Приборы измерения давления газа. Датчик давления пьезорезистивного типа.

Цель работы: Изучение прибора для измерения давления газа — датчика давления пьезорезистивного типа с цифровой индикацией, конструкция, определение относительной погрешности измерения при различных уровнях давлении.

Теоретические основы

В состав пьезорезистивного датчика давления обязательно входят два компонента: пластина (мембрана) известной площади и детектор, выходной сигнал которого пропорционален приложенному к мембране давлению. Оба эти элемента могут быть изготовлены из кремния. Датчик давления с кремниевой диафрагмой состоит из самой диафрагмы и встроенных в нее диффузионным методом пьезорезистивных преобразователей в виде резисторов. Поскольку монокристаллический кремний обладает очень хорошими характеристиками упругости, в таком датчике отсутствуют ползучесть и гистерезис даже при высоком давлении. Коэффициент тензочувствительности кремния во много раз превышает аналогичный коэффициент тонкого металлического проводника. Обычно тензорезисторы включаются по схеме Уитстона. Максимальное выходное напряжение таких датчиков обычно составляет несколько сот милливольт, поэтому на их выходе, как правило, ставятся усилители сигналов. Кремниевые резисторы обладают довольно сильной температурной чувствительностью, поэтому всегда при разработке датчиков на их основе предусматривают цепи температурной компенсации.

В установленных на стенде датчиках давления воздуха фирмы Festo к пьезорезистивному преобразователю через усилитель подключен аналогово- цифровой преобразователь, сигнал с которого выводится на электронное табло датчика в виде показаний.

Экспериментальная часть

Для изучения датчиков измерения давления воздуха используется пневматическая система стенда.

Последовательность выполнения лабораторно работы:

1. Полностью открыть редукционный клапан КП2.

3. Закрыть краны ВН14,ВН15.

4. Открыть краны ВН12,ВН13.

5. Включить компрессор тумблером «Подача воздуха в ресивер». Дождаться автоматического отключения компрессора.

6. Занести показания ДД4, ДД5 в таблицу 6.1.

7. Плавно закрывая редукционный клапан КП2 (вращая ручку по часовой стрелке), добиться показаний ДД4 и ДД5 на 8-10 кПа больше предыдущих.

8. Занести показания ДД4, ДД5 в таблицу 6.1.

9. Повторить пункты 6 и 7 до достижения давления 90-95 кПа по ДД4 и ДЦ5.

10. Вычислить среднее значение давления по двум измерителям, абсолютную и относительную погрешность каждого измерителя.

11. Сравнить вычисленные погрешности с классом точности измерителя (см. инструкции).

12. Сделать выводы об оптимальных диапазонах измерения давления для различных видов измерителей.

Таблица 6.1. Результаты измерения давления воздуха

Лабораторная работа №7.

Приборы измерения давления газа. Дифференциальный манометр.

Цель работы: Изучение прибора для измерения давления газа — дифференциального манометра, построенного на базе пьезометров. Изучение принципа действия, определение относительной погрешности прибора, сравнение показаний приборов различного типа.

Теоретические основы

Рисунок 7.1. Дифференциальный пьезометр.

В соответствии с основным уравнением гидростатики получаем систему уравнений для правой и левой трубки пьезометра:

где р - плотность жидкости в пьезометре, g - ускорение свободного падения.

Вычитая одно уравнение из другого, получаем:

P_l - P₂=p·g·(H₁ - H₂) = p·g·H

Таким образом, зная плотность жидкости, которой заправлен пьезометр, величину ускорения свободного падения, разность давлений определяется разностью высот жидкостных столбов.

Экспериментальная часть

Для заправки пьезометра стенда используется вода, таким образом,

р=1000 кг/м³, ускорение свободного падения с достаточной точностью можно принять равным g=9,81. С учетом этих значений разность давлений воздуха, выраженная в кПа, связана с разностью высот столба жидкости, выраженной в мм, следующим соотношением:

ΔР [Па]=9,81·Н [мм]

В случае, если один из выходов пьезометра соединен с атмосферой, то измеряется относительное давление.

Последовательность выполнения работы:

1. Подать воздух в ресивер, включив компрессор, дождаться автоматической остановки компрессора.

2. Соединить точки отбора давления из коллекторов перед диафрагмами и за диафрагмами с левой и правой трубками пьезометра соответственно.

3. Полностью закрыть дроссель ДР5.

4. Открыть краны ВН12, ВН14. Закрыть ВН13, ВН15.

5. Настроить редукционным клапаном КР2 давление в коллекторе перед диафрагмами на величину давления 25-30 кПа, давление контролировать по датчику давления ДД4.

6. Убедиться, что разности высот столбов жидкости в пьезометре нет.

7. Плавно открыть дроссель ДР5 до возникновения разности столбов жидкости 40-60 мм.

8. Записать показания Д Д4, Д Ц5 и разность высот столбов жидкости в пьезометре в таблицу 7.1.

9. Открыть дроссель до увеличения разности столбов жидкости на 40- 60 мм.

10. Повторить пункты 8, 9 для измерения в 10... 12 точках по разности давлений.

11. Закрыть дроссель ДР5.

12. Сбросить давление клапаном КП2.

13. Вычислить разность показаний ДД4 и ДД5, а также ΔР по разности столбов жидкости, сравнить полученные величины.

14. Сделать выводы.

Внимание! Не превышайте давление настройки редукционного клапана в 40 кПа, поскольку это может привести к разрушению трубок пьезометра.

Регулировку дросселя ДР5 необходимо осуществлять плавно, чтобы разность давлений по датчикам ДД4 и ДД5 не превышала 9 кПа. В противном случае может произойти попадание воды из пьезометрических трубок в датчики давления воздуха.

Таблица 7.1.

Лабораторная работа №8.