Електричні перетворювачі тиску.

Найбільш поширеними принципами для побудови електричних перетворювачів тиску є тензорезисторний, ємнісний, частотний та індуктивний (найпоширеніші – диференційно-трансформаторний).

Тензорезисторні перетворювачі тиску.

Належать до найбільш поширених електричних перетворювачів тиску (80 - 90%). Принцип дії полягає в зміні електричного опору внаслідок деформації чутливих елементів (при розтягу опір збільшується, при стискуванні зменшується). Такі чутливі елементи вмикають в мостикову вимірювальну схему, два елементи працюють на розтяг, а два інших – на стиск. Реально в тензоструктурі є до 12 чутливих елементів. Частина з них застосовується для термокомпенсації і т.д.

Їх ще називають п’єзорезисторні.

Застосовують металеві тензорезистори зі спеціальних сплавів: манганіт, константан, паладій-вольфрамовий сплав. Такі тензорезистори наклеюють на чутливий елемент (мембрану) і вони застосовуються для вимірювання великих тисків. Більш поширеними є напівпровідникові тензорезистори, що мають значно вищу чутливість, більшу ніж у 10 разів (20 – 30 р.). Серед них найпоширенішими є КНС – структури (кремній на сапфірі). Сапфір – монокристал Al₂O₃. Має таку саму кристалічну будову, як і кремній, тому кремній осаджується на сапфір, і він має з ним дуже міцне щеплення (адгезію). Сапфір має дуже добрі механічні властивості, він придатний для виготовлення пружних елементів. Сапфір паяється.

Основною особливістю КНС – структур є те що вони не мають p-n переходів, тому їхні метрологічні характеристики найвищі серед усіх напівпровідникових елементів.

Є декілька основних конструкцій тензорезисторних перетворювачів тиску в залежності від призначення і діапазону вимірювання. Найскладніша конструкція диференційних манометрів – в них застосовується двохмембранна конструкція і трьохмембранна (іноді називають одно мембранною, одна мембрана вимірювальна, а дві -розділюючі).

Перетворювачі “Сапфир – 22”.

Назва	Тип перетворювача	Діапазон вимірювання (від min – до max)	Модель
Перетворювач надлишкового тиску	“Сапфір - 22 ДИ” або “МТ100Р”	0.25 кПа – 100 МПа (25 кгс/м^2– 100 кгс/см^2)	2130, 2140, 2150...
Перетворювач абсолютного тиску	“Сапфір - 22 ДА” або “МТ100А”	2.5 кПа – 16 МПа (250 кгс/м^2– 160 кгс/см^2)	2020, 2030...
Перетворювач розрідження	“Сапфір - 22 ДВ” або “МТ100R”	0.25 кПа – 0.1 МПа (25 кгс/м^2– 1 кгс/см^2)	2210, 2220...
Вимірювальний перетворювач надлишкового тиску і розрідження	“Сапфір - 22 ДИВ” або “МТ100РR”	0.125 кПа – 2.4 МПа (12.5 кгс/м^2– 24 кгс/см^2)	2310, 2320, 2330...
Перетворювач різниці тисків	“Сапфір - 22 ДД”	0.25 кПа – 16 МПа (25 кгс/м^2– 160 кгс/см^2) Рнадл: 4 10 25 МПа (40 100 250 кгс/см^2)	2410, 2420, 2430...
Перетворювач гідростатичного тиску	“Сапфір - 22 ДГ”	2.5 кПа – 0.25 МПа (250 кгс/м^2– 2.5 кгс/см^2) Рнадл: 4 МПа (40 кгс/см^2)	2520, 2530, 2540...

 

В колонці діапазони вимірювань вказане найменше значення діапазону вимірювання (0 – 0.25 кПа – це для першого, і далі згідно ряду для манометрів 0 – 0.4 кПа; 0 – 0.6 кПа; 0 – 1 кПа і т.д., 0 – 100 МПа - останній).

Електричний перетворювач тиску складається з тензорезисторного перетворювача і електронної схеми, яка перетворює сигнал від тензоструктури в уніфікований струмовий сигнал. Перетворювачі бувають найпростіші однодіапазонні, більш складніші, які переналагоджуються на декілька діапазонів шляхом переставлення перемичок; для здавачів надлишкового тиску можна переналагодити діапазон від 1 до 10. Найбільш складні – інтелектуальні або старт-перетворювачі. В них довільний вибір діапазону вимірювання в межах від 1 до 100, обробка сигналу в цифровій формі, всі корекції неінформативних параметрів, перевід одиниць вимірювання, додатково може бути цифровий вихідний сигнал, який накладається на аналоговий.

