Технологические измерения и приборы, страница 9

В газоанализатор применяют мостовые измерительные схемы. Анализируемая газовая смесь непрерывно протекает через рабочие камеры 1 и 2, в которые помещены чувствительные элементы. Две другие сравнительные камеры 3 и 4 герметично закрыты и заполнены газом постоянного состава. Схема имеет источник питания Б, сопротивление R и вторичный прибор Г. Температура нити в рабочих камерах измеряется в зависимости от изменения теплопроводности анализируемого газа, которая зависит в свою очередь       от содержания определенного компонента. Температура нити в камерах    заполнена эталонным газом не изменяется. Точка отчета изменения температур нити рабочих камерах 1 и 2 приводит к изменению их сопротивления      в следствии чего нарушается равновесия моста. Это приводит к напряжению разбаланса т.е. пропорциональна  концентрации компонента в  анализированном газе. Погрешность измерения до 10%.

Применяют в металлургии (определение Н₂ в коксовом газе).

Масс – спектрометр

Применяют для анализа многокомпонентных смесей, в которых используется ионизированный  метод разделения газа по массам.

Схема Масс – спектрометр

Анализированная газовая смесь поступает ионизированную камеру (1). Молекула исследуемого газа ионизируется электронами эмитируемыми      катодом (2), затем фокусируется в узкий пучок и ускоряется в электрическое поле, вылетая с определенной скоростью через щель (3). Далее ионы попадают в камеру (4), где действует однородное поперечное магнитное поле электромагнита (5). Под действием магнитного поля поток разделяется        на ионные лучи, траектории которых имеют различные радиусы, r₁, r₂, r₃        в цепи коллектора ионы различной массы создают электрические токи         на   сопротивлении R, которые после усиления в усилители (7) регистрируются на самопишущем приборе (8).

Приборы для измерения давления

Давление:

·  абсолютное;

·  избыточное Р_изб= Р_абс - Р_атм;

·  вакуумметрическое Р_вак = Р_атм  - Р_абс.

В движущих средах давление:

·  статическое: избыточное и вакуумметрическое;

·  полное;

·  динамическое.

Статическое давление, зависит от запаса потенциальной энергии газовой или жидкостной среды определяется через статический напор.

Динамическое давление – обусловленное скоростью давления потока газа или жидкости.

где ρ –плотность движущего вещества;

     W – скорость движущего потока.

Полное давление движений окружающей среды:

Р_п =  Р_ст  +  Р_д;

Приборы для измерения давления можно разделить на следующие группы:

1. Жидкостные (измерительное давления уравновешивается давлением  столба жидкости соответствующей высоты.).

2. Деформационные (измеряемое давление измеряется по величине деформации различных упругих чувствительных элементов или по развиваемой ими схеме).

3. Грузопоршневые (измеряемое давление уравновешивается давлением которое создается массой поршня и груза).

4. Электрические (действие основано на измерениях электрических свойств некоторых материалов при воздействии на них давления). 

     По наименованию приборы для измерения давления делятся:

·  барометры;

·  манометры;

·  вакуумметры;

·  моновакууметры;

·  манометры абсолютного давления;

·  дифференциальные манометры.

Жидкостные приборы

Основаны на гидростатическом принципе, при котором измеряемое давление уравновешивается давлением столба рабочей жидкости. Разница уровней в зависимости от плотности жидкости является мерой давления.

где отсчет по наклонной трубке;

     угол наклона трубки.

Недостатки: отсутствие дистанционной передачи показания измерения, небольшой придел.

Манометры с упругими чувствительными элементами

Манометры с упругими чувствительными элементами или деформационные приборы широко применяются для измерения давления и его перепада благодаря портативности, простате и большому диапазону измерения от нескольких паскалей до тысяч и мегопаскалей.

Принцип действий основан на уравновешивании силы создаваемое давлением или вакуумом контролируемой среды на чувствительный элемент силами упругих деформаций различного рода упругих элементов. Эта деформация передается в виде угловых и линейных  измерений.

Деформационный прибор

В качестве чувствительного элемента на деформационном приборе используется одновитковая трубчатая пружина (материал пружины: бронза, латунь).

Электрические манометры или вакуумметры

Для измерения вакуума в области от 1 до 0,0001 Па находит широкое применение тепловые вакуумметры, а для измерения вакуума в приделах до 0,000001Па применяются ионизационные вакуумметры. Переменное давление в приделах 100 кПа (Пример: в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания), где давление пульсирует с высокой частотой измеряют пьезоэлектрическими манометрами.

Тепловые вакуумметры

Принцип их действия основан на зависимости теплопроводности газовой среды от степени ее разряжения.

                          а)                                                  б)                                                 

Тензометрический манометр

Тензометрический метод измерения давления заключается в непосредственном преобразовании деформации упругого чувствительного элемента (мембраны) под воздействием давления в изменении электрического сопротивления резисторов, закрепленных на этом элементе. Это изменения сопротивления преобразуется электрической измерительной схемой в электровыходной сигнал  пропорциональной величине измеряемого давления. резистор сопротивления которого изменяется в зависимости от его деформации называется тензорезистором.

;

где к – коэффициент тензочувствительности;

     R_p – первоначальное сопротивление.

Измеряемое давление подается в камеру (7), фланца (5) снабженного уплотняющей прокладкой (8). Воздействует на мембрану (6) и через         жидкость на мембрану тензопреобразователя (3). В качестве чувствительного элемента последнего используется пластина из монокристаллического      сапфира с напыленным на него кремнием (тензорезисторы в виде мостика). Воздействие измеряемого давления вызывает прогиб мембраны тензопреобразователей и изменения сопротивления тензорезисторов.

Электрический сигнал от тензопреобразователя изменяемого блока передается в электрическое устройства (1) с помощью проводов проходящих через герметичный вывод (2). (4) – внутренняя полость тензопреобразователя. (9) – основание. (10) – полость сообщенная с окружающей атмосферой.

Достоинство: малые габариты, простота устройства, небольшая погрешность, устойчивость к вибрациям, что позволяет использовать их в промышленности.