2

Тиском називають фізичну величину, яка дорівнює відношенню модуля сили F, що діє перпендикулярно поверхні, до площі S цієї поверхні.

За одиницю виміру тиску в SI прийнятий тиск, що створює сила 1 Н на перпендикулярну до неї поверхню площею 1 м². Ця одиниця називається Паскалем.

Найменування одиниці тиску дано на честь французького вченого Блеза Паскаля, який жив в середині 17 сторіччя.

Широко застосовуються кратні одиниці кПа, МПа. Допускається використання таких одиниць, як кілограм-сила на квадратний сантиметр (кгс·см^–2), кілограм-сила на квадратний метр (кгс·м^–2) і 1 Бар. Співвідношення між системними одиницями і несистемними таке:

На практиці застосовуються позасистемні одиниці тиску:

Атмосферним називається найбільший тиск, обумовлений вагою усього стовпа повітря від поверхні Землі до межі атмосфери. На рівні моря атмосферний тиск дорівнює 101325 Па. Зі збільшенням висоти над рівнем моря атмосферний тиск зменшується.

Вимір тиску необхідний для управління технологічними процесами і забезпечення пожежо- та вибухобезпеки виробництва, наприклад, для контролю тиску вогнегасних речовини в установках пожежогасіння, для сигналізації про спрацьовування установки й успішного випуску вогнегасної речовини і навіть у теплових пожежних сповіщувачах. Крім того, цей параметр використовується при непрямих вимірах інших технологічних параметрів: рівня, витрати, температури, щільності.

При вимірах розрізняють абсолютний, надлишковий і вакууметричний тиск. При цьому за нуль (початок відліку) приймають атмосферний тиск. Сума атмосферного і надлишкового тисків являє собою абсолютний тиск, тобто

Якщо абсолютний тиск менше атмосферного, то їхня різниця називається розрідженням або вакуумом:

Засоби виміру, призначені для виміру тиску і розрідження, називаються манометрами. Залежно від виду і величини тиску, що вимірюється, прилади для виміру тиску умовно поділяють на:

Принцип дії вимірювальних приладів базується на спроможності речовини (твердого, рідкого, газоподібного) опиратися прикладеному силовому впливу. Залежно від принципу, використовуваного для перетворення силового впливу на чутливий елемент на показання або пропорційні зміни іншої фізичної величини, прилади виміру тиску розділяються на: рідинні; деформаційні; вантажопоршневі; електричні; іонізаційні; теплові.

Рідинні манометри. У основу роботи приладів покладений принцип сполучених посудин, у яких рівні робочої рідини збігаються за рівності тисків над ними, а за нерівності займають таке положення, коли надлишковий тиск в одній з посудин врівноважується гідростатичним тиском надлиш-кового стовпа рідини в іншому.

Існують такі види РМ: двотрубні, однотрубні, мікроманометри. Розглянемо роботу двотрубного манометра (рис. 2.32).

Дві вертикальні сполучені скляні трубки 1, 2 закріплені на основі 3, до якої прикріплена шкальна пластинка 4. Трубки заповнюються робочою рідиною до нульової позначки. У трубку 1 подається тиск, що вимірюється, трубка 2 сполучається з атмосферою.

де r- щільність робочої рідини кг·м^-3; g – місцеве прискорення вільного падіння м·с^-2.

Як робоча рідина використовуються вода, ртуть, спирт, трансформаторне мастило. Таким чином, чутливим елементом є робоча рідина, вхідним сигналом – тиск або різниця тисків, вихідним – різниця рівнів робочої рідини.

Манометри з водяним заповненням використовують для виміру тисків у діапазоні до 10 кПа, ртутні до 0,1 МПа.

Однотрубні (чашкові) манометри використовують для підвищення точності відліку різниці висот рівнів. У них одна трубка замінена широкою судиною, у яку подається більший з тисків, що вимірюються.

За умови, що площа поперечного перетину вимірювальної трубки f менше площі поперечного перетину широкої судини F більш ніж у 400 разів, то зміною рівня в широкій судині нехтують і для виміру тиску використовують показання рівня у вимірювальній трубці h₂. Для підвищення точності вимірів зміна рівня h₁ враховується і шкала градуюється в одиницях тиску відповідно до рівняння:

Вимір одного стовпа рідини призводить до зниження похибок зчитування, що з урахуванням похибки градуювання шкали не перевищує ± 1 мм, при ціні ділення 1 мм.