 

На виході тензоструктури 1 з’являється напруга при дії тиску (різниці тиску, вакууму, надлишкового, абсолютного). Ця напруга підсилюється диференційним підсилювачем. З допомогою опорів 4 або набору опорів регулюються початкові покази. З допомогою опорів 6 регулюють К або кінець діапазону вимірювання. Вся схема споживає струм до 4 мА, а при зміні тиску від мінімального до максимального значення підсилювач 7 через транзистор 8 міняє струм в межах від 0 до 16 мА. Разом на виході схеми виходить 4 – 20 мА. Таким чином в цій схемі по двох провідниках подається живлення і передається вихідний сигнал. Схема може живитися напругою від 10 до 42 В (або 36 В), при цьому від напруги живлення буде залежати кількість вторинних приладів, які можна ввімкнути послідовно з давачем, тобто загальний опір навантаження і опір ліній (при 10 В - найменше).

Такий перетворювач можна ввімкнути по 2-ох або 4-ох провідній схемі під’єднання.

Якщо застосовується вихідний сигнал 0 – 20 мА або 0 – 5 мА перетворювач можна увімкнути лише по 4-ох провідній схемі (2 – живлення, 2 – вихідний сигнал).

Пневматичні прилади для вимірювання тиску і різниці тисків з уніфікованим вихідним сигналом.

Такі прилади виготовляються для дуже пожежо- та вибухонебезпечних виробництв. Вихідний сигнал в них – пневматичний уніфікований 20 – 100 кПа або 0.2 – 1.0 кгс/см². Потім сигнал перетворюється в електричний і обробляється електронними приладами.

 

Методи захисту електричних приладів при застосуванні їх у пожежо- та вибухонебезпечних умовах.

Більшість технологій є пожежо- та вибухонебезпечними. Є два методи захисту електричних приладів для можливого їхнього застосування пожежо- та вибухонебезпечних умовах.

1-ий метод: вибухозахищена оболонка (позначення Вп, міжнародне позначення - ІТ). Тобто, прилад виготовляється у міцному герметичному корпусі, кришки пломбуються, застосовується спеціальний герметичний ввід. Кабелі прокладаються у спеціальних герметичних трубках. Якщо у прилад попадає пара горючих речовин чи газоподібна горюча рідина, то при її запалюванні всередині приладу полум’я чи вибух не поширюється назовні.

Так захищенні декотрі вимірювальні прилади, які споживають велику потужність, двигуни.

2-ий метод: обмеження потужності електричного кола (Ех). При такому захисті обмежують струм і напругу в електричному колі з допомогою спеціальних бар’єрів. Іскра яка виникла після такого бар’єру не має достатньої потужності, щоб запалити горючу речовину (іскра буде дуже маленька). Такі прилади перевіряють і атестують по водню.

 

При застосуванні уніфікованого струмового сигналу 4 – 20 мА, напругу живлення обмежують нарівні 12 В.

Тоді прилад має вибухозахищене виконання.

 

Правила монтажу приладів для вимірювання тиску.

1. На агресивних середовищах застосовують мембранні розділювачі, іноді прилади оснащенні готовим розділювачем.

 

Прилад завжди перевіряється з розділювачем, бо розділювач вносить додаткову похибку. Раніше застосовували рідинні розділювачі, але на даний момент це вже в минулому.

Вимірювання температури.

Основні визначення. Температурні шкали.

Температура – важливий параметр хіміко-технологічного процесу.

В хіміко-технологічних процесах дуже широкі межі зміни температури – від кріогенних (t рідкого азоту) до десяток і сотень тисяч градусів (деякі процеси проводять в плазмі). Температура характеризує ступінь нагрітості, який визначається внутрішньою кінетичною енергією теплового руху молекул. Це параметр теплового стопу. Це інтенсивна величина. Еталони для температури відтворюють зовсім інакше.

Температуру міряють тільки непрямим шляхом, на базі залежностей від температури таких фізичних властивостей тіл, які легко піддаються безпосередньому вимірюванню, наприклад, видовження, зміна об’єму, зміна електричних властивостей і т.д..

Речовини, які мають термометричні властивості, називаються термометричними речовинами.

Засіб для вимірювання температури називають термометром.

Для переходу до кількісної характеристики температури потрібно встановити шкалу температур, тобто вибрати початок і одиницю вимірювання температурного інтервалу (градус). Було створено ряд шкал на базі двох опорних або реперних точок t’ і t”, які є температурами фазових рівноваг чистих речовин.

 

Методи вимірювання температури діляться на дві групи:

1. Контактні – прилади в них мають безпосередній контакт з вимірюваним середовищем.

2. Безконтактні – прилади в них вимірюють енергію теплового випромінювання нагрітих тіл.