Первичные и вторичные средства измерения давления

Запрос «Тонометр» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

Основные понятия при измерении давления

Единицы измерения.
Под давлением понимают предел отношения
нормальной составляющей силы к площади,
на которую она действует. При равномерном
распределении силы давления на всех
участках площади одинаково.В
этом случае давление определяют по
формуле:

где Р
– давление, F- сила,S-
площадь.

В системе
Си за единицу давления принят Паскаль
(Па) – давление вызываемое силой 1Н,
равномерно распределенной по поверхности
площадью 1 м2( 1 Па= 1Н/м2),

а в
системе единиц МКГСС (метр, килограмм-сила,
секунда) в качестве основной единицы
давления приняты 1 кгс/см2

или
внесистемная единица – техническая
атмосфера 1 ат= 1 кгс/см2=104Па.

К
внесистемным единицам давления, также
допускаемым к применению, относятся
миллиметр ртутного столба (мм рт.ст.),
равный давлению на горизонтальную
поверхность столба ртути высотой 1 мм
при 00С

ускорении
свободного падения 980,665 см/с2,

миллиметр
водного столба (мм вод.ст.), равный
давлению на горизонтальную поверхность
столба воды высотой 1 мм при +40С.

Виды
давления. При измерении давления
необходимо различать абсолютное,
избыточное и атмосферное давление, а
также вакуум.

Абсолютное
давление Ра– параметр состояния
вещества (жидкостей, газов и паров).

Избыточное
давление Ри– разность между абсолютным
давлением Ра и атмосферным давлением
Рб (т.е. давлением окружающей среды).

Ри=Ра-Рб,
если абсолютное давление ниже
атмосферного то

Рв=Рб-Ра,
где

Рв– давление (разряжение), измеряемое
вакуумметром.

В
большинстве случаев первичные
преобразователи давления имеют
неэлектрический выходной сигнал в виде
силы или перемещения и объединены в
один блок с измерительным прибором.
Если результаты измерения необходимо
передать на расстояние, то применяют
промежуточное преобразование этого
неэлектрического сигнала в унифицированный
электрический или пневматический, при
этом первичный и промежуточный
преобразователи объединяют в один
измерительный преобразователь.

Измерение давления необходимо для управления технологическими процессами и обеспечения безопасности производства. Кроме того, этот параметр используется при косвенных измерениях других технологических параметров: уровня, расхода, температуры, плотности и так далее. В Международной системе единиц (СИ) за единицу давления принят Паскаль (Па).

В большинстве случаев первичные преобразователи давления имеют неэлектрический выходной сигнал в виде силы или перемещения и объединены в один блок с измерительным прибором. Если результаты измерений необходимо передавать на расстояние, то применяют промежуточное преобразование этого неэлектрического сигнала в унифицированный электрический или пневматический. При этом первичный и промежуточный преобразователи объединяют в один измерительный преобразователь.

В зависимости от измеряемой среды (ИС) — газ, пар или жидкость используются различные способы отбора давления. Имеются специфические особенности измерения агрессивных, вязких, высокотемпературных, низкотемпературных, «грязных» сред, в воздухопроводах, дымоходах, пылепроводах и т. д.

Для измерения давления используют манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, датчики давления, дифманометры.

В большинстве приборов измеряемое давление преобразуется в деформацию упругих элементов, поэтому они называются деформационными.

Деформационные приборы широко применяют для измерения давления при ведении технологических процессов благодаря простоте устройства, удобству и безопасности в работе. Все деформационные приборы имеют в схеме какой-либо упругий элемент, который деформируется под действием измеряемого давления: трубчатую пружину (трубка Бурдона), мембрану или сильфон.

Также существуют грузопоршневые манометры, в которых ничего не деформруется.

Наибольшее применение получили приборы с трубчатой пружиной. Их выпускают в виде показывающих манометров и вакуумметров c максимальным пределом измерений. В таких приборах с изменением измеряемого давления р трубчатая пружина / изменяет свою кривизну. Её свободный конец через тягу поворачивает зубчатый сектор и находящуюся с ним в зацеплении шестерню. Вместе с шестерней поворачивается закрепленная на ней стрелка, перемещающаяся вдоль шкалы. Для дистанционной передачи показаний выпускают манометры с промежуточными преобразователями с токовым и пневматическим выходом (МП-Э, МП-П), а также с дифференциально-трансформаторными преобразователями (МЭД).

Промышленность выпускает также мембранные дифманометры с промежуточными преобразователями, имеющими унифицированные токовые или пневматические сигналы.

Для преобразования деформации мембраны в унифицированный токовый сигнал применяют также тензорезисторные промежуточные преобразователи, в которых сопротивление резистора изменяется при его растяжении или сжатии. В таких приборах тензорезистор укреплен на жесткой измерительной мембране. Деформация мембраны, пропорциональная приложенному давлению, приводит к деформации тензорезистора и изменению его сопротивления. Это сопротивление преобразуется измерительной схемой, включающей неуравновешенный мост, в выходной сигнал постоянного тока. Так как деформация жесткой мембраны мала, то применяют полупроводниковые кремниевые тензорезисторы, обладающие высокой чувствительностью.

