Електричні манометри

До електричних манометрів відносяться: манометри опору, п'єзоелектричні манометри та манометри з тензоперетворювачами.

Принцип дії електричних манометрів полягає у використанні залежності електричних параметрів матеріалів від тиску. Прилади цієї групи застосовуються для вимірювання високих тисків та глибокого вакууму і відрізняються високою точністю, швидкодією, малими габаритами, вібро- та ударостійкістю. Для опису сенсорів (ПВП) електричних манометрів використовуються терміни п’єзокоефіцієнт та п’єзоопір, який відноситься, як правило, до манометрів опору та п'єзоелектричних манометрів, хоча інколи ці терміни використовують, маючи на увазі класичний тензометричний перетворювач.

Манометри опору використовуються для вимірювання тиску в важкодоступних місцях. Принцип дії приладів цієї групи ґрунтується на непрямому методі вимірювання - зміні електричного опору чутливого елемента під дією зовнішнього тиску, які функціонально пов’язані між собою. Такий манометр являє собою масивний порожнистий корпус, в порожнині якого знаходиться вимірювальна котушка і куди подають вимірюваний тиск. Котушка являє собою в один рядок намотаний на ізоляторі тонкий манганіновий дріт діаметром 0, 05 мм та менше. Опір дроту вимірюють за допомогою відомих приладів: логометра, автоматичного моста тощо.

Принципово в якості металу дроту може використовуватись будь-який метал або напівпровідник. Але для використовування в якості сенсора тиску, як правило, підбирають метал з великою зміною опору під дією тиску, тобто, з великим, так званим, п’єзокоефіцієнтом та малим температурним коефіцієнтом опору. Зміна опору металу (в Ом), при прикладеному до нього тиску, відповідає залежності: , (5.10)

де - п’єзокоефіцієнт; - опір металу, Ом; - прикладений тиск.

Найбільш повно цим вимогам відповідає манганін, хоча його п’єзокоефіцієнт відносно малий. Тому сенсори тиску, що виготовлені із манганіну, і реалізують такий метод, доцільно використовувати при високих та над високих тисках – до 3ГПа.

Крім металевих датчиків, в якості чутливих елементів використовуються вугільні та напівпровідникові матеріали. Їхній п’єзокоефіцієнт в тисячі раз більший, ніж у манганіну, але характеристика перетворення суттєво нелінійна. Крім цього вони мають великий гістерезис та залежність від впливу температури. Напівпровідникові датчики опору механічно не міцні і використовуються на тиски до 10МПа.

Принцип дії п'єзоелектричних манометрів заснований на використанні п'єзоелектричного ефекту, тобто ефекту виникнення електричного заряду під час деформації деяких кристалів (кварцу, турмаліну, барію та ін.). Пристрій датчика п'єзокварцового манометра показано на рис. 5.5, в. Чутливим елементом датчика є дві кварцові пластини 2 та 4, які розділені контактною пластиною 3 і за допомогою шайб 1, 5 затискуються між мембраною 8 та кришкою 6. Електричний заряд знімається з кварцових пластин і за допомогою провідника 7 подається на вимірювальний пристрій.

П'єзокварцові манометри це безінерційні прилади і застосовуються під час вимірювання швидкозмінного тиску, рівень вимірювання тиску — до 100 МПа.