Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 92
Текст из файла (страница 92)
11-1-1, б) с гранями, параллельными осям (срез Кюри); и подвергнуть ее сжатию (или растяжению) вдоль электрической оси, то иа гранях, перпендикулярных этой оси, появятся электростатические заряды, равные по значению и противоположные по знаку.
При переходе от сжатия к растяжению и обратно знаки Рис. 11-1-1. Крис!вал кварца (а) и пластина кварца и ее оси (6). Общие сведении. Электрические приборы, применяемые в технике для измерения давления различных сред, используются главным образом для исследовательских целей. В основу действия этих приборов положены различные физические явления, например возникновение электростатических зарядов при деформапии некоторых кристаллов в определенном направлении, изменение электрического сопротивления проводников при воздействии измеряемого давления, изменение индуктивности или электрической емкости и т.
д. Следует отметить, что емкостные приборы давления имеют весьма ограниченное применение вследствие малой чувствительности и зависимости характеристик от температуры. зарядов меняются в соответствии с изменением знака силы, действующей вдоль электрическон оси. Значение Г)„заряда, возникающего вследствие действия силы р вдоль электрической оси, или давления р„, действующего на площадь грани Б, = ар„равно: О„= йР. = йр.З., (11-1-1) где А — пьезоэлектрическая постоянная или пьезоэлектрический мод ль, Кл/Н.
озффицнент А не зависит от размеров кристалла, однако его значения различны для разных пород кварца. Значение А для применяемого кварца равно 2,1 10 " Кл/Н. Если прн действующем давлении р„весь заряд с граней Ь'„ снягь, з затем давление р„ изменить до р„', то на гранях вновь появится заряд Щ, равный: Юх =л (Рх Кк) Зх.
При действии силы г вдоль механической оси заряды появляются также на гранях 3„. При этом знаки зарядов обратны тем, которые появляются при действии силы г„того же знака, что и сила Г„. Таким образом, эффект растяжения кварца в направлении одйой оси равнозначен эффекту сжатия его в направлении другой оси. Установлено, что значение заряда 1~„, появляющееся на гранях 3 в результате действия силы г, равно: (1 1-1-3) Уравнение (11-1-3) показывает, что увеличение заряда 1), при одной и той же силе Г„ может быть достигнуто путем увеличения размера а„ или уменьшения размера а„. Уравнение (11-1-3) можно представить в следующем виде: О„= — й„'йр„З„= — йр„~., (11-1-4) где р„— давление, действующее на площадь грани Б„= а,.а,.
Действие силы Г, в направлении оптической оси не вызывает Появления заряда. Пьезоэлектрический эффект называется продольным, если заряд на гранях Я„ возникает вследствие действия сил г, и поперечным, если заряды на тех же гранях Б„появляются под действием сил р„. Пьезокварцевые манометры, позволяющие измерять давление до 1000 кгс/см' (!00 МПа) и выше, широко применяются при измеРении быстропеременных давлений.
При этом чем быстрее протекаег исследуемый процесс, тем достовернее данный метод. Практически пьезоэлектрический эффект можно считать безынерционным и достаточно стабильным. Устройство преобразователя пьезокварцевого манометра с продольным пьезоэффектом схематично показано на рис. 11-1-2. В кор- пусе преобразователя расположены две кварцевые пластины 2 и 4, которые обращены друг к другу сторонами одинаковой полярности. Эти стороны кварцевых пластин прилегают к металлической контактной пластине 8. Вторые стороны кварцевых пластин прилегают к металлическим опорам 1 н 5 и через них электрически замыкаются на корпус преобразователя. Металлические опоры вместе со столбиком из + + + г кварца зажимаются между металлической плоской мембраной 9 и крышкой б. Шарик, находящийся между крышкой 6 и 8 верхней опорой, способствует равномерног му распределению давления на поверхноэ сти кварца. Нижняя часть корпуса имеет штуцер 10 для соединения преобразователя с объектом измерения.
При измерении давления положительРас. 11-1-2. Манометр с ный заряд, появляющийся на гранях кварзьезохзараезыч Чесара- цевых пластин, отводится на корпус, а отрицательный заряд с граней пластин снимается контактной пластиной 8 и с помощью провода 8 подастся на измерительное устройство. Втулка из янтаря, установленная в канале 7, изолирует провод от корпуса преобразователя. При.измерении давления газа, например в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, необходимо учитывать, что преобразователь может нагреться до сравнительно высокой температуры.
