Файл: Фудим Е.В. Пневматическая вычислительная техника. Теория устройств и элементов.pdf

§ 2 0 ] С П Е Ц И А Л Ь Н Ы Е ВОПРОСЫ ИЗМЕРЕНИЯ! 505

параметров содержат преобразователи в цифровой код и индикаторы.

Поскольку выпускаемые промышленностью измерители давления, тока, времени, усилий и перемещений известны читателю, а преобразователи различных параметров в дав­ ление, ток, время и преобразователи аналоговых парамет­ ров в цифровые сигналы рассмотрены в § 13, в данном параграфе обсуждаются только специальные вопросы ана­

ления в зависимости от параметров устройств, в которых производится измерение, предъявляются повышенные тре­ бования к точности, активному, емкостному и индуктивно­ му сопротивлению на входе или быстродействию измери­ теля.

В настоящее время наиболее точными лабораторными приборами являются жидкостные U-образные манометры. Их погрешность определяется только изменением плот­ ности жидкости с температурой и давлением. У воды в диа­ пазоне рабочих температур плотность изменяется на 0,0002% с каждым градусом и на 0,005% с каждой атмо­ сферой, п следовательно, при реальных отклонениях темпе­

ных жидкостях в стандартном диапазоне давлений высота трубок велика даже при измерении малых перепадов дав­ лений, поскольку в целях защиты от выброса жидкости вы­ сота рассчитана на максимально возможный перепад. При этом входные емкость и индуктивность манометра, кото­ рые пропорциональны высоте трубок, велики. Их умень­ шения можно добиться за счет разделения полостей мано-. метра герметичной вялой мембраной, перемещение которой ограничено, что обеспечивает ограничение объема вытес­ няемой в трубку жидкости.

На рис. 20.1 приведена схема такого манометра. Он содержит две полости 1 и 2, разделенные герметичной вя­ лой мембраной 3 и залитые до определенного уровня жид­ костью. Каждая полость содержит трубку 4 и камеру 5. Сечение sK камеры 5 во много раз больше внутреннего

сеченпя трубки sT P , за счет чего перемещение мембраны hM примерно во столько же раз меньше изменения уровня

Объем V каждой камеры 5 устанавливается незначи­ тельно превьппающим объем 0,5 Д/гт ах & г р жидкости, переме­ щаемой в каждой трубке при предельном перепаде Д/г1 Ш х, а объем жидкости в каж­ дой полости немного больше Aum a xST p* Входной объем над жидкостью в та­ ком манометре минимизирован — он не превышает Au m a x s T P ; индуктивность так­ же мала (определяется полным объемом

можно контролировать при непосредственном воздействии струи газа на зеркальце осциллографа [98].

Наблюдение и регистрацию быстропеременных давле­ ний производят обычно с помощью электрических прибо­ ров (усилителей, осциллографов и др.) после преобразова­ ния в электрические сигналы. При частотах, не превыша­ ющих нескольких десятков герц, преобразование осуществ­ ляется с помощью потенциометра, движок которого жестко прикреплен к мембранной коробке и перемещается с дав­ лением (рис. 20.2, с) . Объем входной камеры и индуктив­ ность могут быть малы.

При более высоких частотах преобразование давления в электрическое сопротивление основывается на измене­ нии сечения проводника при его растяжении. Проволоч­ ные сопротивления (тензодатчик) наклеивают на металли­ ческую мембрану, деформация которой от действующего на нее перепада давлений приводит к соответствующим изменениям величин сопротивлений, преобразуемых, уси­ ливаемых и контролируемых электрическими средствами.

Рис. 20.2. К измерению (регистрации) высокочастотных сигналов с помощью преобразователей в электрический сигнал: а) схема аналогового преобразователя; б) при­

мер схемы с параллельно соединенными элементами срав­ нения с электр1гческим выходом; 1 — металлическая мембрана,[2 — изоляционная шайба, з — контактная шайба.

Чрезвычайно малые входные емкость и индуктивность и очень высокие рабочие частоты можно получить при использовании пьезокристаллического преобразователя давления в электрический сигнал.

С малыми входными емкостью и индуктивностью и вы­ соким быстродействием можно получить дискретную ин­ формацию о давлении с помощью ряда параллельно уста­ новленных элементов сравнения с электрическим выходом (усилителей-преобразователей), уровни срабатывания ко­ торых соответствующим образом настроены. В схеме по рис. 20.2, б уровни срабатывания поступают от пневмати­ ческого потенциометра, преобразователи выполнены с ме­ таллической мембраной 1, перемещение которой от раз­ ности давлений приводит к замыканию (размыканию) ее электрического контакта с шайбой 3 (2 — изоляционная

шайба). Уровни срабатывания могут вводиться также инди­ видуальными пружинами, располагаемыми в преобразова­ телях.

И з м е р е н и е р а с х о д а ( к о л и ч е с т в а г а- з а). Измерение молекулярного расхода i в любой линии без заметного воздействия на ее параметры можно произ­ вести посредством ее разрыва и установки пульсирующего сопротивления с пренебрежимо малым R, через которое

Рг

будет проходить весь расход, и измерителя малых пере­ падов давления на сопротивлении R. Этот перепад пропор­ ционален молекулярному расходу:

где / 0 — высокая частота, стабилизируемая или контро­ лируемая. Если R — непрерывное сопротивление, то на­ до дополнительно измерять абсолютное давление р и знать вид нелинейной зависимости Ар = Ар (р, i) для рабочего газа.

Молекулярный расход газа i какого-либо элемента в линию с произвольным давлением р и с т (t) измеряется схе­ мой по рис. 20.3; при величине R сопротивления

Рвых = Рист ~Ь

Частота / 0 управления пульсирующим сопротивлением должна стабилизироваться или измеряться. Если эта схема используется для измерения расхода i0 источника тока,

Схема по рис. 20.4 измеряет молекулярный расход i0 источника в соответствии с выражением:

Количество молекул N в емкостном элементе, обуслов­ ленное отличием в нем давления от р „ с т , можно измерить схемой по рис. 20-5. Зависимость между р в ы х и N имеет вид:

kQ p - p s '

где р — давление в камере V; р н — давление, установив­ шееся после сообщения камер по сигналу от тумблера Тб.

Измерение в этом случае можно также произвести с помощью схемы по рис. 20.5.