ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Стр 1 из 6Следующая ⇒

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Давление - один из важнейших параметров технологических процессов.

Давлением называется отношение силы, действующей на площадь, к величине площади.

, (2.1)

где F – сила;

S – площадь.

Различают давления:

1) барометрическое (атмосферное) - Р _атм;

2) абсолютное - Р _абс;

3) избыточное - Р _изб;

4) вакуум (разрежение) - Р _вак

1. Барометрическое давление - это давление атмосферы, окружающей земной шар.

2. Абсолютное давление - это полное давление, под которым находятся жидкость, газ или пар.

Р_абс = Р_изб + Р_атм (2.2)

3. Избыточное давление - это давление сверх атмосферного.

Р_изб = Р_абс - Р_атм (2.3)

4. Если из закрытого сосуда откачать часть воздуха, то абсолютное давление внутри сосуда понизится и станет меньше, чем атмосферное. Такое давление внутри сосуда называется вакуумом.

Вакуум - это недостаток давления до атмосферного.

Р_вак = Р_атм - Р_абс (2.4)

Рис. 2.1 Виды давлений

Остаточное давление определяется по формуле:

Р_ост= Р_атм – Р_вак, (2..5)

где Р_атм = 760 мм рт.ст.

Единицы измерения давления

Единица измерения давления в системе СИ - Паскаль (Па).

Паскаль - это давление с силой 1 Н на площадь 1 м ².

(2.6)

Внесистемные единицы: кгс/см ²; мм вод.ст.; мм рт. ст; бар, атм.

Соотношение между единицами измерения:

1 кгс/см ² = 98066, 5 Па (2.7)

1 мм вод.ст. = 9, 80665 Па

1 мм рт.ст. = 133, 322 Па

1 бар = 10 ⁵ Па

1 атм = 9, 8* 10⁴ Па

Классификация приборов для измерения давления

I. По принципу действия:

1) жидкостные;

2) деформационные;

3) грузопоршневые;

4) электрические.

II. По роду измеряемой величины:

1) манометры - приборы для измерения абсолютного и избыточного давления;

2) вакуумметры - приборы для измерения вакуума;

3) мановакуумметры - для измерения избыточного давления и вакуума;

4) дифманометры - для измерения разности двух давлений;

5) барометры - для измерения атмосферного давления;

6) напоромеры (микроманометры) - для измерения малых избыточных давлений;

7) тягомеры - приборы для измерения малых разрежений;

8) тягонапоромеры - приборы для измерения малых избыточных давлений и малых разрежений.

Жидкостные манометры

Принцип действия их основан на уравновешивании измеряемого давления давлением столба рабочей жидкости.

Рабочей жидкостью может быть вода, спирт, ртуть, минеральные масла небольшой вязкости.

Они применяются для лабораторных и местных технических измерений небольших давлений, разрежений, разности 2-х давлений, атмосферного давления.

Их достоинства: простота конструкции, дешевизна, сравнительно высокая точность измерения.

Выпускают несколько типов жидкостных манометров: U - образные; однотрубные (чашечные); кольцевые.

Рис.2.2 U - образный манометр

1 - U - образная стеклянная трубка;

2 - доска;

3 - шкала.

Этот манометр состоит из U - образной стеклянной трубки, заполненной жидкостью: водой, спиртом или ртутью. Трубка закреплена на доске (2) со шкалой (3), расположенной между коленами трубки.

Трубка заполняется жидкостью до нулевой отметки.

К одному концу трубки подводится давление измеряемой среды; другой конец трубки сообщается с атмосферой.

Под действием измеряемого давления жидкость в трубке перемещается из одного колена в другое до тех пор, пока измеряемое давление не уравновесится давлением столба жидкости в открытом колене.

Если измеряемое давление ниже атмосферного, то жидкость в коленах переместится в обратном направлении, и высота столба будет соответствовать вакууму.

Для определения столба жидкости нужно сделать 2 отсчета: h₁ и h₂ и суммировать их.

h = h₁ + h₂ (2.8)

Деформационные приборы

(пружинные манометры)

В этих приборах давление определяется по деформации упругих элементов.

