Классификация приборов для измерения давления основные типы и принципы работы (2 видео)

Давление – одно из самых значительных физических параметров, которое характеризует состояние вещества. Оно является важнейшим фактором во многих областях науки и техники. Важно иметь возможность его измерять с высокой точностью и надежностью, чтобы контролировать и регулировать процессы, где давление играет определяющую роль.

Существует огромное количество различных приборов для измерения давления. Они классифицируются по различным признакам: по принципу измерений, по области применения, по конструктивным особенностям и другим параметрам. В этой статье мы рассмотрим основные типы приборов для измерения давления и их принципы работы. Знание этой информации позволит более глубоко понять основы измерений давления и выбрать наиболее подходящий прибор для конкретной задачи.

Основными типами приборов для измерения давления являются: механические, электрические, а также электронные приборы. Механические приборы основаны на использовании элементов механики и гидравлики, их работа связана с физическими свойствами материалов. Электрические приборы измеряют давление с использованием электрических сигналов, которые генерируются под воздействием давления на датчик. Электронные приборы используют электронные компоненты и микропроцессоры для измерения и обработки сигнала давления.

Содержание

Механические приборы
Упругие приборы
Жидкостно-колонковые приборы
Электрические приборы
Пьезорезистивные приборы
Емкостные приборы
Полупроводниковые приборы
Полупроводниковые датчики давления
Полупроводниковые мембранные датчики давления
🎬 Видео

Видео:Устройство манометра. Как работает пружинный манометрСкачать

Механические приборы

Механические приборы для измерения давления используют физические свойства материалов под воздействием давления и внешних сил. Они основаны на механических принципах и показаниях индикатора для определения значения давления.

Наиболее распространенным механическим прибором для измерения давления является манометр. Он состоит из пружинного элемента, чувствительного к давлению, и механизма, который преобразует перемещение пружины в показания на шкале.

Манометры бывают различных типов, включая мембранные, вилочковые и спиральные. Мембранный манометр имеет гибкую мембрану, которая деформируется под действием давления и перемещает показатель на шкале. Вилочковый манометр использует два соединенных штыря, которые деформируются под давлением и двигают стрелку по шкале. Спиральный манометр использует спиральную пружину, которая деформируется под воздействием давления и передает это перемещение на показатель.

Еще одним типом механических приборов для измерения давления является барометр. Он использует замкнутую колонку жидкости для измерения атмосферного давления. Барометры могут быть ртутными или анероидными. Ртутные барометры используют ртуть в колонке для измерения изменений атмосферного давления. Анероидные барометры используют герметичный металлический баллон, который деформируется под воздействием давления и передает это движение на показатель.

Механические приборы для измерения давления обладают высокой точностью и надежностью. Они широко применяются в различных отраслях промышленности, в технике, научных исследованиях и других областях, где требуется точное измерение давления.

Упругие приборы

Упругие приборы состоят из деформируемого упругого элемента, который может быть выполнен в виде пружины или мембраны. Когда на такой элемент действует давление, он деформируется, что позволяет измерять величину этой деформации и связывать ее с давлением с помощью уравнений упругости.

Одним из наиболее распространенных упругих приборов является манометр. Манометр состоит из деформируемой пружины, которая деформируется под действием давления и передает эту деформацию на указатель или другое устройство, позволяющее читать величину давления.

Еще одним типом упругих приборов является мембрана. Мембрана представляет собой тонкую, гибкую пластину, которая может деформироваться под действием давления. Деформация мембраны может быть определена с помощью датчиков деформации или других устройств и использована для измерения давления.

Упругие приборы обладают высокой точностью измерения давления, но они могут быть чувствительны к механическим повреждениям и вибрациям. Поэтому при эксплуатации упругих приборов необходимо соблюдать определенные меры предосторожности и регулярно производить проверку их работоспособности.

