Деформационные преобразователи
К деформационным преобразователям относятся трубчатые и мембранные преобразователи.
Трубка Бурдона (рис. 6.2) —деформационный манометр в виде спиральной трубки 2, скручивающейся под действием атмосферного давления в случае откачки внутренней полости за счет разных радиусов кривизны, а, следовательно, и площадей наружной и внутренней поверхностей трубки.
Силы F1 и F2, действующие соответственно на поверхности с большим и меньшим радиусами:
F1 = (pатм – p)A1 ; F2 = (pатм – p)A2 , (6.1)
где pатм — атмосферное давление; р — давление в трубке; А1 и A2 — площади наружной и внутренней поверхностей участка спиральной трубки.
Измерительное уравнение связывает между собой перемещение конца трубки х и разность давлений ратм - p соотношением
∆F = F1 - F2 = (pатм – p)(A1 – A2) = cx , (6.2)
где с –жесткость трубки.
Манометр измеряет давления в пределах 105...103 Па. Измерение давлений ниже 103 Па затруднено тем, что трубка при малой жесткости должна быть достаточно прочной, чтобы выдержать атмосферное давление. Погрешность измерения равна 5% и ограничена упругим последействием трубки — медленным возвращением трубки в исходное положение после упругой деформации.
К вакуумной системе манометр подключается через штуцер 4. Регистрация перемещения спиральной трубки обычно рычажно-стрелочная, когда конец спиральной трубки связан через зубчатый сектор 3 со стрелкой 1.
Деформационные мембранные преобразователи различаются в зависимости от способа регистрации перемещения мембраны и метода измерения. В барометрах используется схема, показанная на рис. 6.3,а. Внутри герметичной полости, образованной мембранами 1, создается сравнительное давление рср. Если измеряемое давление р не равно рср, то происходит деформация мембран и перемещение стрелки, пропорциональное разности давлений:
(pсp – p) = kx, (6.3)
где k — коэффициент пропорциональности.
Такой прибор измеряет разность давлений и поэтому называется дифференциальным.
На этом же принципе работает мембранный преобразователь (рис. 6.3, б), но в нем применен емкостный метод регистрации перемещения. Мембрана 2 в этом приборе герметично разделяет корпус 1 на две камеры, в одной из которых поддерживается сравнительное давление рсp, а другая присоединяется патрубком 5 к вакуумной системе. Через изолятор 4 в нижнюю камеру вводится электрод 3, образующий с мембраной конденсатор, емкость которого является функцией давления. Этот преобразователь может измерять абсолютное давление в вакуумной системе, если рcр = 0.
Мембранный преобразователь с двумя электродами (рис. 6.3, в) работает при нулевой деформации мембраны. На электрод 2 подается переменное напряжение, позволяющее определить емкость и положение мембраны. На электрод 1 прикладывается постоянное напряжение, которое за счет электростатических сил возвращает мембрану к исходному положению, компенсируя воздействие разности давлений. Разность давлений в этом приборе пропорциональна квадрату постоянного напряжения, приложенного к электроду 1.
Диапазон измерения мембранных преобразователей 105...10-1 Па. Но так как линейность показаний сохраняется только при небольших деформациях мембраны, то один прибор может измерять давления, лежащие в пределах 2...3 порядков.
Нижний предел измерения ограничивается температурными деформациями, минимальной жесткостью и прочностью мембраны. Преобразователи с электростатической компенсацией деформации мембраны имеют более стабильные характеристики.
Дата добавления: 2016-06-29; просмотров: 2172;