В дифманометрах чувствительным элементом служит блок из двух неупругих мембран, соединенных между собой штоком. Смещение этого штока под действием перепада давлений приводит к изгибу рычага и деформации измерительной мембраны. Мембраны выполнены из коррозионно-стойкого материала, что позволяет использовать дифманометр для измерений в сильноагрессивных средах.

Для измерения давления агрессивных сред применяют датчики, снабженные защитной мембраной, изготовленной из коррозионно-стойкого материала. Измеряемое давление передается к измерительной мембране через силиконовое масло, которым заполнена внутренняя полость датчика.

Промышленные тензорезисторные преобразователи предназначены для преобразования давления, разрежения и разности давлений в пропорциональное значение выходного сигнала — постоянного тока.

Особенности эксплуатации приборов для измерения давления

При эксплуатации приборов, измеряющих давление, часто требуется защита их от агрессивного и теплового воздействия среды.

Если среда химически активна по отношению к материалу прибора, то его защиту производят с помощью разделительных сосудов или мембранных разделителей.

Разделительный сосуд заполняется жидкостью, инертной по отношению к материалу прибора, соединительных трубок и самого сосуда. Кроме того, разделительная жидкость не должна химически взаимодействовать с измеряемой средой или смешиваться с ней. В качестве разделительных жидкостей применяют водные растворы глицерина, этиленгликоль, технические масла и др.

В мембранном разделителе измеряемая среда отделяется от прибора мембраной с малой жесткостью из нержавеющей стали или фторопласта. Для передачи давления от мембраны к прибору полость между ними заполняют жидкостью.

Для предохранения прибора от действия высокой температуры среды применяют сифонные трубки.

Деформационные приборы требуют периодической поверки. В эксплуатационных условиях у них проверяют нулевую и рабочую точки шкалы. Для этого применяют трехходовые краны. При поверке нулевой точки прибор соединяют с атмосферой. Стрелка прибора должна вернуться к нулевой отметке. Поверку прибора в рабочей точке шкалы осуществляют по контрольному манометру, укрепляемому на боковом фланце. При пользовании краном необходимо строго соблюдать плавность включения и выключения прибора.

С помощью трехходового крана можно проводить также продувку соединительной линии.

Измерение давления и разрежения

Во многих технологических процессах давление является одним из основных параметров, определяющих их протекание. К ним относятся: давление в автоклавах и пропарочных камерах, давление воздуха в технологических трубопроводах и т. п.

В системе единиц СИ за единицу давления принято действие силы в 1 Н (ньютон) на площадь 1 м2, т. е. 1 Па (паскаль). Так как эта единица очень мала, для практических измерений применяют килопаскаль (кПа=103 Па) или мегапаскаль (МПа=106 Па). Кроме того, на практике применяют такие единицы давления, как миллиметр водяного или ртутного столба (мм вод. ст., мм рт. ст.), а также кг/см2. При этом 0,1 МПа = = 1 кг/см2 = 104 мм вод. ст.

Приборы, служащие для измерения давления выше атмосферного, называют манометрами, а для измерения давления ниже атмосферного — вакуумметрами. Для измерения малых давлений (до 500 мм вод. ст. или 5 кПа) применяют микроманометры, а для измерения малых разрежений — микровакуумметры. Микроманометры и микровакуумметры называют также тягомерами или на-поромерами.

По принципу действия приборы для измерения давления подразделяют на жидкостные, пружинные, поршневые и электрические.

Жидкостные манометры. Такие приборы широко применяют для измерения малых давлений. Их изготовляют U-образные, чашечные и колокольные. Жидкостные манометры обладают достаточно высокой точностью показаний— в пределах ± 1 деления шкалы.

U-образный манометр представляет собой два сообщающихся сосуда, заполненных рабочей жидкостью (вода, ртуть, глицерин и т. п.). Один из сосудов соединен с пространством, в котором требуется измерить давление, а второй — с атмосферой или с другой точкой, если требуется измерить разность давлений.

Чашечные манометры. Принцип действия приборов это – типа также основан на уравновешивании измеряемого давления (разрежения) гидростатическим напором столба жидкости. При измерении давления полость над чашей соединяйся с измеряемой средой, а трубка соединяется с атмосферой.

Рис. 1. Схемы жидкостных и пружинных приборов для измерения давления и возможные изображения их в схемах

У колокольных манометров давление подводится под колокол, который погружен в жидкость. Колокол поднимается и опускается в зависимости от величины давления.

Колокол связан со стрелкой, которая, перемещаясь по шкале, показывает величину измеряемого давления.

Поплавковые манометры предназначены в основном для измерения равности двух давлений. В промышленности применяют поплавковые дифманометры масляные и ртутные. Такими манометрами измеряют давление и разрежение. Их применяют и в устройствах, измеряющих уровень и расход различных жидкостей и газов.

