Силовые преобразователи давления

Силовые преобразователи подразделяются на жидкостные и деформационные.

В жидкостных преобразователях сила давления уравновешивается гидростатическим столбом жидкости, а давление преобразуется в изменение уровня жидкости.

В деформационных преобразователях сила давления уравновешивается силой упругой деформации чувствительного элемента, а давление преобразуется в перемещение выбранной точки или поверхности упругого элемента.

Жидкостные преобразователи

Этот класс преобразователей подразделяется на следующие основные типы:

двухтрубные (U-образные), в которых жидкость располагается в двух вертикальных трубках с соединённым нижними концами; верхние концы трубок открыты, и к ним подводят два давления для измерения разности между ними; см. рис.Y-2, стр.161 [3].

Разность давлений преобразуется в разность уровней жидкости в трубках. Рис.Yа.

Функция преобразования имеет вид

Dh = Dp/g(r-r_c), (4.3.1)

где Dp - разность давлений, Па; Dh -разность уровней жидкости в трубках, м; g-ускорение свободного падения, м/с²; r и r_с – плотности соответственно рабочей жидкости и среды над рабочей жидкостью, кг´м.

Если r>>r_с, что имеет место при измерении давлений газов, формула (4.3.1) принимает вид Dh=Dp/r´g. (4.3.2)

Разность давлений может выражаться непосредственно через разность уровней в единицах длины, например в мм рт. ст., мм вод. ст. С помощью двухтрубного преобразователя можно измерять как разность давлений, так и избыточное и вакуумметрическое давления.

Чашечные (однотрубные) преобразователи. В отличие от двухтрубных чашечные преобразователи имеют резервуар, сообщающийся с измерительной трубкой. Рис Yб. Из-за значительной разницы сечений резервуара и трубки уровень жидкости в резервуаре изменяется значительно менее заметно, чем в трубке. Отсчёт разности уровней при изменении давления производится только в трубке.

Перед измерениями при помощи вытеснителя устанавливают нуль отсчёта при равных давлениях р₁ = р₂. Фактическая высота столба жидкости будет Dh = h_T + h_p, (4.3.3)

где h_T - высота столба жидкости в трубке, отсчитываемая от нулевой отметки; h_p - снижение уровня жидкости в резервуаре.

h_p = h_Td_T²/d_p², (4.3.4)

где d_T и d_p - диаметры трубки и резервуара.

Подставляя (4.3.4) в (4.3.3), получаем

Dh = h(1 + d_T²/d_p²). (4.3.5)

Наклон трубки позволяет растянуть шкалу. В этом случае понижение уровня в резервуаре вычисляем по формуле

h_p = ld_T²/d_p², (4.3.6)

где l – длина столба жидкости в трубке.

Высота гидростатического столба в трубке

H_T = l sina, (4.3.7)

откуда после подстановки в (4.3.3) получаем

Dh = l(sina + d_T²/d_p²). (4.3.8)

Величину в скобках называют постоянной преобразователя. С помощью таких преобразователей можно измерять давление до 1000-2000 Па. Погрешность отсчёта в таком преобразователе может быть уменьшена до 0,2—0,3 мм. Расчёт давления в системе СИ производится по формуле (4.3.1).

Чашечные преобразователи абсолютного давления.

Верхний конец трубки запаян. При соответствующем заполнении трубки рабочей жидкостью (обычно ртутью) в полости трубки над жидкостью устанавливается давление, близкое к абсолютному нулю. Поэтому высота столба в измерительной трубке пропорциональна абсолютному давлению. Высота подъёма столба подсчитывается по формуле (4.3.1).

Поплавковые преобразователи. Представляет собой разновидность чашечного преобразователя. Измерительным элементом в нём является не трубка, а резервуар. Трубка выполняет функцию уравновешивающего элемента. Выходная величина- перемещение поплавка, находящегося в резервуаре. При соответствующем выборе размеров можно получить необходимую подъёмную силу поплавка для перемещения стрелки измерительного прибора или приведения в действие электрического или пневматического преобразователя.

Функция преобразователя может быть найдена из совместного решения (4.3.1), (4.3.3) и (4.3.4):

h_p= Dp/{g(r-r_c)(1+d_р²/d_Т²} (4.3.9)

Здесь принято, что изменение уровня h_p равно перемещению поплавка.

Источниками методических погрешностей являются:

- отклонение трубок от вертикального или заданного наклонного положения;

- подстановка в формулы (4.3.1), (4.3.2), (4.3.9) значений r без учёта изменений в зависимости от температуры;

- температурные изменения длины шкалы, по которой отсчитывается разность уровней.

- имеются и ещё ряд источников погрешностей, которые не играют существенной роли.