Пьезоэлектрические преобразователи основаны на использовании пьезоэлектрического эффекта (пьезоэффекта), которым обладают некоторые кристаллы. Различают прямой и обратный пьезоэффекты. Прямой пьезоэффект заключается в том, что под действием механических напряжений на гранях кристалла возникают электрические заряды, обратный пьезоэффект — в том, что под действием электрического поля изменяются геометрические размеры кристалла. На использовании прямого пьезоэффекта основаны преобразователи усилий, давлений и ускорений. Обратный пьезоэффект применяют в ультразвуковых генераторах, вибраторах и т. д.
Наиболее сильно пьезоэффект выражен у кварца, турмалина и сегнетоэлектриков (сегнетовой соли, титана бария и др.).
На рис. 8 схематически изображено устройство пьезоэлектрического преобразователя давления. Преобразователь состоит из двух кварцевых пластин /, соединенных параллельно. Наружные грани пластин заземляются, а между средними гранями находится латунная фольга 2. Давление на кварцевые пластины передается через мембрану 5. Выходное напряжение с кварцевых пластин снимается экранированным кабелем 4. Для соединения кабеля с латунной фольгой имеется отверстие, закрываемое пробкой 3.
- Датчики и приборы для измерения расхода и состава среды
Какой способ измерения расхода жидкости получил наибольшее распространение на судах?
Наиболее широкое распространение в судовой энергетике получил способ измерения расхода жидких и газообразных сред, основанный на измерении падения давления в трубопроводе, по которому проходит измеряемая среда.
Схема изменения давления Лр при прохождении вещества через диафрагму (сужение) показана на рис. 9, где — сечение трубопровода до и после диафрагмы;
D, d — диаметры трубы и отверстия диафрагмы соответственно. Неизбежные и невозвратимые потери давления Др обусловлены трением. Для сужения потока в основном применяют нормальные диафрагмы, а также нормальные сопла, сопла и трубы Вен тури. Последние называют расходомерной трубой или соплом с конусом. На практике в основном применяют нормальные диафрагмы.
Что представляет собой нормальная диафрагма?
Нормальная диафрагма — это тонкий обычно стальной диск с концентрическим отверстием определенного профиля. Толщина диска не должна превышать 0,Ю (где D — внутренний диаметр трубопровода), толщина диафрагмы . 6—8 мм. Отверстие диафрагмы со стороны входа потока должно быть цилиндрическое на длине не более 0.02D, но не менее 1 мм, а далее расточено под углом не менее 30° (обычно угол расточки составляет 45°). Если толщина диафрагмы меньше 0.02D и она предназначена для трубопроводов большого диаметра, коническую расточку можно не делать.
Диафрагму устанавливают в большинстве случаев между двумя фланцами трубопровода. Очень важно, чтобы угол между торцовой поверхностью со стороны входа потока и цилиндрической частью отверстия был прямой. Кромка отверстия должна быть острой, без заусенцев. Давление следует измерять непосредственно перед диафрагмой в сечении / и после нее
в сечении // (см. рис. 9). Ширина отверстии для отбора давления не должна превышать 0,03 D и быть менее 3 мм.
Чтобы не нарушать равномерного распространения скорости по сечению, устанавливают кольцевые камеры. Камерные диафрагмы предназначены для трубопроводов диаметром 50—400 мм, давление в которых не превышает 10 МПа.
Почему вместо нормальной диафрагмы иногда применяют нормальное сопло?
При прохождении потока через диафрагму вытекают потери давления из-за завихрений среды, образующихся до и после диафрагмы. Эти потери бывают меньше, если использовать нормальное сопло, так как профиль его соответствует очертанию струи. Поэтому до сопла завихрений не образуется. Отбор среды для определения давления можно осуществлять как через отверстия, так и с помощью кольцевых камер. Недостаток сопла — его большая длина и связанные с этим трудности монтажа.
Почему применяют сопла или трубы Вен тури?
Сопла или трубы Вен тури применяют в том случае, если необходимо значительно уменьшить потери давления в трубопроводах диаметром 100—800 мм. Канал трубы Вен тури состоит из входного и выходного конусов и цилиндрической части. Входной профиль сопла Вен тури такой же, как и у нормального сопла, а выходной выполняется в виде
конуса с углом 5— 30°.
Давление измеряют перед входом в сопло в наиболее узкой (цилиндрической) ее части с помощью кольцевых камер.
Нормальная труба Вен тури имеет угол входного конуса 21°.
Места измерений давлений:
на расстоянии 0/2 до начала входного конуса и в цилиндрической части за входным конусом. Для измерения давления среду отбирают по кольцу через шесть отверстий диаметром около 4 мм.
Какие условия необходимо соблюдать при измерении перепада давлений?
При измерении расхода жидкости или газа можно определять перепад давлений на дросселирующем устройстве, установленном в трубопроводе. При этом необходимо выполнение следующих условий:
течение должно быть стационарным или квазистационарным, т. е. расход может меняться медленно;
должны быть исключены колебания потока;
среда должна находиться в одном состоянии. Измерения вблизи точки преобразования (например, точки кипения) приводят к ошибкам; должна быть точно известна плотность вещества;
должна быть приблизительно (т. е. не обязательно точно) известна вязкость вещества; сечение потока должно быть полностью заполненным.