Рис.2.3 Упругие элементы пружинных манометров:

а) одновитковая трубчатая пружина (трубка Бурдона);

б) многовитковая трубчатая пружина;

в) упругая мембрана;

г) мембранная коробка;

д) сильфон

Стандартные шкалы манометров

0, 6; 1, 0; 1, 6; 2, 5; 4, 0

6 10 16 25 40

60 100 160 250 400

600 1000 1600 кгс/см ²

Подбор манометров по разрешенному

рабочему давлению

На шкале манометра должна быть нанесена красная черта, соответствующая разрешенному рабочему давлению.

Красная черта ставится на 2/3

шкалы манометра.

Рис. 2.5. Красная черта манометра

Если нужно подобрать манометр по разрешенному давлению Р_разр, то (2.8)

и подбирают ближайшее большее значение из манометрического ряда.

Пример

Подобрать шкалу манометра, если Р_разр = 10 кгс/см ²

Такой шкалы нет, поэтому шкала выбирается от 0 до 16 кгс/см ².

Электроконтактные манометры

Они имеют электрическое контактное устройство, срабатывающее при достижении заданного давления и посылающее импульс в сигнальные устройства.

Манометр снабжен двумя контрольными стрелками с контактами. Контрольные стрелки устанавливают на «max» и «min» давления, а стрелка прибора, несущая контакты, перемещаясь, дает сигнал, если давление достигло значений, установленных контрольными стрелками.

ЭКМ - электроконтактный манометр (применяется для сигнализации параметров во взрывобезопасных помещениях);

ЭКВ - электроконтактный вакуумметр;

ВЭ-16рб- электроконтактный манометр, во взрывозащищённом исполнении.

Сильфонные манометры

МСС - манометр сильфонный самопишущий, предназначен для измерения давления и записи его на дисковой диаграммной бумаге.

Принцип действия МСС основан на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации сильфона.

Измеряемое давление поступает через штуцер в полость сильфонного механизма и вызывает перемещение дна сильфона, которое через передаточный механизм передается на перо прибора. Внутренняя полость сильфона связана с атмосферой.

Рис.2.6 Сильфонный манометр МСС

Предел измерения давления зависит от толщины стенок, размера и количества гофр сильфона, а также от металла, из которого он изготовлен.

Сильфонные приборы делятся на показывающие и самопишущие. Они могут быть с пневматическим выходным сигналом, с сигнальным устройством, с записью одного или 2-х давлений, с пневматическим регулирующим устройством.

Манометры МСС используются для непосредственного измерения давления и как вторичные приборы. Если МСС используют для непосредственного измерения давления, то их подключают прямо к трубопроводу или аппарату.

Они имеют следующие пределы измерения:

0 ¸ 0, 25; 0 ¸ 0, 4; 0 ¸ 0, 6; 0 ¸ 1; 0 ¸ 1, 6; 0 ¸ 2, 5; 0 ¸ 4 кгс/см ².

Если МСС применяют, как вторичный прибор, то их подключают к аппарату или трубопроводу через первичный прибор.

В этом случае МСС имеют пределы измерения от 0, 2 до 1 кгс/см ².

В самопишущих манометрах вращение диаграммы может осуществляться с помощью часового механизма или синхронного двигателя. Приборы с часовым механизмом используют во взрывоопасных помещениях.

На диаграмме нанесен отсчет времени, при помощи которого можно определить измеряемое давление относительно времени работы технологического оборудования. Дисковая диаграммная бумага совершает один оборот за сутки, затем ее заменяют новой.

Пример.

МСС записывает 40 % давления. Определить давление в кгс/см ², если верхний предел измерения равен 6 кгс/см ².

Чтобы определить давление, нужно составить пропорцию:

6 кгс/см ² - 100 %

Х кгс/см ² - 40 %

Решая пропорцию, получим:

Датчики системы ГСП

ГСП - государственная система приборов.

Датчики ГСП унифицированы (взаимозаменяемы). Они состоят из 2-х частей: из измерительного блока и пневматического преобразователя. Пневмопреобразовательная часть у них одинаковая, а измерительный блок - разный в зависимости от измеряемого параметра.

Датчики ГСП бывают пневматические и электрические.

Пневматические датчики ГСП питаются сжатым воздухом давлением 1, 4 ± 0, 14 кгс/см ².

Выходной сигнал имеет давление от 0, 2 до 1 кгс/см ² (20- 100 кПа).

Работа

Сжатый воздух питания, пройдя фильтр (очищает от капель масла, пыли, влаги), подается в редуктор (предназначен для поддержания постоянного давления). Оттуда с давлением 1, 4 кгс/см ² подводится в камеру А усилителя мощности 14. Затем через шариковый клапан 13 воздух питания поступает в камеру Б, через постоянный дроссель 11 в камеру В, в камеру Г и т.д.