Пружинные приборы служат для измерения давления жидкостей и газов. Принцип действия пружинных приборов основан на использовании упругой деформации специальных пружин, возникающей под действием измеряемого давления.

К пружинным приборам относятся приборы с одновитковой пружиной, с многовитковой пружиной (геликсом), с гармоникооб-разной сильфонной мембраной (сильфонные манометры), с плоской гофрированной мембраной.

Одновитковая трубчатая пружина — эллиптического или овального сечения, запаяна с одного конца. Другим концом пружина закреплена и соединена со средой, в которой измеряют давление. Под действием давления трубка разгибается и свободный конец ее через поводок 2 поворачивает зубчатый сектор 3 и вместе с ним стрелку.

Пружинные манометры выпускают четырех типов: технические, контрольные, образцовые и манометры для точных измерений. Технические манометры рассчитаны на большой интервал давлений; выпускают их в корпусах, имеющих диаметры от 40 до 400 мм.

Контрольные манометры служат для периодических, более точных замеров давлений, а также для проверки технических манометров непосредственно на месте их установки.

Образцовые манометры применяют для проверки технических и контрольных манометров, а также для измерения давления в лабораторных условиях. Манометры для точных измерений применяют на технологических установках, где необходимо измерить давление среды с повышенной точностью. С одновитковой трубчатой пружиной изготовляют манометры, вакуумметры (нуль шкалы справа), мановакуумметры (нуль посредине). Одновитковые пружинные манометры изготовляют с электрической и пневматической системой передачи показаний на расстояние (преобразователи).

В манометрах с многовитковой трубчатой пружиной (геликсом) рабочим органом служит многовитковая трубчатая пружина. Вследствие большой длины пружины ее свободный конец под действием давления может перемещаться до 15 мм. Большие усилия, развиваемые пружиной, дают возможность перемещать не только указывающие стрелки, но и перья, которые записывают показания автоматически.

Сильфонные манометры применяют для измерения и записи давления. Их используют также в качестве вторичных приборов в сочетании с различными первичными приборами, имеющими пневматические преобразователи, описанные выше.

Как видно из схемы на рис. 1, ж, если сильфон соединить с измеряемым давлением, то оно деформирует сильфон, и при этом переместится стрелка.

Мембранные манометры. Воспринимающая часть такого манометра состоит из мембранной коробки с двумя гифрированными мембранами. Перемещение мембраны под действием давления или разрежения передается на стрелку прибора.

Поршневые (грузовые) манометры. Эти приборы применяют как образцовые для поверки технических и контрольных манометров и градуировки шкалы при изготовлении манометров. Принцип действия их заключается в уравновешивании силы давления измеряемой среды на свободно передвигающийся в цилиндре поршень силой, создаваемой грузом.

Грузопоршневой манометр имеет грузовую и прессовую части. Первая часть состоит из измерительной колонки с поршнем, снабженным устройством для наложения на него грузов; вторая часть — из ствола, в который вставлен пришлифованный к нему поршень, шток которого выполнен в виде винта, имеющего штурвал.

Всю систему каналов, цилиндр и ствол прибора заполняют маслом через воронку, имеющую канал. Этот канал перекрывают игольчатым вентилем.

Поверку манометра 8 можно проводить путем набора грузов или путем поворота штурвала. Величину создаваемого давления можно определить и по образцовому манометру.

В электрических манометрах давление определяется по изменению электрических величин (емкости, сопротивления, силы тока). Электрические манометры в промышленности строительных материалов применения не получили.

По
способу обработки и отображения
измеряемого давления ИПД подразделяют
на первичные (формируют
для дистанционной передачи выходной
сигнал, соответствующий измеряемому
давлению) и вторичные (получают
сигнал от первичных преобразователей,
обрабатывают его, накапливают, отображают
и передают на более высокий уровень
системы). Современная тенденция развития
ИПД заключается в их «интеллектуализации»
на базе микроэлектронной технологии и
микропроцессорной техники, предполагающей
передачу части функций системы управления
вторичным преобразователям, а некоторых
традиционных функций вторичных
преобразователей – первичным. Известны
десятки способов преобразования давления
в электрический сигнал, но только
некоторые из них получили широкое
применение в общепромышленных ИПД. По
принципу действия, или способу
преобразования измеряемого давления
в выходной сигнал, первичные ИПД
подразделяют прежде всего
на деформационные иэлектрические.
В первых деформационные перемещения
УЧЭ (мембраны, сильфона, трубки Бурдона)
трансформируются с помощью дополнительных
промежуточных механизмов и преобразователей
(например, магнитотранзисторного или
оптоэлектронного) в электрический или
электромагнитный сигнал, а во вторых
измеряемое давление, оказывая воздействия
на ЧЭ, изменяет его собственные
электрические параметры: сопротивление,
ёмкость или заряд, которые становятся
мерой этого давления. Подавляющее
большинство современных общепромышленных
ИПД реализованы на основе ёмкостных (используют
УЧЭ в виде конденсатора с переменным
зазором: смещение или прогиб под действием
прилагаемого давления подвижного
электрода-мембраны относительно
неподвижного изменяет ёмкость
УЧЭ), пьезоэлектрических (основаны
на зависимости поляризованного заряда
или резонансной частоты пьезокристаллов:
кварца, турмалина и других – от давления)
или тензорезисторных (используют
зависимость активного сопротивления
проводника или полупроводника от степени
его деформации) принципах. В последние
годы получили развитие и другие принципы
создания ИПД: волоконно_оптические,
гальваномагнитные, объемного сжатия,
акустические, диффузионные и т.д.