Мінімальний діапазон виміру однотрубних манометрів із водяним заповненням складає 1,6 кПа. Конструктивне виконання РМ залежить від статичного тиску, на який вони розраховані.

Мікроманометри використовуються для виміру тиску або різниці тисків до 3 кПа. Вони є різновидом однотрубних манометрів і споряджені спеціальними пристосуваннями для зменшення ціни ділення шкали, або для підвищення точності зчитування висоти рівня за рахунок використання оптичних та інших пристроїв (рис. 2.34).

РМ використовуються в лабораторній практиці та при проведенні промислових випробувань. Перевагами цих приладів є простота і надійність за високої точності вимірів.

Деформаційні манометри. Принцип роботи деформаційних приладів ґрунтується на залежності деформації чутливого елемента від тиску, що вимірюється. Деформація або сила пропорційна тиску, що вимірюється, перетворюється на показання або відповідні зміни вихідного сигналу. Більшість деформаційних манометрів і диференційних манометрів містять пружні чутливі елементи, які здійснюють перетворення тиску на пропорційне переміщення робочої точки.

Найбільшого поширення одержали пружні чутливі елементи, такі як трубчасті пружини (рис. 2.35).

Рис. 2.35. Пружний чутливий елемент – трубчаста пружина

Статичній (пружній) характеристиці чутливого елемента, що зв'язує переміщення робочої точки з тиском, властива наявність початкової зони пропорційних переміщень робочої точки, у якій мають місце пружні деформації, і нелінійної ділянки, у якій виникають пластичні деформації. Недосконалість пружних властивостей матеріалів чутливих елементів обумовлює наявність гістерезісу статичної характеристики і пружна післядія. Останнє виявляється в запізнюванні переміщення робочої точки стосовно прикладеного тиску і повільному поверненні її в початкове положення після зняття тиску.

Форма і крутизна статичної характеристики залежать від конструкції чутливого елемента, матеріалу, температури. Робочий діапазон обирається в області пружних деформацій із забезпеченням запасу на випадок перевантаження чутливого елемента тиском. Пружні властивості чутливих елементів характеризуються коефіцієнтом жорсткості по силі:

де F, S – відповідно сила, що діє на пружний чутливий елемент (перестановочне зусилля), і ефективна площа елемента; h – переміщення робочої точки.

Порожнисті одновиткові трубчасті пружини (рис. 2.35) мають еліптичний або плоскоовальний перетин. Один кінець пружини, у який надходить тиск, що виміряється, закріплений нерухомо у тримачі, другий (закритий) може переміщатися. Під дією різниці внутрішнього тиску, що вимірюється, і зовнішнього атмосферного трубчаста пружина деформується: мала вісь перетину трубки збільшується, велика зменшується, при цьому пружина розкручується і її вільний кінець здійснює переміщення в 1-3 мм. Для тисків до 5 МПа трубчасті пружини виготовляють із латуні, бронзи, а для більш високих тисків – з легованих сталей і сплавів нікелю.

Трубчато-пружинні манометри. Схема трубчато-пружинного манометра, що показує, подана на рис. 2.36. Одновиткова трубчаста пружина 1 з одного кінця приварена до тримача 2, прикріпленого до корпуса манометра. Нижня частина тримача закінчується шестигранною головкою і штуцером, за допомогою якого до манометра приєднується трубка, що підводить тиск. Вільний кінець пружини припаяно до пробки 3, що шарнірно з'єднується з повідком 4. При переміщенні вільного кінця пружини поводок повертає зубцюватий сектор 5 відносно осі О, викликаючи поворот шестерні (трибки) 6 і розташованої на одній осі з нею стрілки, що показує 7. Пружина, не показана на рисунку, забезпечує підгортання зубців трибки до зубців сектора, усуваючи люфт. Статична характеристика манометра може підбудовуватися шляхом зміни точки закріплення повідця 4 у прорізі сектора 5. На рис. 2.36 показане радіальне розміщення штуцера; випускаються також манометри з осьовим розміщенням штуцера.

Трубчато-пружинні манометри, що показують, випускаються з верхньою межею виміру від 0,1 МПа (1 кгс/см²) до 103 МПа (104 кгс/см²) відповідно до стандартного ряду. Пружинні вакуумметри мають діапазон виміру 0,1-0 МПа, а мановакуумметри за нижньої межі виміру 0,1 МПа мають верхню межу виміру за надлишкового тиску від 0,1 до 2,4 МПа. Зразкові пружинні манометри, що показують, мають клас точності 0,15; 0,25 і 0,4; робочі манометри – 1,5; 2,5; 4, робочі манометри підвищеної точності – 0,6 і 1.