Из камеры В воздух подается в линию сопла 5 и выходит в атмосферу.

Постоянный дроссель 11 нужен для устранения влияния давления питания на показания прибора, он поддерживает постоянным расход воздуха.

Измеряемое давление подводится к чувствительному элементу датчика - к сильфону 1, где преобразуется в усилие, пропорциональное давлению. Это усилие передается Т - образному рычагу 2, который перемещает заслонку 6 относительно сопла 5 и изменяет давление в линии сопла.

При увеличении измеряемого давления сильфон 1 разжимается, и усилие передается на Т - образный рычаг, он отклоняется и заслонкой 6 прикрывает сопло 5.

При этом выход воздуха через сопло уменьшается, давление в камере В увеличивается. Это давление действует на мембраны. Мембрана 10 прогибается вверх и закрывает шариковый клапан 9, через который камера Г сообщается с камерой Д и атмосферой. Одновременно мембрана 15 прогибается вниз и открывает шариковый клапан 13, через который воздух питания поступает из камеры А в камеры Б и Г. Давление в камерах Б и Г и в выходной линии повышается до величины давления в камере В.

Усиленный по мощности сигнал из усилителя подается по линии связи на вторичный прибор и одновременно в СОС 8. СОС преобразует давление сжатого воздуха в усилие, которое передается на Г - образный рычаг 7.

Г - образный рычаг, стремясь вернуться в исходное положение, передает усилие через подвижную опору 4 на Т - образный рычаг 2. Рычаг отклоняется, и заслонка приоткрывает сопло. Система принимает новое уравновешенное положение.

Усилитель 14 усиливает сигнал по мощности для быстрой передачи давления по линии связи на вторичный прибор без изменения его.

Если измеряемое давление уменьшается, то заслонка приоткрывает сопло (зазор между соплом и заслонкой увеличивается). Давление в линии сопла и в камере В понижается, мембрана 10 прогибается вниз, клапан 9 открывается и часть воздуха сбрасывает в атмосферу. Мембрана 15 прогибается вверх, а клапан 13 приоткрывается. В результате давление в камерах Б и Г на выходе устанавливается равным давлению в камере В и т.д.

Давление Р _вых уменьшается.

Для устранения автоколебаний предусмотрен жидкостной демпфер 17.

Пределы измерения:

МС - П1: 0 ¸ 0, 25; 0 ¸ 0, 4; 0 ¸ 0, 6; 0 ¸ 1; 0 ¸ 1, 6; 0 ¸ 2, 5;

0 ¸ 4; кгс/см ².

МС - П2; 0 ¸ 6; 0 ¸ 10; 0 ¸ 16; 0 ¸ 25 кгс/см ².

По конструкции МС-П1 и МС-П2 отличается размерами приемного сильфона. МС-П1 имеет приемный сильфон большего диаметра, чем МС-П2.

Класс точности: 0, 6; 1, 0; 1, 5.

Узлы настройки:

1. Корректор нуля - для настройки начального значения выходного сигнала, равного 0, 2 кгс/см ².

2. Подвижная опора - для настройки верхнего предела измерения.

Настройка прибора МС-П на «О» по месту

Проверить прибор на «О» - это значит: измеряемое давление будет равно 0, а выходной сигнал должен быть 0, 2 кгс/см ².

Порядок проверки и настройки:

1. Предупреждаем аппаратчика.

2. Берем с собой все необходимое (каску, противогаз, очки, ключи, перчатки, отвертку, контрольный манометр).

3. Идем на установку к прибору, закрываем вентиль на измерительной линии (если есть возможность, освободить сильфон).

4. Ключом отсоединяем линию на вторичный прибор от усилителя мощности.

5. Подсоединяем на выход контрольный манометр.

6. Если прибор настроен правильно, манометр покажет давление 0, 2

кгс/см ².

Если прибор завышает(0, 3 кгс/см ² ), то вращаем винт корректора нуля отверткой против часовой стрелки.

Если прибор занижает (Р _вых = 0, 1 кгс/см ² ), то винт корректора нуля вращаем по часовой стрелке.

Затем делаем все в обратном порядке.