При этом хоти у кварца и не л, наблюдается заметного изме- н~ пения пьезоэлектрической по- г:лл с А стояниой,однако чувствительность преобразователя может изменяться, так как вслед- Р~ а ствие наличия деформаций изменяется предварительное сжатие кварцевого сголбика. Рас. 11-1-3. Приаципзальнвя схеиа пьезоКроме того, нагрев корпуса кварцевого манометра. вызывает быстрое прогорание мембраны. В силу указанных причин пьезокварцевые преобразователи для таких условий работы изготовляют с водяным охлаждением.' Чувствительность преобразователя можно повысить посредством увеличения активной площади мембраны, применения большего числа последовательно включенных кварцевых пластин или посредством применения удлиненной кварцевой пластины, работающей с использованием поперечного пьезоэффекта.
Основные трудности измерения давления при помощи пьезопре- образователя вызываются электростатической природой зарядов, их малым значением, незозобновляемостью н тенденцией к быстрому стеканию через утечки. ц качестве примера рассмотрим-упрощенную электрическую схему пьезокварцевого манометра, показанную на рис. 11-1-3. Отрицательный заряд, появляющийся на кварцевых пластинках преобразователя П, заряжает конденсатор С н управляющую сетку четырехэлектродной лампы Ч, до некоторого отрицательного по отношению к катоду потенциала.
Этот потенциал определяется значением давления, действующего на кварцевые пластины преобразователя, и суммарной емкостью сеточного контура лампы. Под влиянием изменения потенциала управляющей сетки изменяется аподный ток лампы. Этот ток усиливается второй лампой Л „ на сетку. которой подается напряжение, снимаемое с резистора Р,.
3' анодную цепь второй лампы включен шлейф магнитоэлектрического осциллографа (ШО). Параллельно этому шлейфу включена батарея с регулировочным резистором Яв, предназначенная для компенсации нулевого тока усилителя. 11-2. Манометры сопротивления Действие манометров сопротивления основано на изменении электрического, сопротивления веществ под действием внешнего избыточного давления. К числу таких веществ относятся полупроводники, платина, манганип, константан, вольфрам и ряд других металлов. Для целей измерения лавления, а следовательно, и изготовления первичного преобразователя (нли чувствительного элемента), как показали экспериментальные исследования, в наибольшей степени подходит манганин.
Манганин имеет линейную зависимость приращения электрического сопротивления Ис от давления р„: где к — коэффициент изменения сопротивления манганнна, смз/кгс. Линейная зависимость сопротивления манганина подтверждается опытными данными вплоть До длвления 30 000 кгс/см' (3000 МПа).
Кроме того, он обладает очень малым температурным Рвс. 11-2-1. мввокоэффициентом электрического сопротивления, метР с преобразо- вателем вз кзвгзчто дает возможность не считаться при измер~ иии давления с изменениями температуры окружающего прибор воздуха. Небольшая чувствительность преобразователя ограничивает применение этого манометра измерением сверхвысоких давлений (более 1000 кгс/смз нлн 100 МПа). Коэффициент л манганина для разных партий лежит в интервале ог 2,34 ° 10 ' до 2,51 10 а см'/кгс, и манометры с преобразователем из манганиновой проволоки требуют индивидуальной градуировки.
На рис, 11-2-1 показана схема манометра с преобразователем из манганиновой проволоки. В корпусе манометра 1 на двух металлических стержнях 3 смонтирован манганиновый резистор 2. Металлические стержни, являющиеся одновременно выводными проводниками, электрически изолированы от корпуса преобразователя. Крепление стержней осуществляется посредством гайки 4. Герметичность соединения гайки 4 с корпусом преобразователя достигается уплотнением, состоящим из двух шайб и изоляционных прокладок. Ниппель б служит для присоединения преобразователя на месте его установки к объекту. Стержни в верхней своей части имеют зажимы, служащие для присоединения преобразователя к измерительному прибору.
Для измерения сопротивления манганиновой катушки преобразователя обычно применяют мосты, а при точных измерениях — потенциометры. Пределы допускаемой основной погрешности манометра с манганиновым резистором не превышают-+.1 О4. При более тщательной градуировке прибора погрешность показаний может быть значительно уменьшена.
ГЛАВА ДВВНАДЦАТАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ МАНОМЕТРЫ 12-1. Общие сведения Дифференциальные манометры (дифманометры) применяют в различных отраслях промышленности для измерения перепада давления, расхода жидкостей, газов и пара по перепаду давления в сужающем устройстве (гл. 14) и уровня жидкости, находящейся под атмосферным, избыточным или вакуумметрическим давлением (гл. 19).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