На
сегодняшний день самыми популярными в
СНГ являются тензорезисторные ИПД.
Тензорезисторные чувствительные
элементы ТРЧЭ (в переводной литературе
их иногда называют пьезорезисторными,
не надо путать с пьезоэлектрическими)
представляют собой металлическую и/или
диэлектрическую измерительную мембрану,
на которой размещаются тензорезисторы
(чаще всего в виде уравновешенного
измерительного моста) с контактными
площадками для проводного подключения
к внутренней или внешней электроизмерительной
схеме – электронному блоку обработки.
Деформация мембраны под воздействием
внешнего давления Р приводит к локальным
деформациям тензорезисторного моста
и его разбалансу – изменению сопротивления,
которое измеряется электронным блоком
(рис. 1.5).

Рисунок
1.5 – Структурная схема первичного
тензорезисторного ИПД

Тензорезисторы
(ТР) выполняются как из металла
(проволочные, фольговые или пленочные),
так и из полупроводника (поликристаллические
из порошкообразного полупроводника и
монокристаллические из кристалла
кремния). Поскольку чувствительность
полупроводниковых ТР в десятки раз
выше, чем у металлических, и, кроме того,
интегральная технология позволяет в
одном кристалле кремния формировать
одновременно как тензорезисторы, так
и микроэлектронный блок обработки, то
в последние годы получили преимущественное
развитие интегральные полупроводниковые
ТРЧЭ. Такие элементы реализуются либо
по технологии диффузионных резисторов
с изоляцией их от проводящей кремниевой
подложки p-n переходами – технология
«кремний на кремнии», либо по
гетероэпитаксиальной технологии
«кремний на диэлектрике» на стеклокерамике,
кварце или сапфире. Для ТРЧЭ, особенно
полупроводниковых, существенно влияние
температуры на упругие и электрические
характеристики ТР, что требует применения
специальных схем температурной
компенсации погрешностей (в частности,
с этой целью в расширенной схеме
тензомоста используются компенсационные
резисторы и терморезисторы). Особенно
широкое применение в изготовлении
общепромышленных ИПД в силу своих
высоких механических, изолирующих и
теплоустойчивых качеств получила
технология КНС – «кремний на сапфире».

ИПД
различаются, кроме того, по видам
измеряемого давления, используемым
единицам измерения и ряду основных
технических параметров (ГОСТ 22520-85):
диапазону измеряемого давления
(выбирается для каждой модели из
стандартного ряда давлений), пределу
основной допускаемой погрешности
(определяется при нормальной температуре
+25°С от верхнего предела диапазона
измерения и включает в себя, как правило,
погрешности от гистерезиса ЧЭ, его
линейности и воспроизводимости
результатов измерения), пределу
дополнительной температурной погрешности
(этот предел задается от изменения
температуры относительно нормальной
на каждые 10 или 28°С или на весь температурный
диапазон работы), допустимому рабочему
диапазону температур окружающей среды
(иногда дополнительно указывают
допустимый диапазон температур
технологического процесса или измеряемой
среды и корпуса прибора), динамическому
диапазону измерения давлений (отношению
максимального значения измеряемого
давления к минимальному), стабильности
метрологических характеристик во
времени (как процент от верхнего предела
диапазона измерения в течение 6 или 12
месяцев), устойчивости к вибрациям,
защите от высокочастотных помех,
климатическим и взрывозащищенным
исполнениям (ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 14254-96),
требованиям к источнику питания и по
другим параметрам.

Деформационные приборы

В большинстве приборов измеряемое
давление преобразуется в деформацию
упругих элементов. Поэтому они называются
деформационными. Виды упругих элементов:
трубчатая пружина, мембрана или сильфон.

Приборы с трубчатой пружиной. Наиболее
распространенным видом приборов для
измерения давления являются пружинные
манометры. Ими охватывается диапазон
измерения

от 100 Па до 1 000 МПа. Погрешность пружинных
манометров составляет от +- 0,16 до 4 % (в
процентах от верхнего предела измерений).
Чувствительным элементом в них являются
одно- или многовитковые трубчатые
пружины овального или эллиптического
сечения. Для давлений до 1,5-2 МПа
используются пружины из медных сплавов,
для более высоких давлений применя-ется
сталь. Чувствительный элемент связан
механически с измерительным устройством
и вместе с ним находится в общем корпусе.

Манометр с одновитковой трубчатой
пружиной (рис. 2) состоит из упругого
чувствительного элемента и измерительного
механизма.

