Лекция 15.

План:

15.1 Электрические манометры.

15.2 Пьезоэлектрические манометры.

15.3 Ионизационные манометры

15.1Приборы с дистанционной передачей показаний- это приборы, в которых используются изменения тех или иных электрических свойств вещества (электрического сопротивления проводников, электрической емкости, возникновение электрических зарядов на поверхности кристаллических минералов и др.) под действием измеряемого давления.

В теплотехнических измерениях чаще всего применяются при­боры с дистанционной (телеметрической) передачей на расстояние следующих величин:

1) угловых перемещений – поворота оси манометра;

2) линейных перемещений поплавка, сильфона, мембраны и других элементов дифференциальных манометров–расходомеров или уровнемеров;

3) угловых перемещений в большом диапазоне углов с измере­нием как интегрального значения угла, так и мгновенной скорости вращения (измерение расхода и количества газа или жидкости ско­ростными или объемными счетчиками с вращающимися элемен­тами);

4) усилий и вращающихся моментов в компенсационных схе­мах, преобразующих, например, усилия, возникающие в мембране, в соответствующие электрические величины.

Применяют электрические, реже, пневматические системы дистанционных передач. Среди элек­трических систем наибольшее распространение имеют системы дис­танционной передачи с амплитудной модуляцией (изменением амплитуды сигнала). Эти системы выполняются в виде:

а) мостовых схем (реостатных, индукционных или ёмкостных);

б) систем с переменной взаимоиндукцией (с изменением потокосцепления либо за счет изменения положения первичных и вто­ричных обмоток, либо за счет перемещения элемента магнитопровода, изменяющего магнитную связь между обмотками);

в) систем постоянного тока с унифицированным выходным сиг­налом.

В корпусе 1 манганинового манометра на двух металлических стержнях 3 смонтирована манганиновая однослойная катушка 2. Стержни крепятся посредством гайки 4, герметически соединенной с корпусом при помощи уплотнения, состоящего из изоляционных прокладок. Для присоединения манометра к аппарату или трубопроводу служит ниппель 5. Стержни в верхней своей части имеют зажимы для присоединения к приборам, измеряющим сопротивление катушки. В качестве таких приборов применяют мосты или потенциометры.

15.2 Принцип действия пьезоэлектрических манометров основан на использовании пьезоэлектрического эффекта, т. е. эффекта возникновения электрических зарядов при деформации некоторых кристаллов (кварца, турмалина, бария и др.).

В качестве преобразователя применяются пьезоэлектрические элементы в виде пластинок цилиндрической или прямоугольной формы толщиной несколько миллиметров

Воспринимаемое мембраной 1 давление передается через элемент 7 на кварцевые пластинки. Шарик 4 способствует равномерному распределению давления по поверхности кварцевых пластинок.

Кварцевые пластинки располагаются так, чтобы их плоскости, на которых возникают отрицательные заряды, соприкасались с электродом 6. Положительные заряды заземляются. Сигналы с электрода 6 подаются на электрометрический усилитель с очень большим входным сопротивлением и малой входной емкостью, в качестве которого применяется полевой транзистор.

15.3 Ионизационные манометры измеряют давление косвенно через измерение ионов образующихся при бомбардировке газа электронами. Чем меньше плотность газа, тем меньше ионов будет образовано. Термоэлектроны соударяются с атомами газа и генерируют ионы. Ионы притягиваются к электроду под подходящим напряжением, известным как коллектор. Ток в коллекторе пропорционален скорости ионизации, которая является функцией давления в системе. Таким образом, измерение тока коллектора позволяет определить давление газа.

Ионизационные манометры наиболее чувствительные измерительные приборы для очень низких давлений (10⁻⁸ — 10⁻¹ Па)

Калибрирование ионного манометра нестабильно и зависит от природы измеряемых газов, которая не всегда известна.

Они могут быть откалибрированы через сравнение с показаниями манометра Мак Леода, которые значительно более стабильны и независимы от химии.

В случае горячего катода электрически нагреваемая нить накала создаёт электронный луч. Электроны проходят через манометр и ионизуют молекулы газа вокруг себя. Образующиеся ионы собираются на отрицательно заряженном электроде. Ток зависит от числа ионов, которое, в свою очередь, зависит от давления газа. Манометры с горячим катодом аккуратно измеряют давление в диапазоне 10⁻³ мм рт. ст. до 10⁻¹⁰ мм рт. ст.

Принцип манометра с холодным катодом тот же, исключая, что электроны образуются в разряде созданным высоковольтным электрическим разрядом. Манометры с холодным катодом аккуратно измеряют давление в диапазоне 10⁻² мм рт. ст. до 10⁻⁹ мм рт. ст.