Жидкостно-колонковые приборы

В основе жидкостно-колонкового прибора лежит трубка, наполненная жидкостью, которая соединяется с объектом, давление которого необходимо измерить. При изменении давления жидкость в трубке перемещается вверх или вниз, и этот процесс можно визуализировать с помощью отметок на шкале, расположенной вдоль трубки.

Основное преимущество жидкостно-колонковых приборов заключается в высокой точности измерений, особенно в случае небольших изменений давления. Также они характеризуются простотой конструкции и надежностью в работе.

Одним из наиболее распространенных примеров жидкостно-колонковых приборов является ртутный манометр. В нем в качестве жидкости используется ртуть, которая обладает высокой плотностью и позволяет увеличить чувствительность прибора.

Жидкостно-колонковые приборы широко применяются в различных областях, где требуется точное измерение и контроль давления. Они находят применение в промышленности, научных исследованиях, медицине и других сферах деятельности.

Видео:МанометрыСкачать

Электрические приборы

Электрические приборы для измерения давления основаны на использовании электрических сигналов. Они преобразуют механическое давление в электрический сигнал, который затем может быть измерен и отображен на приборе или передан для дальнейшей обработки.

Один из распространенных типов электрических приборов для измерения давления — это резистивный манометр. Он основан на использовании электрического сопротивления материала, изменение которого происходит в зависимости от давления. Резистивные манометры могут быть изготовлены из различных материалов, таких как металлы или полимеры. Приборы такого типа обычно имеют высокую точность и надежность.

Еще одним примером электрического прибора для измерения давления является емкостной манометр. Он работает на основе изменения емкости конденсатора, расположенного внутри прибора. При увеличении давления, емкость конденсатора изменяется, что приводит к изменению напряжения на выходе. Емкостные манометры обычно обеспечивают высокую точность и низкое энергопотребление.

Также встречаются электрические приборы для измерения давления, использующие пьезоэлектрический эффект. Пьезоэлектрические датчики генерируют электрический сигнал при приложении давления к ним. Этот сигнал затем измеряется и преобразуется в давление. Пьезоэлектрические приборы обычно отличаются высокой чувствительностью и широким диапазоном измерений.

Все эти электрические приборы для измерения давления имеют свои преимущества и недостатки, и выбор конкретного типа зависит от требований и условий применения.

Пьезорезистивные приборы

Главными элементами пьезорезистивных приборов являются пьезорезисторы – специальные полупроводниковые элементы, которые имеют свойство менять свое сопротивление при механическом напряжении.

Приборы на основе пьезорезистивности обладают рядом преимуществ, включая высокую чувствительность, широкий диапазон измеряемых давлений, небольшие габариты и низкую стоимость производства.

Измерительные датчики на основе пьезорезистивных приборов широко применяются в различных областях: автомобильной промышленности, медицинском оборудовании, бытовой технике и других.

Одним из примеров применения пьезорезистивных приборов являются датчики давления в автомобильных системах: они измеряют давление масла, топлива и воздуха в двигателе для контроля и оптимизации его работы.
В медицинском оборудовании пьезорезистивные датчики используются для контроля давления внутри тела, например, в мониторах артериального давления.
В бытовой технике пьезорезистивные приборы могут использоваться в стиральных машинах, кондиционерах и других устройствах, где требуется контроль давления или уровня жидкости.

В целом, пьезорезистивные приборы являются важным средством для измерения давления в различных сферах применения. Благодаря своим преимуществам, они широко используются в различных областях промышленности и науки.

Емкостные приборы

Принцип работы емкостных приборов основан на изменении ёмкости между двумя конденсаторными пластинами под воздействием давления. Между пластинами находится диэлектрик, который может быть в жидком или газообразном состоянии. При увеличении давления происходит сжатие диэлектрика, что приводит к уменьшению расстояния между пластинами и увеличению емкости системы.

