Приборы для измерения давления

По значимости применения приборы для измерения давления занимают второе место после термометров. Они применяются в АСУ всех отраслей промышленности. В технике их обычно называют манометрами (рис. 17.1). Их функции очень широки. Они измеряют давления всех сред и практически во всех технологических процессах, включая биологические.

Принцип действия всех датчиков, как уже упомянуто, основан на изменении давления любой измеряемой среды.

Рис 17.1. Вид манометров с различной шкалой

В общем случае информационной характеристикой давления всегда яляется сила, воздействующая на единицу площади поверхности тела и оказывающая влияние на различные технологические процессы. В международной системе СИ давление измеряется в паскалях: 1 Па = 1 Н/м2, один паскаль равен давлению силы в один ньютон на площадь поверхности в 1 м2. В технике применимы и другие внесистемные единицы давления: 1 бар = 105 Па; физическая атмосфера — атмосферное давление на уровне моря — 1 атм = 101 325 Па = = 1,01325 бар = 10,332 м вод. ст.; метр водяного столба — гидростатическое давление столба воды высотой в 1 м — 1м вод. ст. = - 9806,65 Па = 9,80665 • 10~2 бар - 0,096784 атм (например, напор в водопроводе удобно измерять в метрах водяного столба).

В теме 13 также отмечалось, что шкалы указателей авиационных приборов — датчиков давления в основном градуируются в килограмм-силах на квадратный сантиметр (кгс/см2), что соответствует значению одной атмосферы технической — 1 ат - 1 кгс/см2 -= 98 066,5 Па = 735,56 мм рт. ст (1 кгс/м2 = 9,80665 Па = 1 мм вод. ст).

Напомним также, что техническая атмосфера (русское обозначение: ат; международное: аг) — равна давлению, производимому силой в 1 кгс на равномерно распределенную к ней перпендикулярную поверхность площади в 1 см2. В свою очередь сила в 1 кгс равна силе тяжести, действующей на тело массой 1 кг при ускорении свободного падения 9,80665 м/с2 (1 кгс - 9,80665 Н). Кроме того, шкалы промышленных приборов выпуска до 1980 г. нередко градуировались в единицах измерения «торр» (название дано в честь итальянского ученого — изобретателя ртутного барометра и открывателя атмосферы Торричелли (1608—1647)), которая определяется как давление столбика ртути высотой 1 мм при 0 °С и нормальном (физическом) атмосферном давлении, равном 1 атм. Поэтому 1 физическая атмосфера 1 атм = 760 мм рт. ст. = 760 торр = 1,01325 • 105 Па; 1 торр = = 133,3224 Па.

Ранее также упомянуты следующие виды измеряемого давления: атмосферное давление — образуется атмосферой Земли в разных ее точках; вакуумметрическое давление — это давление, не достигающее величины атмосферного давления (или его иногда называют давлением разряжения или вакуумным); избыточное давление — это величина давления, превосходящая значение атмосферного давления; абсолютное давление определяется от величины абсолютного нуля (вакуума).

В технике в основном измеряют избыточное давление. Существует разнообразие видов манометров, которые имеют свои различия по конструктивным особенностям и принципу работы. Рассмотрим основные из применяемых видов.

Барометры. Барометр — это прибор, измеряющий атмосферное давление воздуха. Существует несколько видов барометров. Ртутный барометр действует на основе перемещения ртути в трубке по данной шкале (рис. 17.2).

Ртутный и жидкостный барометры

Рис. 17.2. Ртутный и жидкостный барометры

Жидкостный барометр работает по принципу уравновешивания жидкости давлением атмосферы.

Барометр-анероид работает на изменении размеров металлической герметичной коробки с вакуумом внутри, под действием давления атмосферы (рис. 17.3).

Барометр-анероид и электронный барометр

Рис. 17.3. Барометр-анероид и электронный барометр

Электронный барометр является более современным прибором. Он преобразовывает параметры обычного анероида в цифровой сигнал, отображаемый на дисплее (см. рис. 17.3).

Жидкостные манометры. В этих моделях приборов давление определяется высотой столба жидкости, которое выравнивает это давление. Жидкостные приборы для измерения давления чаще всего выполняют в виде двух стеклянных сосудов (трубок), соединенных между собой, в которые залита жидкость (вода, ртуть, спирт) (рис. 17.4).

Жидкостные трубчатые манометры

Рис. 17.4. Жидкостные трубчатые манометры

В таких манометрах один конец емкости соединен с измеряемой средой, а второй открыт. Под давлением среды жидкость перетекает из одного сосуда в другой до выравнивания давления. Разность уровней жидкости определяет избыточное давление. Такими приборами замеряют разность давлений и разрежение.

