Приборы для измерения давления, температуры, расхода, уровня

 

В большинстве случаев давление является одним из основных параметров. Давлением определяется состояние многих веществ, например газов и паров. Технологическая аппаратура проектируется, исходя из допустимого максимального давления. Поэтому в ходе управления производственными процессами необходим непрерывный контроль за давлением в техно­логических аппаратах.

Давлением называется величина, измеряемая отношени­ем силы, действующей на поверхность, к площади этой поверх­ности. Сила давления, как и всякая другая сила, есть резуль­тат взаимодействия тел. Силы давления могут быть распре­делены по площади как равномерно, так и неравномерно. При их равномерном распределении давление на всех участках по­верхности одинаково. В этом случае давление определяется по формуле

р=F/S

где р — давление; F — сила; S — площадь.

Размерность единицы давления зависит от выбранной систе­мы. В СИ за единицу давления принят паскаль (Па) —давле­ние, вызываемое силой один ньютон (1 Н), равномерно распре­деленной по поверхности площадью 1 м² ( 1 Па=1 Н/м²). Эта единица очень мала, поэтому в технологических измерениях для выражения больших значений давления применяют килопаскали (кПа) или мегапаскали (МПа).

При измерении давления различают абсолютное, избыточ­ное и атмосферное (барометрическое) давление, а также ва­куум.

Абсолютным (полным) называется давление, отсчитывае­мое от'абсолютного нуля, т. е. истинное давление. Оно может быть как выше, так и ниже атмосферного. Если абсолютное давление ниже атмосферного, его называют остаточным.

Избыточным (манометрическим) называют давление, от­считываемое от условного нуля, за который принимают атмо­сферное давление. Разность между атмосферным и остаточным давлением называют в а ку у м о м (разрежением).

В технике в основном измеряют избыточное давление, так как большинство приборов по своей конструкции может пока­зывать (или записывать) только избыточное давление (если они не изолированы от атмосферы). Абсолютным давлением поль­зуются главным образом в физике при изучении термодинами­ческого состояния различных веществ (температуры кипения, давления паров и других параметров).

Приборы для измерения давления называются маномет­рами.

Большой диапазон измеряемых давлений, а также специфи­ческие условия измерения их в различных технологических про­цессах определяют разнообразие систем манометров, отличаю­щихся как по принципу действия, так и по устройству. В зави­симости от вида и величины измеряемого давления маномет­ры условно подразделяют на:

барометры — приборы для измерения барометрического давления атмосферного воздуха;

м а н о м е т р ы избыточного давления — приборы для измерения избыточного давления (выше барометрического), равного разности между абсолютным и барометрическим (атмосферным);

д и ф ф е р е и ц и а л ь н ы е манометры — приборы дл| измерения разности двух давлений (до 0,63 МПа), ни одно которых не является давлением окружающей среды.

По принципу действия приборы для измерения давления под( разделяются на:

ж и д кос т и ы е манометры — приборы, в которых ИМ меряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости соответствующей высоты; значение измеряемого давления в таких приборах определяется по высоте столба уравновешивающей жидкости;

деформационные манометры — приборы, в которых измеряемое давление определяется по деформации раз­личных упругих чувствительных элементов или по развиваемой ими силе;

грузопоршневые манометры—приборы, в кото­рых измеряемое или воспроизводимое давление уравновешива­ется давлением, создаваемым массой поршня и грузов;

электрические  манометры — приборы, действие которых основано на зависимости электрических параметре (сопротивление, емкость и т. д.) манометрического преобразователя от измеряемого давления.

Жидкостные манометры

Жидкостные манометры являются самыми простыми и точными приборами для измерения давления. Они выполняются из стекла. Верхний предел измеряемого давления составляет около 200 кПа. Эта величина определяется прочностью стеклянных трубок, герметичностью соединений стекла с металлом или резиной (соединительными трубками), а также удобством визуального отсчета показаний.

 

Деформационные манометры

Наибольшее распространение и нефтяной промышленности манометров этого вида получили сильфоновые манометры и ма­нометры с трубчатыми пружинами.

Сильфонные манометры (сильфоны) представляют собой упругие гофрированные трубки из стали, латуни или фосфори­стой и бериллиевой бронзы, закрытые с одном стороны.

Среда, давление которой измеряется, обычно подводится к коробке с сильфоном и воздействует на его наружную поверх­ность. Последний, сжимаясь при увеличении давления, перемещает шток, а следовательно, и стрелку прибора или перо если прибор регистрирующий.

Сильфонные манометры выпускаются как показывающими, так и самопишущими. Под действием измеряемого дав­ления сильфон с пружиной сжимается, перемещая вверх шток. Верхний конец штока связан передаточным механиз­мом с держателем пера, которым давление записывается на бумажной диаграмме (картограмме) специальными чернилами. Картограмма приводится во вращение часовым механизмом или синхронным двигателем.

Для измерения больших давлений применяются маномет­ры содновитковой и многовитковой трубчаты­ми пружинами.

Одновитковая трубчатая пружина представляет собой полую металлическую трубку овального сечения, изогнутую по дуге и закрытую с одного конца. Второй конец трубчатой (маномет­рической) пружины впаян в штуцер, соединяющий трубку со средой, давление которой измеряется. Под действием давления трубчатая пружина меняет форму своего сечения, в результате чего ее свободный конец перемещается пропорционально изме­ряемому давлению. При увеличении давления трубка разгибается. Таким образом, вход­ной величиной трубчатой пружины является измеряе­мое давление р, выходной величиной -— угол переме­щения свободного конца. Увеличение угла поворо­та стрелки достигается с по­мощью передаточного меха­низма.