Емкостные приборы широко применяются для измерения давления в системах с низким диапазоном измерения, где требуется высокая точность и чувствительность. Они обладают высокой линейностью и стабильностью работы.

Для измерения давления с использованием емкостных приборов применяют методы переменного и постоянного давления. При использовании переменного давления происходит изменение давления на пластины прибора в соответствии с изменением давления среды. При использовании постоянного давления происходит поддержание постоянного давления внутри прибора, при этом взаимное изменение среды и прибора пропорционально измеряемому давлению.

Преимущества	Недостатки
Высокая точность измерений Широкий диапазон измерений Высокая чувствительность Стабильность работы	Высокая стоимость Требуется электронная обработка сигнала

Емкостные приборы являются одним из наиболее точных и чувствительных типов приборов для измерения давления. Они широко применяются в различных областях, таких как медицина, промышленность, наука и техника.

Видео:Принципы измерения давления: абсолютного, избыточного, дифференциального и гидростатического.Скачать

Полупроводниковые приборы

Принцип работы полупроводниковых приборов основан на изменении электрических свойств полупроводникового материала под действием давления. Обычно в полупроводниковых приборах используется диафрагма, которая подвергается механическим деформациям при изменении давления. Это приводит к изменению электрического сопротивления или емкости материала и позволяет измерять давление с высокой точностью.

Преимущества полупроводниковых приборов включают высокую чувствительность к изменениям давления, широкий диапазон измеряемых значений, малые габариты и низкое энергопотребление. Они также обладают низкой чувствительностью к вибрациям и температурным изменениям, что делает их идеальными для использования в сложных условиях и в экстремальных ситуациях.

Примером полупроводниковых приборов для измерения давления являются тензорезисторные и пьезорезисторные датчики давления. Тензорезисторные датчики используют изменение сопротивления полупроводникового материала приложении механического напряжения. Пьезорезисторные датчики, в свою очередь, используют эффект пьезоэлектрического деформирования для измерения давления.

Полупроводниковые датчики давления

Принцип работы полупроводниковых датчиков давления основан на использовании двухслойной мембраны, выполненной из полупроводникового материала. При изменении давления мембрана изгибается, что приводит к изменению электрического сопротивления материала. Это изменение можно измерить и использовать для определения давления.

Полупроводниковые датчики давления обладают множеством преимуществ, таких как компактность, высокая точность, широкий диапазон рабочих температур и долгий срок службы. Они также обладают низким энергопотреблением и могут быть легко интегрированы в различные системы и устройства.

Использование полупроводниковых датчиков давления широко распространено в различных областях, включая промышленность, автомобильную и медицинскую отрасли. Они применяются для измерения давления в системах контроля и управления, а также для мониторинга и диагностики различных процессов и систем.

Важно отметить, что полупроводниковые датчики давления требуют калибровки для обеспечения высокой точности измерений. Калибровка должна проводиться регулярно и в соответствии с рекомендациями производителя.

Полупроводниковые мембранные датчики давления

Основной принцип работы таких датчиков заключается в использовании специально созданной структуры из полупроводникового материала, которая деформируется под действием изменения давления. Деформация мембраны, состоящей из полупроводникового материала, приводит к изменению электрических свойств и, соответственно, к изменению электрического сигнала.

Преимущества полупроводниковых мембранных датчиков давления включают высокую чувствительность, широкий диапазон измеряемых давлений, компактные размеры и невысокую стоимость. Эти датчики обладают хорошей линейностью и стабильностью измерений.

Применение полупроводниковых мембранных датчиков давления находит широкое применение в различных областях, включая автомобильную промышленность, медицину, производство пищевых и напиточных продуктов, а также промышленность в целом.

Основными типами полупроводниковых мембранных датчиков давления являются датчики на основе кремния и датчики на основе полупроводникового соединения с группой IV-VI элементов. Применение различных типов полупроводниковых материалов позволяет достичь оптимальных характеристик датчиков для конкретных задач.