Рис. 2.7 Манометр сильфонный пневматический типа МС-П

Грузопоршневой манометр

Предназначен для поверки различных видов пружинных манометров, т.к. отличается большой точностью и широким диапазоном измерения (до 10000 кгс/см ² ).

Существуют 2 метода поверки манометров:

1) с помощью грузов;

2) с помощью образцового манометра.

Принцип действия поршневого манометра основан на уравновешивании сил, создаваемых, с одной стороны, измеряемым давлением, а с другой стороны - грузами, действующими на поршень, помещенный в цилиндр.

Рис. 2.9 Грузопоршневой манометр

Прибор состоит из колонки 7 с цилиндрическим каналом и поршнем 6. На верхнем конце поршня закреплена тарелка 4 для нагружения ее эталонными грузами. Поршень 1 винтового пресса служит для подъема и опускания поршня 6.

Камеру 2 заполняют трансформаторным, вазелиновым или касторовым маслом через воронку 8.

Давление в системе создают с помощью винта с маховиком 9 и поршня 1.

Штуцеры 3 служат для установки поверяемого и образцового манометров. Вентиль 10 предназначен для слива масла. В процессе измерений для устранения вредных сил трения поршня 6 о стенки цилиндрического канала колонки 7 поршень 6 вручную приводят во вращение.

Для поверки манометров с трубчатой пружинной применяют грузопоршневые манометры МП-60 и МП-600 классов точности 0, 05 и 0, 2.

Рис.2.10 Вторичный прибор системы «СТАРТ» - ПВ4. 2Э

Воздух питания, пройдя фильтр и редуктор, через постоянный дроссель 1 подается в линию сопла и в силовой элемент 7.

Сигнал от датчика Р _вх подается в сильфон приемного элемента 2. Сильфон преобразует давление в усилие, которое действует на рычаг приемного элемента 4. Рычаг отклоняется, и заслонка занимает

определенное положение относительного сопла 3. В линии сопла создается соответствующее давление и такое же становится в силовом элементе 7. Мембрана 10 под действием этого давления прогибается и действует через толкатель на рычаг силового элемента 6. Рычаг отклоняется и тянет за собой нить. На нити находятся стрелка и перо, которое перемещается по шкале и диаграммной бумаге. Другой конец нити через пружину обратной связи 5 действует на рычаг приемного элемента 4. Рычаг отклоняется, и система принимает новое уравновешенное положение. В момент равновесия снимают показания.

Марки вторичных приборов

ПВ4.2Э - для непрерывной записи и показания величины одного параметра (с вертикальной шкалой);

РПВ 4.2Э - то же, но с горизонтальной шкалой;

ПВ 4.3Э - для непрерывной записи и показания величины 2-х параметров;

ПВ 4.4Э - для записи и показания 3-х параметров;

ПВ 1.3 - показывающий вторичный прибор.

Выбор, установка и защита от коррозии приборов давления

При выборе манометров необходимо знать и учитывать:

1. Примерную величину давления, пределы его колебаний

а) для стабильного и плавно изменяющегося давления допустимое рабочее давление должно находиться в пределах 1/2 - 2/3 шкалы прибора;

б) для колеблющегося давления – 1/3- 1/2 шкалы;

2. требуемую точность измерения;

3. свойства измеряемой среды.

Монтаж манометров

Монтаж манометра на аппарате производится при помощи манометрической сборки:

Рис.2.11 Манометрическая сборка

1-вентиль отбора давления;

2- дренажный вентиль;

3- манометр;

4- трубчатый виток (сифонная трубка);

5- аппарат.

В рабочем положении вентиль 1 должен быть открыт, а вентиль 2 - закрыт. Для проверки на «0» вентиль 1 закрывают, вентиль 2 открывают. При этом манометр должен показывать «0» кгс/см².

Сифонная трубка необходима для того, чтобы защитить ЧЭ манометра (пружину, мембрану) от воздействия газа или пара с высокой температурой. При измерении давления горячего газа сифонную трубку заполняют водой. Её изготавливают в виде буквы U или кольцевой петли.

Если жидкость, газ или пар химически активны по отношению к материалу ЧЭ, то вместо сифонной трубки перед манометром устанавливают мембрану или разделительный сосуд, заполненный до половины инертной жидкостью (глицерином, вазелиновым маслом, керосином). Разделительная жидкость должна быть инертной по отношению к измеряемой среде и не растворять её в заметных количествах (рис.2.12)

Рис. 2.12 Разделительные устройства:

а - мебранное;

б – разделительный сосуд

Требования, предъявляемые к манометрам

Перед установкой манометра производят его внешний осмотр.