Чувствительный элемент – одновитковая
трубчатая пружина 1 представляет собой
полую трубку, согнутую по окружности.
Один конец пружины впаян в основание 8
прибора. На этом же основании установлена
плата 7 со смонтированным на ней
измерительным механизмом со стрелкой
2. Корпус 9 манометра крепится к основанию,
измеряемая среда подводится во внутреннюю
полость пружины через ниппель 13.

Под давлением измеряемой среды трубчатая
пружина стремится выпрямиться, ее
свободный конец отклоняется и через
тягу 4 поворачивает трубку 5, а вместе с
ней и стрелку 2 на угол, пропорциональный
давлению. Спиральная пружина 6 одним
концом прикреплена к неподвижной точке
основания механизма, а другим – к оси
трибки. Натяжение волоска пружины
устраняет влияние зазоров в зубчатом
сцеплении и шарнирных соединениях
механизма.

Хвостовик зубчатого сектора имеет
продольную прорезь, в которой с помощью
винта крепится конец тяги 4. Перемещением
вдоль прорези конца тяги можно регулировать
угол поворота показывающей стрелки.

Многовитковая пружина 2 представляет
собой полую трубку с пятью-семью витками,
расположенными по винтовой линии.
Пружина одним концом А неподвижно
закреплена в корпусе прибора и через
капиллярную трубку 1 соединяется с
измеряемой средой. Второй свободный
конец Б пружины наглухо закрыт и через
втулку 3 соединен с осью 4.

Многовитковая трубчатая пружина длиннее
одновитковой, поэтому ее свободный
конец при том же давлении перемещается
значительно больше. Под действием
давления пружина, раскручиваясь,
поворачивает ось и сидящий на ней рычаг
5 с кареткой 6. Поворот рычага и каретки
передается через тягу 7 поводку 9 и
мостику 10. С мостиком жестко связан
держатель пера 8. С изменением давления
перо движется по диаграммной бумаге 11
и записывает давление. Диаграммную
бумагу перемещает часовой механизм или
электронный синхронный двигатель.

Манометры с многовитковой пружиной
применяют главным образом как самопишущие
приборы. Их используют также для
дистанционной передачи показаний на
расстояние. В этом случае манометр
встраивают в электрическое или
пневматическое передающее устройство.

Соседние файлы в папке Подг к экзаменам

Измерение артериального давленияПравить

1 — манжета,2 — головка стетоскопа

См. также: Правила измерения артериального давления
См. также: Метод Короткова

Наиболее точные показания артериального давления дают измерения на крупных артериях: плечевой или бедренной. В основном, измерения производят на плечевой артерии.

Сфигмоманометры подлежат периодической поверке на точность измерения. Поверка обязательна для сфигмоманометров, использующихся в медицине. В России, для проверки тонометров разработан стандарт Р 50.2.032-2004 «ГСИ. Измерители артериального давления неинвазивные. Методика поверки».

Стандартным местом измерения артериального давления является плечо. Манжету располагают так, чтобы место выхода шлангов, идущих от манжеты (шланги находятся посередине длины пневмокамеры), располагалось в районе внутренней части локтевого сгиба. Нижний край манжеты должен быть выше локтевого сгиба примерно на 2—3 см. Головку стетоскопа прикладывают к области локтевой ямки, заводя её часть под манжету.

Принципы реализацииПравить

Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент — приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных над конструкции корпусных деталей, в том числе для герметичного соединения датчика с объектом и защиты от внешних воздействий и устройства вывода информационного сигнала. Основными отличиями одних приборов от других являются пределы измерений, динамические и частотные диапазоны, точность регистрации давления, допустимые условия эксплуатации, массогабаритные характеристики, которые зависят от принципа преобразования давления в электрический сигнал: тензометрический, пьезорезистивный, ёмкостный, индуктивный, резонансный, ионизационный, пьезоэлектрический и другие.

Чувствительные элементы датчиков базируются на принципе изменения сопротивления при деформации тензорезисторов, приклеенных к упругому элементу, который деформируется под действием давления.

Основан на интегральных чувствительных элементах из монокристаллического кремния. Кремниевые преобразователи имеют высокую чувствительность благодаря изменению удельного объемного сопротивления полупроводника при деформировании давлением.

Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются так называемые Low cost — решения, основанные на использовании чувствительных элементов либо без защиты, либо с защитой силиконовым гелем.

Для измерения агрессивных сред и большинства промышленных применений используется преобразователь давления в герметичном металло-стеклянном корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды посредством кремнийорганической жидкости.

“Сердцем” датчика давления является ёмкостная ячейка. Ёмкостный метод основан на зависимости изменения электрической ёмкости между обкладками конденсатора и измерительной мембраны от подаваемого давления. Основным преимуществом ёмкостного метода является защита от перегрузок (изм. мембрана при перегрузке ложится на стенки «обкладки» конденсатора, длительное время не подвергаясь деформации, при снятии перегрузки мембрана восстанавливает исходную форму, при этом дополнительная калибровка сенсора не требуется), также обеспечивается высокая стабильность метрологических характеристик, уменьшение влияния температурной погрешности за счет малого объема заполняющей жидкости непосредственно в ячейке.