На рис. 17.4, а изображен двухтрубный манометр, измеряющий вакуумное, избыточное и атмосферное давление. Недостатком является значительная погрешность измерения давлений, имеющих пульсацию. Для таких случаев применяют однотрубные манометры (рис. 17.4, б). В них один край сосуда большего размера. Чашка соединена с измеряемой полостью, давление которой передвигает жидкость в узкую часть сосуда.

При замере берется во внимание только высота жидкости в узком колене, так как жидкость изменяет свой уровень в чашке незначительно, и этим пренебрегают. Чтобы произвести замеры малых избыточных давлений, используют однотрубные микроманометры с трубкой, наклоненной под углом (рис. 17.4, в). Чем больше наклон трубки, тем точнее показания прибора вследствие увеличения длины уровня жидкости.

Особой группой считаются приборы для измерения давления, в которых движение жидкости в емкости действует на чувствительный элемент — поплавок (1) на рис. 17.5, а, колокол (2) на рис. 17.5, б или кольцо (3) на рис. 17.5, в, которые связаны со стрелкой, являющейся указателем давления. Преимуществами таких приборов является дистанционная передача и регистрация их показаний.

Рис 17.5. Жидкостные манометры с особым видом чувствительных элементов

Деформационные манометры. В технической области измерения давления также стали популярными деформационные приборы, у которых под действием давления происходит деформация чувствительного элемента, связанного с индикатором, отградуированным в единицах давления. Такие манометры делятся на пружинные, сильфонные и мембранные (рис. 17.6).

Деформационные манометры

Рис 17.6. Деформационные манометры

Пружинные манометры (рис. 17.6, а). В этих приборах чувствительным элементом является пружина, соединенная со стрелкой передаточным механизмом. Воздействующее внутри трубки давление раскручивает пружину (1), соединенную со стрелкой, в результате стрелка передвигается по шкале.

Мембранные манометры (рис. 17.6, б). В этих приборах упругим компонентом является мембрана (2), которая прогибается под давлением и воздействует на стрелку с помощью передаточного механизма. Мембрану изготавливают по типу коробки (3). Это увеличивает точность и чувствительность прибора из-за большего прогиба при равном давлении.

Сильфонные манометры (рис. 17.6, в). В приборах сильфонного типа упругим элементом является сильфон (4), выполненный в виде гофрированной тонкостенной трубки, в которой действует давление. При этом сильфон увеличивается в длину и с помощью механизма передачи передвигает стрелку манометра.

Сильфонные и мембранные манометры измеряют незначительные величины избыточных давлений и вакуума по причине небольшой жесткости упругого компонента. Подобные приборы для измерения вакуума называются тягомерами, измеряющие избыточное давление — напоромерами, а комплексные (для измерения избыточного давления и вакуума) — тягонапоромерами.

Следует отметить, что по сравнению с жидкостными деформационные манометры имеют преимущество в том, что позволяют производить передачу показаний дистанционно и записывать их в автоматическом режиме вследствие преобразования деформации упругого компонента в выходной сигнал в виде электрического тока. Часто такие приборы именуют как «деформационно-электрические манометры».

Кроме вышеописанных также широко применяются дифференциально-трансформаторные, тензометрические и другие датчики и приборы.

Дифференциально-трансформаторные датчики. Принципом работы такого преобразователя (датчика) является изменение индукционного тока в зависимости от величины давления (рис. 17.7).

Дифференциально-трансформаторный датчик

Рис. 17.7. Дифференциально-трансформаторный датчик

Приборы с таким датчиком имеют трубчатую пружину (1), которая передвигает стальной сердечник (2) трансформатора, а не стрелку. В итоге изменяется сила индукционного тока, подающегося через усилитель (4) на измерительный прибор (3).

Тензометрические манометры. Такие манометры работают на основе зависимости электрического сопротивления тензорези-стора от величины деформации (рис. 17.8).

Тензодатчики (1) фиксируются на упругом элементе прибора. Электрический сигнал на выходе возникает вследствие изменения сопротивления тензорезистора и фиксируется вторичными устройствами измерения.

Тензометрический манометр

Рис. 17.8. Тензометрический манометр

Электроконтактные манометры. В схемах сигнализации, системах авторегулирования технологических процессов, приборах тепловой защиты и т. д. популярны электроконтактные манометры. На рис. 17.9 представлены вид и схема прибора.

Электроконтактные манометры

Рис. 17.9. Электроконтактные манометры

Упругим компонентом в приборе является трубчатая одновит-ковая пружина. Контакты (1) и (2) выполняются для любых отметок шкалы прибора, вращая винт в головке (3), которая находится на внешней стороне стекла. При уменьшении давления и достижении его нижнего предела стрелка (4) с помощью контакта (5) включит цепь лампы соответствующего цвета. При возрастании давления до верхнего предела, который задан контактом (2), стрелка замыкает цепь красной лампы контактом (5).

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >