Автоматизация доменного процесса (стр. 7 из 11)
,где G– сила тяжести груза;
а – расстояние центра тяжести системы от точки опоры; φ – угол поворота кольца.
При уравновешивании обоих моментов кольцо остановится в новом положении равновесия (Мвр= MG):
,
или
.
Так как сила тяжести груза и геометрические размеры кольца являются постоянными величинами, то уравнение можно написать в форме
.
Измеряемое давление (или разность давлений) пропорционально синусу угла поворота кольца. Поэтому шкала прибора неравномерная. Кроме того, по конструктивным соображениям угол поворота кольца нельзя сделать больше 60°, что ограничивает длину шкалы при непосредственном соединении кольца с указывающей стрелкой. Для увеличения длины шкалы между стрелкой прибора и кольцом выводят передачу, увеличивающую перемещение стрелки и одновременно выравнивающую шкалу прибора.
Приборы кольцевого типа изготовляются показывающими, показывающе-самопишущими, с дистанционной передачей показаний, а также в виде бесшкальных датчиков для систем телеизмерения.
Наибольшая возможная величина верхнего предела измерения определяется главным образом размерами кольца и плотностью затворной жидкости и обычно составляет 33,325 кПа (250 мм рт. ст.) для приборов с ртутным заполнением и 2,452 кПа(250 мм вод. ст.) для приборов с водяным или масляным заполнением. Изменение пределов измерения осуществляется сменой уравновешивающего груза.
Приборы с водяным и масляным заполнением предназначаются для работы при избыточном давлении до 49 кПа (0,5 кг/см2); приборы с ртутным заполнением – до 0,98–9,80 кПа (10 – 100 кг/см2). Основная допустимая погрешность кольцевых приборов не превышает 1,1–1,5% от верхнего предела измерения.
В приборах низкого давления кольцо изготовляется из листового металла. Измеряемая среда подводится с помощью резиновых трубок, создающих очень небольшой противодействующий момент, которым можно пренебречь. В приборах среднего давления кольцо изготовляют из цельнотянутой стальной трубы. Измеряемая среда подводится через бронзовые или стальные трубки, витки которых навиты в противоположных направлениях. При повороте кольца в спиралях возникают усилия, действующие в разные стороны и взаимно уравновешивающиеся.
Преимуществами кольцевых приборов перед поплавковыми и колокольными является отсутствие уплотнительных устройств в передаточном механизме (особенно важно для приборов высокого давления) и независимость чувствительности прибора от изменений плотности рабочей жидкости и среды над ней.
К недостаткам кольцевых приборов можно отнести чувствительность к качеству сборки и монтажа и наличие трубок, подводящих давление, которые могут вносить погрешность в измерении.
3.1.2Поршневые манометры
Поршневые манометры в основном применяются для градуировки и поверки различных видов пружинных манометров, так как отличаются высокой точностью и широким диапазоном измерений, от 0,098 до 980 МПа (1–10 000 кг/см2).
Образцовый поршневой манометр (типа МОП) схематически показан на рисунке 17. Прибор состоит из колонки, укрепленной на станине прибора. В колонке имеется вертикальный цилиндрический канал, в котором движется пришлифованный поршень, несущий на верхнем конце тарелку для накладывания грузов.
Рисунок 17 – Схема образцового поршневого манометра типа МОП:
1 – колонка; 2 – поршень; 3 и 8 – воронки; 4 – бобышки;
5 – канал; 6 – тарелка: 7 – поршень; 9 – 13 – вентили
Верхняя часть колонки снабжена воронкой для сбора масла, просачивающегося через зазор между поршнем и цилиндром.
В станине высверлен горизонтальный канал, в расширенной части которого движется от винтового штока поршень 7, уплотненный манжетами.
Канал в станине соединяется с каналом колонки и каналами двух бобышек, служащих для укрепления поверяемых манометров. Кроме того, с каналом станины соединен канал воронки 8, которая служит для заполнения системы маслом. Каналы снабжены игольчатыми вентилями 9–12 для отъединения их от канала станины. Вентиль 13 служит для спуска масла из прибора.
Максимальное давление, создаваемое грузами, 4900 кПа (50 кг/см2).
Для поверки манометров на большее давление пользуются поршневым прессом, отъединив от прибора поршневую колонку 1 вентилем 10. В качестве прибора сравнения применяют образцовый пружинный манометр, присоединяя его к одной из бобышек 4, а поверяемый прибор – к другой бобышке.
Рисунок 18 – поршневой манометр с гидравлическим мультипликатором: 1 – трубка; 2 – корпус; 3–7 – цилиндры; 4 – поршень высокого давления; 5 – шкив; 6 – поршень низкого давления; 8 – колонка поршневого манометра
Образцовые поршневые манометры МОП с пределом измерений до 4,9 МПа в зависимости от разряда имеют основную относительную допустимую погрешность при температуре 20 ± 5° С: 1-го разряда 0,02%, 2-го разряда 0,05%, 3-го разряда 0,2%.
Приборы 1 и 2-го разрядов применяются для поверки образцовых поршневых и пружинных манометров, а приборы 3-го разряда – для поверки рабочих пружинных манометров.
Для измерения высоких давлений (до 980МПа) применяются поршневые манометры с гидравлическим мультипликатором (системы Жоховского), схема которого показана на рисунке 18. Он состоит из поршневого манометра с пределом измерения 4,9 МПа и двухпоршневого гидравлического мультипликатора.
Колонка 8 поршневого манометра установлена в верхней части корпуса 2 мультипликатора.
Мультипликатор имеет цилиндр низкого давления 7 и цилиндр высокого давления 3. Эти цилиндры имеют различные диаметры. Шток поршня 6 низкого давления опирается на головку поршня 4 высокого давления.
Пространство цилиндра 7 над поршнем 6 и соединенный с ним канал колонки 8 поршневого манометра заполнены маслом. Цилиндр 3 находится в полости корпуса и также заполнен маслом.
Поршни 4 и 6, расположенные соосно и соединенные муфтой, во время работы приводятся во вращение электродвигателем, соединенным со шкивом 5.
Трубка 1 соединяет полость корпуса с прессом высокого давления (на схеме не показан), к которому присоединяется поверяемый пружинный манометр.
Жидкость, нагнетаемая прессом высокого давления в полость корпуса, поднимает поршень 4, и его головка отходит от опорной поверхности торца цилиндра высокого давления. При этом жидкость в полости корпуса под поршнем высокого давления в трубке 1 и сообщающихся с ней каналах пресса будет находиться под давлением
,где
и 
,здесь
– эффективная площадь поршня низкого давления; 
– эффективная площадь поршня высокого давления; р1– давление, создаваемое поршневым манометром; G1– сила тяжести поршней низкого и высокого давления и соединенных с ними деталей.Давление р0 мало по сравнению с kpl. Поэтому можно считать, что гидравлический мультипликатор увеличивает давление р1, создаваемое поршневым манометром, в kраз, т.е. р = kp1.
Применение мультипликатора с постоянной k= 200 позволяет создавать давление 980 МПа посредством поршневого манометра с пределом измерений 4,9МПа.
Постоянные kи р0определяются путем гидростатического уравновешивания с каким-либо поршневым манометром с известной эффективной площадью поршня или по результатам измерения диаметров поршней и их взвешивания.
3.1.3 Пружинные приборы
Рисунок 19 – типы пружинных приборов
Пружинные манометры, вакуумметры, мановакуумметры, тягомеры, напоромеры, дифференциальные манометры и барометры составляют обширную группу приборов для технических измерений.
Действие этих приборов основано на измерении величины деформации различного вида упругих элементов. Деформация упругого чувствительного элемента преобразуется передаточными механизмами того или иного вида в угловое или линейное перемещение указателя по шкале прибора.
Преимущества пружинных приборов – простота устройства, надежность в эксплуатации, универсальность, портативность и большой диапазон измеряемых величин. Пружинные приборы изготовляются различных классов точности: от 0,5 до 4.
По виду упругого чувствительного элемента пружинные приборы делятся на следующие группы:
1) приборы с трубчатой пружиной или собственно пружинные (рисунок 19 а, б)
2) мембранные приборы, упругим элементом является мембрана мембранные приборы, упругим элементом является мембрана (рисунок 19, в), анероидная или мембранная коробка (рисунок 19, г и д), блок анероидных или мембранных коробок (рисунок 19, е и ж);
3) пружинно-мембранные с гибкой мембраной (рисунок 19, з) и пружинно-сильфонные (рисунок 19, и);
4) приборы с упругой гармониковой мембраной (сильфоном) (рисунок 19, к).
Приборы с трубчатыми пружинами
Наиболее широко применяются приборы (манометры, вакуумметры, мановакуумметры и дифманометры) с одновитковой трубчатой пружиной, изогнутой в виде дуги окружности, с центральным углом 180–270°.