В основе метода лежит изменение резонансной частоты колеблющегося упругого элемента при деформировании его силой или давлением. Это и объясняет высокую стабильность датчиков и высокие выходные характеристики прибора.

К недостаткам можно отнести индивидуальную характеристику преобразования давления, значительное время отклика, невозможность проводить измерения в агрессивных средах без потери точности показаний прибора.

Основан на регистрации вихревых токов (токов Фуко). Чувствительный элемент состоит из двух катушек, изолированных между собой металлическим экраном. Преобразователь измеряет смещение мембраны при отсутствии механического контакта. В катушках генерируется электрический сигнал переменного тока таким образом, что заряд и разряд катушек происходит через одинаковые промежутки времени. При отклонении мембраны создается ток в фиксированной основной катушке, что приводит к изменению индуктивности системы. Смещение характеристик основной катушки дает возможность преобразовать давление в стандартизованный сигнал, по своим параметрам прямо пропорциональный приложенному давлению.

В основе лежит принцип регистрации потока ионизированных частиц. Аналогом являются ламповые диоды.

Лампа оснащена двумя электродами: катодом и анодом, — а также нагревателем. В некоторых лампах последний отсутствует, что связано с использованием более совершенных материалов для электродов.

Преимуществом таких ламп является возможность регистрировать низкое давление — вплоть до глубокого вакуума с высокой точностью. Однако следует строго учитывать, что подобные приборы нельзя эксплуатировать, если давление в камере близко к атмосферному. Поэтому подобные преобразователи необходимо сочетать с другими датчиками давления, например, емкостными. Зависимость сигнала от давления является логарифмической.

В основе лежит прямой пьезоэлектрический эффект, при котором пьезоэлемент генерирует электрический сигнал, пропорциональный действующей на него силе или давлению. Пьезоэлектрические датчики используются для измерения быстроменяющихся акустических и импульсных давлений, обладают широкими динамическими и частотными диапазонами, имеют малую массу и габариты, высокую надежность и могут использоваться в жестких условиях эксплуатации.

КлассификацияПравить

Датчики давления можно классифицировать по диапазонам измеряемого давления, диапазону рабочих температур и, что наиболее важно, по типу измеряемого давления. Датчики давления называются по-разному в зависимости от их назначения, но одна и та же реализация может использоваться под разными названиями.

Датчик абсолютного давления

Этот датчик измеряет давление относительно атмосферного давления. Манометр в автомобильных шинах является примером измерения избыточного давления; когда он показывает ноль, тогда давление, которое он измеряет, такое же, как давление окружающей среды. Большинство датчиков для измерения давления до 50 бар изготавливаются таким образом, поскольку в противном случае колебания атмосферного давления (погода) отражаются как погрешность в результате измерения.

Датчик вакуумного давления

Этот термин может вызвать путаницу. Его можно использовать для описания датчика, который измеряет давление только ниже атмосферного, показывая разницу между этим низким давлением и атмосферным давлением, но его также можно использовать для описания датчика, который измеряет абсолютное давление относительно вакуума.

Датчик перепада давления (Датчик дифференциального давления)

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 1 мая 2019 года; проверки требуют 16 правок.

Датчик давления — устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газа, пара). В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический, электрический цифровой код или сигналы.

1) жидкостные
(основанные на уравновешивании давления
столбом жидкости);

2) поршневые
(измеряемое давление уравновешивается
внешней силой, действующей на поршень);

3) пружинные
(давление измеряется по величине
деформации упругого элемента);

4) электрические
(основанные на преобразовании давления
в какую-либо электрическую величину).

Виды и конструкцияПравить

Ртутный тонометр, производства завода Красногвардеец, СССР 1962 год.

Существует три вида сфигмоманометров: ртутный, механический (анероидный), автоматический и полуавтоматический.

Ртутный — исторически первый вид сфигмоманометра, дающий наиболее точные показания за счёт своей простоты: давление измеряется столбиком ртути, перемещающимся в вертикально расположенной стеклянной трубке. Именно поэтому, по традиции, артериальное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба, как это и было изначально, а не в современных единицах измерения давления килопаскалях (кПа). В настоящее время ртутные тонометры практически не используются.

Цифровая шкала механического тонометра. Диапазон измерений: 20—300 мм рт. ст. Цена деления шкалы: 2 мм рт. ст.

Механический — следующий в истории развития вид сфигмоманометра, который ещё называют анероидным, то есть не имеющим жидкости (как противопоставление ртутному тонометру).

Ртутный и механический тонометры сами не определяют уровень артериального давления, они лишь показывают уровень давления воздуха в манжете. Артериальное давление определяет человек по звуковому методу Короткова при помощи стетоскопа. Во время плавного спускания воздуха из манжеты над пережатой артерией появляются, а затем исчезают звуки пульсации, называемые тонами Короткова. Показание манометра в момент появления тонов означает уровень систолического АД, показание в момент исчезновения тонов — уровень диастолического АД.

