Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №3

На рис. 35,а схематически изображена конструкция датчика всестороннего давления. Он состоит из эластичного (из маслотеплостойкой резины) сферического баллона 1, заполненного маслом. Полость баллона соединена с рабочей полостью поршневого пружинного датчика 2 давления. Поршень 3, поджимаемый пружиной 4, кинематически связан тягой 5 с движками резисторов R1 и R2, подключенных к омметру.

Под действием силы F, воспринимаемой поверхностью датчика, внутри баллона 1 создается давление Р, которое воздействует на поршень 3. Поршень перемещается, сжимая пружину 4, и изменяет сопротивление резистивного элемента датчика.

В случае необходимости измерять направленное действие внешних сил, конструкцию датчика изменяют. Эластичный баллон заменяют жестким (см. рис. 35,б). С той стороны баллона 1, с которой надо измерить воздействие внешней силы F, установлена эластичная диафрагма 7. Перемещение поршня 3 датчика 2 с пружиной 6 регистрирует преобразователь 4.

На рис. 35,в показана конструкция элемента датчика, непосредственно воспринимающего действующее в исследуемом массиве усилие. Он состоит из эластичного баллона 3 с приливом, в который вставлена соединительная металлическая трубка 6. Верхний конец трубки развальцован. Датчик или манометр соединяют с баллоном накидной гайкой 5 с уплотнительной шайбой 4 из мягкой меди (свинца или алюминия). Диаметр баллона в зависимости от назначения можно варьировать в пределах от 30 до 120 мм. Толщина стенок не имеет принципиального значения, так как датчик работает на принципе уравновешивающего внутреннего противодавления.

На корпусе баллона размещены стандартная пресс-масленка 7 типа 1 и клапан 2 сброса воздуха с металлической пробкой 1. Клапан самодельный. Трубка и детали клапана 2 могут быть изготовлены из меди, латуни, нержавеющей стали. В случае применения вместо датчика давления пружинного манометра длина трубки 6 может достигать 10 м. Манометр может быть любой стандартный требуемого класса точности на давление 0,6-16 МПа.

Перед началом работы в баллон через масленку заливают минеральное или трансформаторное масло, раствор спирта, глицерин или другую жидкость с температурой замерзания не выше — 30 °C. Жидкость заливают таким образом, чтобы она полностью заполнила внутреннюю полость баллона, трубки 6, рабочую полость датчика давления или пружинного манометра.

Установка для тарировки датчика схематически изображена на рис. 35,г. Она состоит из разборной камеры высокого давления 2, заполненной маслом и снабженной образцовым манометром 7, а также гидравлическим прессом 8 для создания избыточного давления. В верхней части камеры 2 имеется устройство 3 уплотнения трубопроводов 4, соединяющих испытуемое устройство 1 (баллон Датчика) с внешним манометром 5 и датчиком давления 6.

Камеру 2 раскрывают и помещают внутрь испытуемый баллон 1. Полость баллона соединена с манометром 5 и датчиком давления 6 и предварительно заполнена жидкостью с небольшим избыточным давлением, около 0,02 МПа. Затем камеру 2 закрывают, уплотняют по фланцам и соединению 3, и заполняют компрессионной жидкостью. Затем гидравлическим прессом в камере создают избыточное давление. Это давление изменяют ступенями и давление каждой ступени измеряют манометрами 5 и 7 и датчиком давления 6. По данным измерений строят тарировочные кривые.

Вместо резистивного преобразователя в датчике может быть использован Дифференциальный индуктивный датчик перемещения. Индуктивные датчики не имеют трущихся контактов, стабильны по характеристикам, просты в изготовлении и надежны в работе.

Конструкция и габариты индуктивного датчика перемещения ИДТД (дифференциального трансформаторного) и ИДАД (дифференциального автотрансформаторного) показаны на рис. 36. Обмотки датчика выполнены на трубке диаметром 10 мм из немагнитного материала. Датчики ИДАД имеют две одинаковые обмотки по 1000 витков провода ПЭВТЛ 0,23. Датчики ИДТД имеют четыре обмотки по 1000 витков такого же провода. Суммарная длина обмоток у обоих датчиков — 60 мм. Длина магнитопровода (мягкое железо, сталь 3) — 33 мм, диаметр 6 мм. Он жестко скреплен с двумя направляющими диаметром 3 мм, выполненными из нержавеющей немагнитной стали.

Как видно из рис. 36, индуктивный датчик состоит из трубки-каркаса 5, на котором намотаны обмотки 9. Трубка 5 закреплена в пазах передней 3 и задней 11 крышек корпуса 4. В отверстиях крышек скользят направляющие 6 и 8 магнитопровода 7. Следует обратить внимание на то, что к деталям датчика предъявляются жесткие требования по обеспечению соосности при сборке. Все детали, за исключением обмоток, каркаса 5 и направляющих 6 и 8, изготавливают из магнитомягкого металла, так как они являются элементами магнитной цепи. На направляющей 6 закреплен наконечник 1. Между наконечником 1 и крышкой 3 помещена возвратная пружина 2, служащая для прижима наконечника к детали, перемещение, которой надо измерять. На задней крышке 11 закреплен штуцер 10 с резиновым уплотнением 12, через который пропущен кабель 13 с разъемом 14.

Обмотки датчика должны быть строго симметричны. Поэтому обе катушки наматывают одновременно в два провода рядовой намоткой. Провод сматывают с двух катушек через специальный поводок с двумя направляющими провод узлами, расстояние между которыми равно длине одной обмотки. От симметрии намотки зависит линейность характеристик датчика.

Схема включения индуктивных датчиков ИДАД показана на рис. 37. Это модернизированный мост переменного тока, выполненный на базе стандартного электронного моста ЭМП-09 (могут быть использованы также МСР, КСМ и др.). Из моста удаляют реохорд и на его место ставят механизм привода магнитопровода компенсационного индуктивного датчика — полного аналога рабочего датчика. Механизм выполнен в виде установочного винта 1, позволяющего перемещать магнитопровод линейно на 10 мм за один оборот.

Оба датчика — рабочий и компенсационный — включены в измерительный мест. На одну диагональ моста подано переменное напряжение 6,3 В частотой 50 Гц, а с другой диагонали снимают сигнал разбаланса. Этот сигнал после усиления усилителем 2 поступает на одну из обмоток электродвигателя. На вторую обмотку поступает напряжение сети. Усилитель 2 — фазочувствительный. Когда магнитопроводы датчиков находятся в одинаковом положении по отношению к обмоткам, мост сбалансирован, двигатель 4 остановлен. Как только магнитопровод рабочего датчика изменит свое положение, появится сигнал разбаланса, заработает электродвигатель и начнет вращать винт 1 до тех пор, пока магнитопровод компенсационного датчика не займет такое же положение и не восстановится баланс моста. С валом двигателя кинематически связан и механизм привода каретки самописца 3, поэтому на диаграммной ленте прибора будет записан сигнал, пропорциональный величине перемещения магнитопровода рабочего датчика.

На рис. 38 изображена типовая тарировочная кривая рассмотренного устройства. Она практически линейна в рабочем интервале измеряемых перемещений.

Недостаток рассмотренной схемы включения индуктивного датчика в том, что для измерения перемещений приходится вносить изменения в конструкцию заводских приборов. К тому же и изготовление установочного винта — очень ответственная и трудоемкая операция. Поэтому для трансформаторных датчиков ИДТД была предложена схема, изображенная на рис. 39.