Классификация средств измерения. Параметрические преобразователи (потенциометрические, тензометрические, индуктивные, вибрационно-частотные методы преобразования).

 

Большое распространение в практике испытаний ЖРД нашли потенциометрические (реостатные) преобразователи давления типа ДТ, МД, МДД, ДТМ и другие. Несмотря на некоторые конструктивные отличия, принцип их работы аналогичен и основан на преобразовании изменения измеряемого давления в перемещение упругого чувствительного элемента (сильфона, мембраны и т. п.), связанного с ползунком реостата. Типовая функциональная схема потенциометрического преобразователя давления приведена на рис. 3.7. Измеряемое давление р через демпфер 6, защищающий преобразователь от повышенных пульсаций, передается на мембрану 1, являющуюся чувствительным элементом. Ее деформация под действием давления через механическую систему, включающую шток 2 и рычаг 3, передается на щеткодержатель 4, при этом контакт 5 меняет свое положение на реостате(Реостат – это прибор, служащий для регулирования (ограничения) тока или напряжения в электрической цепи.).

 

Рис. 3.7. Схема потенциометрического преобразователя давления

 

 

Из существующих преобразователей давления потенциометрические наиболее просты по своей электрической схеме, не требуют последующего усиления сигнала или его преобразования. Выходной сигнал потенциометрического датчика, изменяющийся в соответствии с изменением относительного сопротивления dR/R, при перемещении ползунка реостата представляет собой изменение напряжения постоянного тока от =0 до =6 - 15В, в зависимости от подведенного к реостату напряжения питания Диапазоны измерения охватывают давления от долей паскаля (преобразователь типа МДД) до десятков мегапаскалей (преобразователи типа МД, ДТ). Потенциометрические преобразователи обеспечивают сравнительно высокую точность измерения установившихся процессов с погрешностью ±0,8% (преобразователи типа ДТМ и ДТ); ±1,5... ±3% (преобразователи типа МДД и МД). Такие точности достигаются при обеспечении достаточно надежной защиты потенциометрических преобразователей давления от действия дестабилизирующих факторов, таких, как высокая температура измеряемой среды, вибрационные и ударные нагрузки, пульсации давления.

Рис. 3.8. Схема установки преобразователя давления на двигателе

 

Типовая схема установки преобразователя 4 на двигателе 1 приведена на рис. 3.8. Трубопровод 2 выполняет функции защиты чувствительного элемента преобразователя от температурных воздействий и его изоляции от вибрационных нагружений. Гидравлический демпфер 3 защищает чувствительный элемент от пульсаций давления. Обычно он выполняется в виде сосредоточенного гидравлического дросселя или вставки из пористого материала. Высокой эффективностью по защите чувствительного элемента от воздействия пульсаций обладают трубопроводы с небольшим внутренним диаметром. В качестве амортизаторов 5 может применяться различный упругий материал, но наилучшими эксплуатационными качествами и эффективностью обладают амортизаторы, изготовленные из металлорезины.

Среди многих существующих схем быстродействующих преобразователей давления в практике испытаний ЖРД наибольшее распространение получили индуктивные и тензометрические преобразователи. Принцип работы индуктивных преобразователей основан на изменении магнитного сопротивления переменного зазора в зависимости от усилия Р, действующего на мембрану (рис. 3.11). Рабочим диапазоном преобразователя считаются пределы изменения давлений, при которых мембрана работает в области упругих деформаций, а магнитная система не входит в насыщение.

 

Рис. 3.11. Принципиальная схема индуктивного преобразователя давления

 

На рис. 3.12 приведена конструктивная схема индуктивного преобразователя ДД-10. Преобразователи этого типа позволяют проводить измерение давлений до 0,5—30 МПа. Собственная частота колебаний мембраны 1 составляет примерно 20 кГц.

 

 

Рис. 3.12. Индуктивный преобразователь давления ДД-10:

1—мембрана; 2—рабочая катушка; 3—компенсационная катушка;

4—компенсационная муфта; 5—штепсельный разъем

 

Электрическая схема преобразователя выполнена в виде полумоста с двумя катушками — рабочей 2 и компенсационной 3, последняя позволяет уменьшить температурную погрешность. Питание схемы осуществляется напряжением с несущей частотой 10 кГц. Дальнейшее ее увеличение ограничивается повышением гистерезиса в материале сердечника. Указанная несущая частота обеспечивает возможность измерения давления в частотном диапазоне до 1000 Гц. При этом гистерезис тарировочной характеристики ме­нее 2%. Полная температурная компенсация обеспечивается при изменении температуры в пределах ±50° С.

Такой же принцип преобразования давления используется в других индуктивных приборах типа ДДИ-20, ДДИ-21, ДИ. От преобразователя ДД-Т0 они отличаются, в основном, конструктивным оформлением и параметрами электрической схемы.

j 1

Рис. 3.13. Конструкция 'проволочных тензометрических преобразователей i давления:

1—проволока; 2—подложка из бумаги или лаковой пленки; 3—покрытие из бумаги, фетра или лака; 4—выводы

 

Принцип работы тензометрических преобразователей давления основан на преобразовании механической деформации растяжения или сжатия упругих элементов в изменение омического сопротивления проволочных тензометров, установленных на них. Конструктивно тензометры обычно выполняются в виде двух тонких эластичных пластин из изоляционного материала, между которыми расположен проволочный тензочувствительный элемент (рис. 3.13), Размер А называется базой тензометра, которая в зависимости от конструкции преобразователя составляет от 1,5 до 100 мм; номинальное сопротивление—от 10 до 1000 Ом. Основным характерным параметром 'тензометра является тензочувствительность, определяемая выражением

где R и —-омическое сопротивление и длина проводника; и —величина изменения омического сопротивления и длины про­водника при деформации; — механическое напряжение в материале; Е —модуль упругости материала тензометра.

Величина тензочувствительности для проволочных металлических тензометров лежит в пределах = 2...6. Наибольшее распространение в качестве материала для тензометров получил константан =2). Тензометры крепятся к чувствительным элементам преобразователей давления с помощью клея или точечной сварки. Электрически они обычно объединяются в дифференциальную мостовую схему (рис. 3.14), что позволяет увеличить их чувствительность. Питание схемы может быть осуществлено как постоянным, так и переменным током.

Рис. 3.14. Мостовая схе­ма включения тензоэлементов

 

 

На рис. 3.15 приведены конструктивные схемы тензометрических преобразо­вателей типа ДДТ—а и ДДТА—б. Пре­образователь ДДТ предназначен для измерения давлений до 16 МПа в температурном диапазоне—176...+140°С с погрешностью не выше ±3% . Тензометрический преобразователь ДДТА имеет систему водяного охлаждения узла чувствительного элемента, что позволяет измерять давления с температурой рабочего тела до 2500—3000°С. Высокая вибростойкость тензометрических преобразователей давления позволяет устанавливать их непосредственно на узел двигателя, исключая тем самым динамические искажения в соединительных трубопроводах. Как индуктивные, так и тензометрические преобразователи используются для определения параметров быстропеременных процессов на запуске и выключении двигателя, параметров колебаний давлений при ра­боте на установившемся режиме.

 

Рис. 3.15. Конструктивные схемы тензометрических преобразователей давления: