієвих тензорезисторів використовують металеві: мідні, нікелеві, залізні та ін.

Принцип дії тензоперетворювача базується на явищі тензоефекту в матеріалах. При вимірюванні розрідження тензорезистивний елемент розтягується, при цьому зростає опір, що виміряються на клемах. У разі вимірювання тиску резистивний елемент стискається, при цьому його опір зростає. Чутливим елементом, як правило, слугує мембрана з тензорезисторами, з’єднаними в мостову схему. Під дією тиску вимірюваного середовища мембрана прогинається, тензорезистори змінюють свій опір, що призводить до розбалансування мосту. Розбалансування лінійно залежить від ступеня деформації резисторів і, отже, від прикладеного тиску.

Схема тензорезисторного вимірювального перетворювача 1 - електронний пристрій, 2 - гермовивід, 3 - порожнина з’єднання з навколишньою атмосферою, 4 - мембранний тензоперетворювач, 5 - робоча камера, 6 - штуцер.Чутливим елементом манометра є двошарова мембрана. Вимірюваний тиск діє на металеву мембрану, до якої зверху припаяна сапфірова мембрана з тензорезисторами. Елементи вимірювальної схеми й підсилювач знаходяться у блоці 1.

Під дією тиску мембрана деформується (вигинається в ту або іншу сторону). При деформації мембрани відповідно до епюри, дотичні напруження мають постійний знак, тоді як радіальні його міняють. У зв'язку із цим у радіально розміщених тензорезисторів поблизу краю мембрани з ростом тиску опір знижується, а у відносно розміщених – збільшується. Тензорезистори утворюють мостову вимірювальну схему, напругу розбалансу якої подається на вхід підсилювача 1.

Дайте відповіді на питання

1. Який принцип дії вантажопоршневого манометра?

2. Які робочі рідини використовують у вантажопоршневій установці?

3. В чому полягає принцип дії тензометричних перетворювачів?

4. При вимірюванні тиску, що відбувається із тензоперетворювачем та його опором?