• Тонометр с двумя шлангами. Груша соединена с манометром через манжету
• Тонометр с двумя шлангами. Груша соединена с манометром напрямую

Автоматический и полуавтоматический

Табло электронного тонометра. Сверху вниз: систолическое давление, диастолическое давление, частота пульса

Автоматический и полуавтоматический электронные тонометры определяют давление без участия человека за счёт улавливания кратковременных скачков давления в манжете, происходящих в момент пульсации артерии (расширения артерии во время прохождения по ней пульсовой волны). Такой метод автоматического измерения давления называют осциллометрическим.

Автоматические тонометры бывают двух видов: для измерения на плече и запястье. В медицинской практике измерение давления на запястье (лучевой артерии) не используется по причине более низкой точности измерений. Это связано не только с возможными сердечно-сосудистыми заболеваниями, но и с нормальными анатомо-физиологическими особенностями организма. В области лучезапястного сустава артерии тоньше, поэтому амплитуда пульсовой волны ниже. Запястный тонометр не подходит тем людям, у которых пульс прощупывается слабо, а также для людей старше 40 и тем более пожилых (старше 60), так как стенки артерий уже не такие эластичные, как в молодом возрасте: происходит склерозирование (затвердевание) сосудов, поэтому они начинают плохо поддаваться воздействию пульсовой волны. Как следствие — прибор может не определить или неточно определить скачок давления в манжете, происходящий из-за растяжения артерии.

Манжета (рукав) — тканевая оболочка со вшитой внутрь пневмокамерой, надеваемая на плечо, бедро или запястье пациента.

Размер манжеты указывается двумя числами, означающими минимальную и максимальную длину окружности (обхвата) конечности у пациента, например 24—32 см. Манжета будет подходящей для того человека, у которого длина обхвата, измеренная на середине конечности, входит в диапазон, ограниченный этими двумя числами.

Таким образом, минимальное число в размере манжеты является решающим показателем при её выборе. Из нескольких подходящих манжет предпочтение следует отдать той, минимальный размер которой будет наиболее приближен к длине окружности конечности. Например: длина окружности плеча составляет 30 см, есть две манжеты с размерами 22—32 см и 25—36 см — из этих двух манжет наиболее подходящей будет с размером 25—36 см.

Стрелками указаны границы, в пределах которых должен находиться начальный край манжеты (на фото слева, по англ. ). Размер манжеты составляет 25—40 см от начального края до ближней и дальней границы

Не следует путать размер манжеты, означающий диапазон длины окружности конечности, с размером, означающим длину и ширину самого тканевого рукава: в первом случае размер указывается через тире, например 22 — 32 см, во втором — через букву икс, например 54 х 14 см.

Манжеты могут иметь металлическую скобу для удобства её затягивания на плече при самостоятельном измерении давления.

Шланги осуществляют передачу воздуха между нагнетателем воздуха, пневмокамерой манжеты и манометром. У механических тонометров, в зависимости от конструкции, бывает один или два шланга. Полуавтоматические тонометры имеют два шланга, автоматические — один. У автоматических запястных тонометров вообще нет шлангов, так как измерительный прибор соединён с манжетой напрямую.

Нагнетание воздуха в ртутных, механических и полуавтоматических тонометрах производится вручную при помощи резиновой груши или отдельного воздушного насоса а также от отдельно стоящего стационарного компрессора, в автоматических — встроенным в корпус тонометра электрическим пневмокомпрессором. Воздух из манжеты стравливается ручным (соединён с грушей) или автоматическим клапаном спуска.

Для измерения давления по методу Короткова используют простейший стетоскоп с односторонней головкой с мембраной.

• Советский энциклопедический словарь / Гл. ред. А.М. Прохоров. — 4-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — 1600 с.
• . Дата обращения: 10 июля 2015. Архивировано 12 июля 2015 года.
• Правила измерения артериального давления из Приказа Минздрава № 4 от 24 января 2003 г. «О мерах по совершенствованию организации медицинской помощи больным с артериальной гипертонией в Российской Федерации». Приложение № 2
• СМАД: точность измерения АД Архивная копия от 12 июля 2021 на Wayback Machine. Новая медицинская энциклопедия. Проверено 26 марта 2019
• ↑ 1 2 3 4 ГОСТ 31515.1—2012 (EN 1060-1:1996, MOD). Сфигмоманометры (измерители артериального давления) неинвазивные. Часть 1. Общие требования.
• Мухин Н.А., Моисеев В.С. Основы клинической диагностики внутренних болезней. — М.: Медицина, 1997. — С. 156. — 464 с.

Отличие от манометраПравить

В отличие от датчика давления, манометр — прибор, предназначенный для измерения (а не просто преобразования) давления. В манометре от давления зависят показания прибора, которые могут быть считаны с его шкалы, дисплея или аналогичного устройства.

1 Классификация приборов для измерения давления

Под
давлением в общем случае понимают предел
отношения нормальной составляющей
усилия к площади, на которую действует
усилие.

В
зависимости от природы контролируемого
процесса нас интересует абсолютное
давление Ра
или избыточное Ри.
При измерении Ра
за начало отсчета принимается нулевое
давление, которое можно себе представить
как давление внутри сосуда после полной
откачки воздуха. Естественно, достигнуть
Ра
= 0 невозможно.

Барометрическое
давление Рбар
– давление,
оказываемое атмосферой на все находящиеся
в ней предметы.

Избыточное
давление представляет собой разность
между абсолютным и барометрическим
давлениями:

и
= Ра
– Рбар

Если Рабс
< Рбар,
то Ри
называется давлением разряжения.

Классификация
приборов для измерения давления:

3 Чашечные манометры и дифманометры

Чашечный
(однотрубный) манометр является
разновидностью U-образного
трубного манометра (см. рис. 2.10), у которого
одна из трубок заменена сосудом большого
диаметра (чашкой). Измеряется давление
Ра,
действующее на жидкость в широком
сосуде, а открытый конец трубки совмещен
с атмосферой.

Р = 
g
(h
+ H).

Чашечные и трубные
манометры применяются для тарировки и
поверки рабочих приборов, реже – в
качестве рабочих приборов.

Ртутный сфигмоманометр Рива-Роччи

Первые автоматические тонометры производились в Японии и Южной Корее. В России производство полностью автоматических тонометров началось в 1993 г. на совместном предприятии «Медтехника-Интермед» в городе Магнитогорске из импортных комплектующих фирмы Sein Electronics. Производимые тонометры были громоздки, технологически далеки от совершенства и стоили более 500 долларов США.

Появлению полностью автоматических тонометров предшествовала разработка тонометров-полуавтоматов, в которых нагнетание воздуха в манжету осуществляется вручную, а «слышит» и обрабатывает звуковую информацию встроенное в корпус прибора электронное устройство. Такие тонометры отличаются меньшей потребляемой мощностью по сравнению с полностью автоматическими, поскольку не содержат электродвигателей.

Регистрация сигналов датчиков давленияПравить

Сигналы с датчиков давления могут быть как медленноменяющимися, так и быстропеременными. В первом случае их спектр лежит в области низких частот. Для того, чтобы с высокой точностью оцифровать такой сигнал, необходимо подавить высокочастотную часть спектра, полностью состоящую из помех. Это особенно актуально в промышленных условиях.

Специально для ввода медленноменяющихся сигналов используются интегрирующие АЦП. Они проводят измерение не мгновенного значения сигнала (которое изменяется под действием помех), а интегрируют сигнальную функцию за заданный промежуток времени, который заведомо меньше постоянной времени процессов, происходящих в контролируемой среде, но заведомо больше периода самой низкочастотной помехи.
Интегрирующие АЦП выпускают многие зарубежные фирмы (Texas Instruments, Analog Devices и др).

Для измерения переменных давлений применяют датчики с аналоговым выходным сигналом, например, 0—20, 4—20 мА и 0—5, 0,4—2 В.

Пьезоэлектрические датчики применяются для измерения быстропеременных процессов в диапазоне частот от единиц Гц до сотен кГц.

Статьи по теме

1) манометры
(измерение избыточного давления);

2) вакуумметры
(измерение давления разряжения);

3) мановакуумметры
(измерение как избыточного давления,
так и давления разряжения);

4) напорометры (для
измерения малых избыточных давлений);

5) тягомеры (для
измерения малых давлений разряжения);

7) дифманометры
(для измерения разности давлений);

8) барометры (для
измерения барометрического давления).

5 Пружинные манометры

Состоят из трубчатой
пружины 1 с поводком, зубчатого сектора
3 и шестерни 4 с прикрепленной к ней
стрелкой 2.

При увеличении
давления трубчатая пружина стремится
разогнуться, в результате чего она через
поводок начинает воздействовать на
зубчатый сектор, отклоняя стрелку.

2 Жидкостные манометры

Широко
применяются в качестве образцовых
приборов для лабораторных и технических
измерений. В качестве рабочей жидкости
используется спирт, вода, ртуть, масла.

Двухтрубный
манометр представляет собой U-образную
трубку, заполненную затворной жидкостью.

Давление в каждой
трубке связано с уровнями как

где h1
и h2
– уровни в трубках.

Тогда
о разности давлений Р
= Р1
– Р2
можно судить по разности уровней h
= h1
– h2:

4 Микроманометры

= L.sin()
– высота поднятия уровня жидкости в
узкой трубке,

P
= .g.h
– измеренное давление.

ЛитератураПравить

• Датчики теплофизических и механических параметров: Справочник в трех томах. Т.1/ Под общ. ред. Ю.Н. Коптева, М.:ИПРЖР, 1999 –548 с.
• Проектирование датчиков для измерения механических величин/ Под общ. ред. Е.П. Осадчего. – М.: Машиностроение. 1979. -480 с.