Для измерения давления до 5 МПа трубки изготавливают из латуни или бронзы, а для более высоких давлений — из стали.

Для приведения в действие сигнальных устройств (ламп, звонков) применяются электроконтактны маномет­ры (ЭКМ), состоящие из двух передвижных контактов (мини­мального и максимального), устанавливаемых на требуемые значения давления и замыкаемых стрелкой при достижении со­ответствующих давлений (рис. 76).

В некоторых случаях для измерения высоких давлений при­меняют электрические манометры. К ним относятся манометры сопротивления, емкостные, пьезоэлектрические и т.д.

В электрических манометрах сопротивления используется свойство проводников изменять сопротивление под действием давления.

Сопротивление проводника и его изменение при изменении подводимого давления измеряются соответствующим прибором.

В емкостных манометрах используется уменьшение или уве­личение емкости плоского конденсатора при изменении давле­ния, которое увеличиваем или уменьшает расстояние между обкладками.

 

Измерение температуры

Температура является одним из важнейших параметре определяющих протекание многих технологических процессе Температурными пределами процесса определяется качество получаемых продуктов, давление их паров, плотность и вяз кость жидкостей и паров и т. д.

В настоящее время для нахождения температуры используются следующие основные физические явления, происходящие веществах при изменении температуры:

1) изменение линейных размеров и объема жидких и твердых тел;

2) изменение давления жидкостей и газов, заключенных постоянный объем;

3) возникновение и изменение термоэлектродвижущих сил в термоэлементах;

4) изменение активного электрического сопротивления про
водников или полупроводников;

5) изменение лучеиспускательной способности нагретых тел.
В зависимости от названных явлений классифицируются при-

боры для измерения температуры, называемые термометрами.

Термометрами расширения называются такие приборы, в которых используется  наблюдаемое при изменен температуры изменение объема   или линейных размеров к В зависимости от веществ, используемых в приборах, термометры расширения подразделяются на жидкостные и деформационные. Действие жидкостных термометров расширения основа­но на принципе теплового расширения жидкости, заключенной в стеклянный резервуар малого объема. Действие же механи­ческих термометров основано на изменении линейных разме­ров твердых материалов (металлов и сплавов) при изменении их температуры.

В качестве рабочей жидкости для жидкостных термометров применяют ртуть и органические жидкости. Ртутные жидкост­ные термометры обычно используют для измерения высоких температур (до 750°С), а термометры с органическими жидко­стями— для измерения низких температур (спирты до —100°С, толуол до —90°С).

Жидкостные стеклянные термометры относятся к местным приборам контроля за температурой. Они изготавливаются прямыми и угловыми под углами 90 и 135°. В производственных условиях ртутные термометры обычно устанавливают в металлической защитной арматуре (стальной трубке с окном для наблюдения за показаниями), что предохраняет термометры от механических повреждений.

В технологических процессах с повышенными- температурами широко применяются термоэлектрические термометры, принцип действия которых основан на термоэлектрическом эффекте. Если взять два проводника с разной проводимостью А и В и одни концы их спаять или сварить, а вторые оставить свободными, то при нагревании спая на свободных концах возникнет разность потенциалов Е_Ав или термоэлект­родвижущая сила (т.э.д.с). Эта разность потенциалов (т.э.д.с.) будет тем выше, чем больше разность температур спая и сво­бодных концов. Образованный таким образом термоэлемент на­зывается термопарой.

Чтобы измерить т.э.д.с. в цепи термопары, необходим изме­рительный прибор, подсоединенный к ее свободным концам (свободным концам термоэлектродов).

При измерении температуры термопара как чувствительный элемент помещается в измеряемую среду, причем каждому зна­чению температуры среды будет соответствовать определенная т.э.д.с. термопары. Т.э.д.с. термопары зависит от материала термоэлектродов, из которых изготавливаются термопары. Это, главным обра­зом, металлические сплавы с малым коэффициентом темпера­турного сопротивления. В промышленности широко применяют­ся термопары из благородных и неблагородных металлов.

Один термоэлектрод термопары ТПП (платинородий — пла­тина) выполнен из сплава (10% Rh и 90% Rt). второй элект­род— из чистой платины. Такая термопара обладает повышен­ной жаростойкостью и стабильной характеристикой. Она приме­няется для измерения температур от 200до1300°С при длитель­ном использовании в промышленных условиях и до 1600°С при кратковременных измерениях. Диаметр термоэлектродов 0,5 мм. Термопара. ТХА (хромсль-алюмсль) имеет один термоэлект­род из хромеля (89 % Ni, 9,8 % Сг, 1 % Fe, 0,2 % Мn), а второй из алюмеля (94 % Ni, 2 %А1, 2,5 % Мn, 1 % Si, 0,5 % Fe). При­меняется для измерения температуры от —50 до 1000 °С при про­должительных измерениях в промышленных условиях и до 1300 °С при кратковременных измерениях. Диаметр этих тер­моэлектродов не менее 3,2 мм.

Термопара ТХК (хромель-копель) имеет один электрод из хромеля, а второй из копеля (56% Ni, 44% Сг). Применяется для измерения температуры от —50 до 600 °С при продолжи­тельных и до 800 °С при кратковременных измерениях. Диаметр термоэлектродов ТХК не менее 3,2 мм.

При измерении температуры в нескольких местах одного и того же объекта или в нескольких различных объектах контро­ля часто один измерительный прибор работает в. комплекте с несколькими термопарами (рис. 79). В этом случае температу­ра изменяется путем поочередного подключения термопар к из­мерительному прибору.

На принципе использования милливольтметров для измере­ния температуры разработаны специальные приборы, называе­мые потенциометрами.

 

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: