Пневмолектричні перетворювачі відносяться до міжгілкових перетворювачів і призначені для пропорційного претворення уніфікованого пневматичного сигналу 20... 100 кПа в аналоговий сигнал 0...5 мА. Принцип їх дії грунтується на електросиловій компенсації зусиль, викликаній дією пневматичного сигналу.
Варіант виконання пневмоелектричного перетворювача приведений на рис.1,а.
Пневмоелектричний перетворювач складається із манометричного чутливого елемента (трубчастої одновиткової пружини 1). Під діє тиску Рвх остання деформується (розкручується), що спричиняє пропорційне лінійне переміщення її вільного кінця у відповідністю із залежністю (10) (розділ 2.3). Далі це переміщення передається через пружину 6 на точку «а» вежеля 3 із магнітом’ягкого матеріалу, який може прокручуватись відносно опори 0. При збільшенні тиску важель 3 другим кінцем наближається до котушки L і викликає зміну (збільшення) її індуктивності, а відповідно, і зменшенню власної резонансної частоти коливального контуру «L - С», підключеного до входу електронного підсилювача ЕП. Зміна резонансної частоти контуру перетворюється в ЕП в струм Івих = 0...5 мА, який надходить у лінію зв’язку дистанційної передачі й далі - на вторинний прилад ВП. Одночасно Івих проходить через витки котушки зворотного зв’язку 4 і взаємодіє з магнітним полем постійного магніту 5. Виникає компенсувальне зусилля зворотного зв’язку Рзз = к Івих, де к - постійний коефіцієнт для даної конструкції. Зусилля Рзз утворює обертальний момент Мзз = Рзз * l 0б, де l 0б - плече дії сили Рзз відносно опори 0. В протилежному напрямку діє вимірювальний момент Мв, утворюваний вимірювальним зусиллям розкручування пружини Рв = f(Рвх), причому Мв = Рв * l а0, де l а0 — плече дії сили Рв відносно опори 0. У стані компенсації Мв = Мзз і рух важеля 3 припиняється. Поточному значенню тиску Рвх відповідатиме певне значення вихідного струму Івих, тобто Івих = f (Рвх). Встановлення діапазону вимірювань здійснюється за допомогою гвинта 2 (нижча межа) і переміщенням опори 0 важеля 3 (верхня межа). Клас точності перетворювача - 1,0.
3.6. Вагопоршневі манометри.
В них тиск зрівноважується тиском, який утворюється в циліндрі, що
заповнений робочою рідиною, мірними вагами (гирями) та вагою не
ущільненого поршня (рис.6,а), тобто, поршня 1, який входить в циліндр 2 з рівномірним по колу і невеликим по величині (<0,01мм) зазором. Будучи оточеним робочою рідиною (мастилом), що протікає через цей зазор, і зовсім не
доторкуючись до внутрішньої поверхні циліндру, поршень знаходиться в рідині
у зваженому стані.
Рівняння рівноваги сил найпростішого поршневого манометра (рис.6,а)
має вигляд: G = Т + Р ּ F, (1) де G - сила, що прикладена до поршня; Р - вимірюваний тиск; F – площа поперечного перерізу поршня; Т - сила рідинного тертя до бокової поверхні поршня.
Після перетворення (почленного ділення на Р) одержимо:
Р = G /(F + Т / P) = G / Fеф = k ּ G, (2)
де k=1 / Fеф; Fеф = F+ Т / Р - ефективна площа поршня.
Теоретичні й експериментальні дослідження показали, що сила рідинного тертя Т пропорційна тискові Р, тобто Т / Р = соnst. Тому Fеф не залежить від тиску, з чого випливає, що вимірюваний тиск прямо пропорційний силі, яка зрівноважує його.
а) б)
Рис.6. Схеми: а) - не ущільненого поршня та б ) - манометра типу МП-2,5
Найбільш часто вимірюваний тиск зрівноважують вагою зовнішнього
навантаження (набір дисків-важок). Рівняння вимірювання цих манометрів має вигляд: Р = (m ּ g)/ Fеф, (3)
де m - маса поршня та навантаження на нього; g -прискорення падіння.
Таким чином утворюють тиск рідини в циліндрі до тисяч атмосфер. При цьому зберігається гідростатичний принцип дії приладу. Рівномірність заповненого рідиною кільцевого зазору, що оточує поршень, досягається повільним (30об/хв.) повертанням поршня 3 з важками 1 навколо своєї осі (рис.6,б). Так як рідина має певну в’язкість, то при обертанні утворюється зусилля, яке відштовхує поршень від стінок циліндру (ефект віджимання).
Завдяки нестисливості використовуваної робочої рідини поршневі
вимірювачі тиску мають дуже високий клас точності (0,02; 0,05), тому їх широко використовують для перевірення манометрів і вакуумметрів (зокрема, й зразкових), а також дифманометрів (рис. 6,б).
Відповідно із стандартом випускаються манометри вагопоршневі 1-го розряду з допустимою основною приведеною похибкою 0,02% від вимірюваного тиску, якщо він лежить в межах від 10 до 100% верхньої межі
вимірювання. Відповідно для другого розряду ця ж похибка дорівнює 0,05%.
Типи вагопоршневих манометрів: наприклад, МП-2,5 (рис.6,б) з верхньою
межею вимірювання 0,25 МПа (2,5 кгс/см2); ■ МП-60 з діапазоном вимірювання від 1 до 6 МПа (від 1 до 60 кгс/см2). Їх класи точності відповідно 0,02 та 0,05. Вони використовуються в якості лабораторних приладів, що відтворюють міру тиску, при перевіренні робочих манометрів.