Рис. 2.36 – Трубчато-пружинний манометр, що показує

Промисловістю випускаються механічні манометри, що показують і самописні з одновитковою (типу МТ) і багатовитковою (типу МТМ) трубчастою пружиною. Принципова схема останнього приведена на рис. 2.37. Під дією тиску, що вимірюється, вільний правий кінець трубчастої багатовитковой пружини 1 переміщається, викликаючи поворот осі 2 і розташованого на ній важеля 3. Останній сполучений із тягою 4, що за допомогою важеля 5 повертає вісь у, на якій насаджений П-подібний важіль 7, що закінчується ручкою 8. У приладах, що показують, на вісь 6 насаджений важіль 9, тягою сполучений із сектором, що переміщають трибку стрілки показчика. Дискова діаграма 10 здійснює один оборот за 12 або 24 годин, її обертання здійснюється електричним двигуном або годинним механізмом. Клас точності манометрів, що показують, та самописних – 1; 1,5, вони відносяться до числа великогабаритних приладів, розміри яких визначаються діаметром дискової діаграми.

Манометри, що показують та самописні можуть містити додаткові пристрої, що здійснюють замикання електричного ланцюга за певного значення тиску, що вимірюється, перетворення переміщення кінця трубчастої пружини в пропорційний електричний або пневматичний сигнал.

Для сигналізації граничних відхилень тиску в ланцюгах захисту і позиційного регулювання широко застосовуються електроконтактні манометри. Схема манометра типу ЕКМ подана на рис. 2.38. У манометр додатково введемо дві стрілки 2, 3, до яких пружними струмопідводами притиснуті електричні контакти 4. Стрілки 2, 3 за допомогою торцевого ключа і повідця 5 установлюються проти значень тиску, що сигналізується. Стрілка 1, що показує, також оснащена електричним контактом 6. Якщо тиск знаходиться в межах робочого діапазону, то електричні ланцюги сигналізації розімкнуті. При досягненні стрілкою, що показує, будь-якого з контактів замикається електричний ланцюг, викликаючи спрацьовування сигналізації. Електричні контакти залишаються замкнутими при знаходженні стрілки, що показує, за межами робочого діапазону тиску, оскільки стрілки 2, 3 обмежують зсув контактів у середину робочого діапазону, а поза ним контакти захоплюються стрілкою, що показує 1. Клас манометрів і вакуумметрів 1,5; межі виміру відповідають стандартному ряду.

На рис. 2.39 подана схем трубчато-пружинного манометра МЕД із диференційно-трансформаторним перетворювачем 1, що має на виході сигнал перемінного струму частотою 50 Гц.

Випускаються модифікації манометрів МЕД із відліковим пристроєм, клас точності обох модифікацій 1, верхні межі виміру – від 0,1 до 160 МПа за стандартним рядом. На даний час на базі манометрів МЕД розпочато випуск манометрів МП, що мають на виході уніфікований сигнал у вигляді зміни струму. Для його одержання в прилад уведений підсилювач, що перетворює зміни взаємної індуктивності в пропорційний сигнал зміни струму. Гранична приведена похибка не перевищує 1%.

У перетворювачах тиску, що мають на виході уніфікований сигнал зміни струму і пневматичний сигнал, часто використовується принцип статичного зрівноваження.

Схема трубчастого пружинного манометра з компенсацією магнітних потоків типу МПЕ подана на рис. 2.40. Вільний кінець манометричної пружини 1 пов'язаний із постійним магнітом 2, що переміщається між двома магнітопровідниками 3. У результаті взаємодії поля постійного магніту 2 із полями, утворюваними обмотками порушення і зворотного зв'язку, на вході підсилювача виникає небаланс вимірювального моста, що перетворюється у вихідний уніфікований сигнал.

Рис. 2.39 – Схема манометра МЕД із диференційно-трансформаторним перетворювачем

Оскільки в манометрах МПЕ негативний зворотний зв'язок використовується для компенсації магнітного потоку постійного магніту, пружний чутливий елемент і магнітний перетворювач не охоплені зворотним зв'язком. У зв'язку з цим зміна характеристик пружного чутливого елементу і магнітних перетворювачів у прямому каналі й у ланцюзі зворотного зв'язку впливають на коефіцієнт передачі перетворювачів тиску.