Не допускается применять манометры, если:

1) истёк срок их поверки;

2) отсутствует пломба с отметкой о проведении поверки (на пломбе указывают квартал и год поверки);

3) при отсутствии давления стрелка не возвращается к нулевой отметке;

4) разбито стекло или имеются другие повреждения.

Манометры устанавливают в хорошо освещённых местах, подальше от нагретых агрегатов.

При дистанционном измерении давления длина трубных соединительных линий не должна быть > 100 м, с многовитковой пружиной или сильфоном – 30 м.

На расстоянии 500 мм от места отбора устанавливают отборный вентиль.

Перед прибором устанавливают трёхходовой кран для продувки соединительных линий и проверки показаний манометра.

Жидкостные и поршневые манометры устанавливают строго по отвесу или уровню.

Импульсные линии, передающие давление к манометру, выполняют из металла, стойкого к влиянию измеряемой среды.

При измерении давления кислорода уплотнительные прокладки из органических материалов не допустимы.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

Технические данные

-Класс точности прибора-0, 5; 0, 25.;

-Питание- 24-36 В;

-Пределы измерений от 0, 06-100 МПа

-Выходной сигнал 4-20 мА

-Работают при температуре измеряемой среды и окружающего воздуха от -40 до+ 80 гр.

Устройство и работа прибора

Датчик МИДа представляет собой единую конструкцию: первичный преобразователь с электронным блоком, т.е состоит из корпуса, мембранного тензопреобразователя и электронного блока.

Датчик подсоединяется к рабочей магистрали с помощью штуцера.

Измеряемое давление подводится через штуцер в рабочую полость и воздействует на приемную (измерительную) мембрану- монокристаллическую сапфировую пластину. вызывая ее прогиб и изменение сопротивления тензорезисторов., которое преобразуется в сигнал разбаланса мостовой схемы и в результате возникших сигнал напряжения подается в электронную часть на усилитель мощности, где он усиливается по напряжению и по мощности.Затем сигнал поступает на преобразователь, где сигнал напряжения преобразуется в токовый сигнал 4-20 мА. Затем этот сигнал с выхода преобразователя поступает на вход электронных вторичных приборов контроля. Для компенсации падения напряжения выходного сигнала и защиты электроники прибора от воздействия температуры окружающей среды в схему прибора включен терморезистор. Для работы мостовой схемы прибора и всей электронной части прибора от блока питания подается напряжение =36В

В кожухе герметично соединенным со штуцером и крышкой, находится нормирующий усилитель, потенциометры для корректировки «Нуля»

и диапазона измерений.

Датчик Метран- 55 состоит из корпуса, мембранного тензопреобразователя и электронного преобразователя.

Измеряемое давление подводится в рабочую полость и воздействует непосредственно на измерительную мембрану тензопреобразователя, вызывая ее прогиб. Измерительная мембрана тензопреобразователя состоит из металлической мембраны, на внешней поверхности, которой жестко закреплен чувствительный элемент, представляющий собой монокристаллическую сапфировую пластину с кремниевыми пленочными тензорезисторами Тензорезисторы соединены в мостовую схему. Деформация измерительной мембраны вызывает изменение сопротивления тензорезистора и разбаланс мостовой схемы. Электрический сигнал, образующийся при разбалансе мостовой схемы, подается в электронный преобразователь. Электронный преобразователь преобразует электрический сигнал от тензопреобразователя в стандартный токовый выходной сигнал 4-20мА.

Электронный преобразователь состоит из фильтра радиопомех и платы микропроцессора, которая выполняет следующие функциональные узлы:

· Стабилизатор напряжения (СН)-служит для создания питающего напряжения для всех узлов.

· Источник опорного напряжения (ИОН)

· Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)- информация из АЦП, обрабатывается микропроцессором, вычисляется истинное значение давления и преобразуется в напряжение. При математической обработке используется калибровочная информация, хранящаяся в ЭПЗу.

· Микропроцессор (МП)

· Энергозависимое запоминающее устройство (ЭПЗУ)

· Преобразователь напряжения в ток (ПНТ)- формирует выходной унифицированный токовый сигнал

· Кнопочные переключатели 1 и 2 (КП)—для плавной настройки выходного сигнала