Манометри МПЕ випускаються відповідно до стандартних рядів із верхніми межами виміру від 4 до 60 МПа, на виході прилади мають уніфікований сигнал зміни струму 0 – 5 м при опорі навантаження до 2,5 кОм, клас 1.

Перетворювачі тиску із силовою компенсацією характеризуються збільшенням числа елементів, охоплених зворотним зв'язком. Схема пружинного манометра із силовою компенсацією типу МПЕ подана на рис. 2.41, а.

Рис. 2.41 – Схема електричного манометра із силовою компенсацією типу МПЕ

Зусилля від манометричної пружини 1, прикладене до Т-подібного важеля 2, компенсується зусиллям від електросилового механізму зворотного зв'язку, що включає постійний магніт 7 і рухливу котушку 8, обтічну вихідним струмом 1. Початкова установка підоймової системи проводиться пружиною 3, зміна натягу якої здійснюється через отвір 9 у кришці приладу (рис. 2.41, б).

За нерівності моментів, що розвиваються манометричною пружиною й електросиловим механізмом зворотного зв'язку, важелі 2, 4 разом із рухливою опорою 5 переміщаються, при цьому відхиляється сердечник диференційно-трансформа-торного перетворювача 6, викликаючи послідовно зміни сигналу на вході і виході підсилювача УП, а також сили, що розвивається електросиловим механізмом зворотного зв'язку. Для зниження жорсткості рухливої системи усі важелі кріпляться на стрічкових опорах.

Перевагою перетворювачів із силовою компенсацією є те, що на коефіцієнт передачі не впливають характеристики чутливого елемента й елементів, охоплених зворотним зв'язком – диференційно-трансформаторним перетворювачем підсилювача. Це забезпечило можливість створення на розглянутому принципі дії зразкових перетворювачів тиску типу ИПД, що мають клас точності 0,06. Недоліком приладів із силовою компенсацією є їхня низька вібростійкість.

Манометри із силовою компенсацією типу МПЕ випускаються з верхньою межею виміру від 4 до 100 МПа вихідний сигнал – постійний струм 0 – 5 (20) м, сумарний опір навантаження не повинен перевищувати 2,5 кОм, клас точності 0,6; 1; 1,5.

З використанням однієї і тієї ж елементної бази випускаються трубчато-пружинні манометри з уніфікованим пневматичним вихідним сигналом 0,02-0,1 МПа (0,2-1,0 кгс/см²). Відмінність цих приладів від розглянутих вище полягає у використанні індикатора неузгодженості типу сопло – заслінка, пневмопідсилювача і сильфона зворотного зв'язку, що перетворює вихідний тиск на зусилля. Манометри пневматичні типу МП-П випускаються на ті ж межі виміру, що і МПЕ, клас точності приладів 0,5; 1, тиск повітря, що живить, є 0,14 МПа, гранична довжина ліній зв'язку від перетворювача до повторного приладу складає 300 м.

Мембрани, сильфони. Сильфонні та мембранні чутливі елементи мають більш широкі можливості для збільшення ефективної площі, з метою одержання необхідного перестановочного зусилля, що дозволяє використовувати їх для виміру малих надлишкових тисків і розрідження. Сильфон (рис. 2.42) являє собою тонкостінну трубку з поперечними кільцевими гофрами на бічній стінці. Жорсткість сильфона залежить від матеріалу, з якого він виготовлений, зовнішнього й внутрішнього діаметрів, товщини стінки заготовки, радіуса заокруглення гофр r і кута їх ущільнення a , числа гофр. Сильфони бувають суцільнотягнутими і зварними.

Під дією тиску газу сильфон (рис. 2.43, а) розтягується, переміщуючи, наприклад, движок потенціометра. У результаті змінюється вихідний опір датчика.

Рис. 2.43 – Датчики тиску: а – сильфонний для газів; б – сильфонний для рідин

При вимірі тиску рідин застосовується інша конструктивна схема сильфонного датчика (рис. 2.43, б). Рідина під тиском р надходить у порожнину сильфона, який, зіщулюючись, переміщає движок потенціометра.

У даному сильфоні сила тиску рідини (S_cp) врівноважується сумарною силою: силою пругкості сильфона (k_cl), силою тертя

та інерційною силою

. Прирівнюючи сили, отримаємо диференціальне рівняння:

де т – маса рідини в сильфоні; l – переміщення рухливого краю сильфона (движка потенціометра); D – коефіцієнт грузлого тертя; k_c – коефіцієнт пругкості сильфона; S_c – площа сильфона.

Мембрана, що являє собою тонку пластину, закріплюється на кінці трубопроводу (рис. 2.44). Під дією тиску рідини або газу жорсткий центр мембрани прогинається, переміщуючи движок вторинного вимірюючого приладу, наприклад, потенціометра. Через це змінюється вихідний опір датчика.

Мембранні чутливі елементи є найрізноманітнішими за конструкцією. Подана на рис. 2.45, а, б плоска або пластинчаста мембрана є гнучкою тонкою пластиною, закріпленою по окружності. Під дією різниці тисків, що діють по обидва боки на мембрану, її центр переміщається. Плоска мембрана має нелінійну пружну характеристику і малі переміщення робочої точки, у зв'язку з чим її в основному застосовують для перетворення тиску в силу (п’єзоелектричні перетворювачі) або поверхневі деформації (тензопере-творювачі).


а)	в)

б)	г)

Рис. 2.45 – Мембранні чутливі елементи: а), б) плоскі і гофровані мембрани; в) мембранні коробки,; г) мляві мембрани з жорстким центром

Для поліпшення статичної характеристики використо-вують гофровані мембрани і мембранні коробки (рис. 2.45 в, г). Профілі мембран можуть бути пилкоподібними, трапеце-подібними, синусоїдальними. Гофрування мембрани призводить до збільшення її жорсткості, випрямлення статичної характеристики і збільшення зони пропорційних переміщень робочої точки. Більш широко використовуються мембранні коробки, що являють собою зварні або спаяні по зовнішньому краю мембрани. Жорсткість коробки вдвічі нижче жорсткості кожної з мембран. У дифманометрах як чутливі елементи регуляторів прямої дії використовуються мембранні блоки, що включають дві коробки і більше.

У напорометрах і тягометрах застосовуються мляві мембрани (рис. 2.45, г), виготовлені з бензомастилостійкої прогумованої тканини. У центрі мембрани кріпляться металеві пластини, в одну з яких упирається гвинтова пружина, що виконує функції пружного елемента.

Пружні властивості матеріалів чутливих елементів залежать від температури: так, у трубчастих пружин температурний коефіцієнт зниження жорсткості за зростання температури сягає 3? 10^-4 1/°С. Це визначає необхідність захисту приладів від впливу високих температур середовища, що вимірюється. З часом у пружних чутливих елементів накопичуються пластичні деформації та зменшуються пружні. Це призводить до зниження крутизни статичної характеристики приладу та її зсуву. Процес зміни статичної характеристики пришвидшується при підвищеній температурі та пульсації тиску, що вимірюється. Конструкція деформаційних манометрів і дифманометрів звичайно передбачає можливість корекції відхилень показань або вихідного сигналу, викликаних старінням пружного чутливого елементу.

Вантажопоршневі манометри. У вантажопоршневих манометрах тиск, що вимірюється, врівноважується силою ваги неущільненого поршня з вантажами. Манометри використовуються як зразкові засоби відтворення одиниці тиску в діапазоні від 10-1 до 1013 Па, а також для точних вимірів тиску в лабораторній практиці.

Схема поршневого манометра, що має діапазон виміру 6 МПа (МП-60), подана на рис. 2.46. Поршень 1 із тарілкою 2 для вантажів 3 переміщується всередині циліндра 4. Поршнева пара підганяється таким чином, щоб зазор між поршнем 1 і циліндром 4 не перевищував 0,01 мм. При такому зазорі навіть за високих тисків швидкість опускання поршня через відплив робочої рідини не перевищує 1 мм/хв. Для забезпечення рівномірного зазору між циліндром і поршнем останній у момент виміру обертають за годинниковою стрілкою. У манометрах із діапазоном виміру 0,6 МПа та вище обертання поршня здійснюється вручну.

Рис. 2.46 – Схема вантажопоршневого манометра

П’єзоелектричні манометри. Принцип дії манометрів цього типу базується на п’єзоелектричному ефекті, сутність якого полягає у виникненні електричних зарядів на поверхні стиснутої кварцової пластини, що вирізається перпендикулярно до електричної осі кристалів кварцу. Схема п’єзоелектричного манометра подана на рис. 2.47. Тиск, що вимірюється, за допомогою мембрани 1 перетворюється в зусилля, що стискує кварцові пластини 2. Електричний заряд, що виникає на металізованих площинах 3 під дією зусилля F із боку мембрани 1, визначається виразом:

де р – тиск, що діє на металеву мембрану 1 з ефективною площею S; k – п’єзоелектрична постійна, Кл/Н.

Рис. 2.47 – Схема п’єзоелектричного манометра

Напруга на вході підсилювача, підключеного до виходу п’єзоперетворювача, визначається загальною ємністю вимірювального ланцюга С:

П’єзоелектричний датчик являє собою кварцову пластину, на протилежні поверхні якої напилені (або приклеєні струмопровідним клеєм) електроди, до яких припаюються виводи (рис. 2.48). При стиску кварцової пластини силою Р на її протилежних поверхнях, а отже, і на електродах, через прямий п’єзоелектричний ефект виникають електричні заряди. Розмір заряду пропорційний стискальній силі Р, тобто

де d – коефіцієнт пропорційності, який називають п’єзомодулем.

За сили Р, що змінюється, з'являється вихідна напруга:

де С_д – ємність датчика (конденсатора, утвореного електродами і кварцовим діелектриком); С_м – ємність монтажу.

З цієї формули очевидно, що, знаючи вихідну напругу, можна визначити силу Р. Якщо Р постійна, то U_вих=0. П’єзоелектричні датчики безінерційні. Вони використовуються для виміру сил, тисків, вібрацій і для інших вимірів, у яких прямо або побічно виявляються силові впливи. Вихідна напруга п’єзоелектричних датчиків від одиниць мілівольт до одиниць вольт. Для посилення вихідної напруги п’єзоелектричного датчика потрібно застосовувати підсилювач із дуже великим вхідним опором.

Кварц на відміну від інших сегнетоелектриків, що мають п’єзоефект, є механічно міцним і має високу жорсткість, що виключає вплив пружної характеристики мембрани 1 на коефіцієнт передачі п’єзоелектричного перетворювача. Частота власних коливань перетворювача сягає десятків кілогерц, унаслідок чого вони широко застосовуються при випробуваннях двигунів та на інших технологічних об'єктах, що характеризуються високочастотними змінами тиску.

П’єзоелектрична постійна кварцу, що складає біля 2x10^-12 Кл/Н, відрізняється стабільністю і слабкою залежністю від температури, що дозволяє використовувати п’єзоперетворювачі для виміру тиску високотемпературних середовищ. Через відплив заряду п’єзоелектричні перетворювачі не використовуються для виміру статичних тисків. З метою підвищення чутливості декілька кварцових пластин включаються паралельно. Верхня межа виміру тиску в цих приладах сягає 100 МПа (1000 кгс/см²).

Манометри з тензоперетворювачами. Манометри з тензорезистивними перетворювачами за швидкодією наближаються до п’єзоелектричних манометрів. Перші являють собою мембрани, на яких розміщені дротові, фольгові або напівпровідникові резистори, опір яких змінюється при деформації мембрани під дією тиску.

Дія вимірювальних тензоперетворювачів базується на зміні електричного опору чутливого елемента (наприклад, стрічки з тензочутливого матеріалу) при його деформації. Звичайно вони використовуються як перетворювачі, що передають, для виміру деформацій елементів конструкцій або чутливих елементів первинних приладів. Так, тензоперетворювачі можуть бути використані для дистанційного виміру тиску, якщо їх механічно з'єднати з манометрами, що деформуются під дією тиску.

Основними вимогами до тензочутливих матеріалів є стабільність характеристик, малий температурний коефіцієнт електричного опору, висока чутливість. Дуже часто як матеріали використовуються константан, сплави міді і нікелю, нікелю і хрому і т.д.

Поряд із металевими тензоперетворювачами застосовуються і напівпровідникові. Останні мають більш високу тензочутливість, в порівнянні з металевими, малі розміри і масу.

За будовою металеві тензоперетворювачі підрозділяються на ті, що наклеюються, і ті, що не наклеюються. Найбільш поширеними є тензорезистори, що наклеюються, які виконуються з зигзагоподібно покладеного і приклеєного на підкладку 1 (із паперу або пластмаси) дроту 2 діаметром 0,01-0,05 мм (рис. 2.49). До кінців дроту приварені вивідні провідники 3 діаметром 0,5 мм. Фольговий тензоперетворювач виготовляється з металевої фольги товщиною 0,001- 0,01 мм.

Тензоперетворювач наклеюється на елемент, що деформується, за деформації якого змінюються розміри й електричний опір дроту, причому ця зміна залежить від ступеня деформації. Зміна опору звичайно вимірюється за допомогою мостової схеми. Відносна зміна опору тензоперетворювачів невелика (наприклад, для металевих вона не перевищує 1%), тому температурний коефіцієнт матеріалу дроту повинен бути близьким до нуля. Крім того, для зменшення впливу температури застосовуються спеціальні схеми термокомпенсації.

Промислові тензорезистивні перетворювачі призначені для перетворення тиску до 100 МПа, розрідження і різниці тисків до 16 МПа в пропорційне значення вихідного сигналу постійного струму.

Іонізаційні манометри. Для виміру тиску в діапазоні 10^-1 – 10^-8 Па використовуються іонізаційні манометри. Схема приладу надана на рис. 2.50. Основним елементом манометра є скляна манометрична лампа, що містить катод 1, що
знаходиться всередині анодної сітки 2, оточеної циліндричним іонним колектором 3. Електрони, які ежектуються розпеченим катодом, прискорюються позитивною напругою, прикладеною між анодом і катодом. При русі електрони іонізують молекули розрідженого газу. Позитивні іони потрапляють на негативно заряджений колектор 3. За сталості анодної напруги й електронної емісії розмір колекторного струму I_к залежить від тиску, що вимірюється.

Нижня межа виміру іонізаційних манометрів обмежена фоновим струмом, викликаним м'яким рентгенівським випромінюванням анода та фотоелектронною емісією колектора.

В магнітних електророзрядних манометрах із холодним катодом для зниження нижньої межі виміру до 10^-10 Па траєкторія прямування електронів у лампі формується за рахунок використання зовнішнього магнітного поля, при цьому подовжується пробіг електронів, зростає число їх співударів із молекулами газу.

Теплові манометри. Для виміру тиску в діапазоні 1–10⁴ Па (10^-2—10² мм рт. ст.) використовуються теплові манометри, які, як і іонізаційні, містять у собі манометричний перетворювач і вимірювальний блок. Принципова вимірювальна схема теплового манометра наведена на рис. 2.51. Вона являє собою неврівноважений міст, на який напруга подається від стабілізованого джерела живлення ДЖ. Три плеча моста містять постійні резистори R₁ – R₃, а четверте являє собою нагріту до 200 °С вольфрамову нитку, яка знаходиться в камері, куди подається тиск, що вимірюється. За зазначених тисків унаслідок зниження числа молекул довжина їх вільного пробігу стає сумірною з відстанями між теплопередаючими поверхнями вимірювальних камер приладу, у зв'язку з чим теплопровідність за тисків 10³ Па (10 мм рт. ст.) і нижче лінійно зменшується за мірою зниження тиску.

Тепловіддача від вольфрамової нитки залежить як від числа молекул, що беруть участь у переносі тепла, так і від температури стінок камери. Для зниження впливу на показання приладу коливань температури навколишнього середовища, що визначає температуру стінок камери, плече моста, що притискується до R₄, поміщається до вакуумованої камери, аналогічної вимірювальній.

Нижня межа застосування манометрів обмежується зростанням за мірою зниження теплопровідності ролі променистого теплообміну, що стає визначальним за тисків нижче 10^-1 Па (10^-3 мм рт. ст.).

Для виміру температури нитки можуть використовуватися термопари, у цьому випадку теплові манометри називають термопарними. Схема манометричного перетворювача (лампи) вакуумметра типу ВТ-2 подана на рис. 2.52. У середині скляного балона 1, який вакуумно щільно під'єднують верхньою частиною до об'єкта виміру тиску, знаходиться платиновий нагрівач 2, температура якого вимірюється хромель-копелевою термопарою 3.

Рис. 2.52 – Термопарний манометричний перетворювач

Теплові манометри можуть працювати в режимі підтримки постійного струму через нагрівач, тоді тиск, що вимірюється, пропорційний різниці між температурами нагрівача і стінок лампи. При роботі в режимі підтримки постійної різниці температур за рахунок зміни струму розмір останнього характеризує тиск, що вимірюється.