Автоматизация доменного процесса (стр. 9 из 11)
Дифманометр-расходомер работает в комплекте со вторичным электронным дифференциально-трансформаторным прибором.
Дифманометры рассчитаны на два предела статического давления: до 6,27 МПа (64 кг/см2) и до 24,5 МПа (250 кг/см2), перепады давления от 5,3 до 133,3 кПа (40–1000 мм рт. ст.)
Различные пределы измерения достигаются применением мембранных блоков различной жесткости. Основная допустимая погрешность показаний прибора в комплекте со вторичным прибором +-2% от верхнего предела шкалы.
На рисунке 24 показана схема мембранного компенсационного дифманометра. Вялая мембрана 2 с жестким центром, несущая сердечник 1 дифференциально-трансформаторного датчика, подвешена на уравновешивающей пружине 3 к рычагу 4, проходящему через сильфонное уплотнение.
Возникающее вследствие перемещения сердечника напряжение разбаланса поступает на вход электронного усилителя 9. Реверсивный двигатель 7, управляемый электронным усилителем, поворачивает лекало 5 и через рычаг 4 воздействует на уравновешивающую пружину.
Система придет в равновесие, когда усилие, развиваемое мембраной, уравновесится силой пружины и сердечник возвратится в исходное среднее положение. При этом оси лекала и стрелки местной шкалы 6 прибора поворачиваются на угол, пропорциональный перепаду давления. С осью лекала кинематически связаны оси рамок 8 ферродинамических датчиков (от одного до трех), предназначенных для дистанционной передачи показаний.
Рисунок 24 – схема мембранного компенсационного дифманометра:
1 – сердечник; 2 – вялая мембрана; 3 – пружина; 4 – рычаг;
5 – лекало; б – Шкала; 7 – реверсивный двигатель; 8 – рамка
ферродинамического датчика; 9 – электронный усилитель
Приборы имеют различные пределы измерения разности давлений, от 6,18 до 21,3 кПа (63–160 мм рт. ст.). Максимальное допустимое рабочее давление 1,56 МПа (16 кг/см2). Основная допустимая погрешность дифманометра в комплекте с вторичным прибором ±1,5% от максимального предела шкалы.
3.1.5Манометры сопротивления
Действие приборов основано на изменении сопротивления проводника под действием внешнего давления. Электрическими проводниками принципиально могут служить любые металлы и сплавы, а также полупроводники. Однако для использования в манометрах сопротивления наиболее подходящим материалом является манганин, так как он обладает малым температурным коэффициентом сопротивления.
Недостаток манганина заключается в малом изменении сопротивления от действия давления (малый пьезокоэффициент).
Если обозначить сопротивление проводника, подвергаемого давлению, через R, изменение сопротивления – через
, а давление – через р, то изменение сопротивления будет следовать линейному закону 
,
где k– пьезокоэффициент, величина которого зависит от материала проводника. Из этого соотношения следует, что
.
Значения пьезокоэффициента не только различны для разных материалов, но непостоянны даже для одного и того же материала. Для манганина
.Малая величина пьезокоэффициента обусловливает целесообразность применения манганиновых манометров только для измерения высоких и сверхвысоких давлений. Одна из конструкций манганинового манометра показана на рисунке 25. Воспринимающей частью манометра является однослойная катушка 1 диаметром 8 мм из манганиновой проволоки диаметром 0,05 мм, намотанной бифилярно. Сопротивление катушки 180–200 ом. Один конец обмотки катушки припаян к гайке 2, а другой – к медному стержню 3. Стержень проходит через канал в гайке. Центральное положение стержня в канале обеспечивается эбонитовыми втулками 4 и 5. Уплотнение стержня достигается набивкой из фибровых и резиновых колец 6, сжатых гайкой 7. Гайка 2 ввертывается в корпус 8, снабженный ниппелем 9 для присоединения к аппарату или трубопроводу, в котором измеряется давление.
Для измерения сопротивления может быть использован любой измеритель электрических сопротивлений, например электронный уравновешенный мост. Пьезокоэффициент для разных образцов манганина непостоянен, поэтому манганиновые манометры сопротивления необходимо калибровать после изготовления.
Рисунок 25 – манганиновый манометр сопротивления: 1 – катушка; 2 и 7 – гайки; 3 – стержень; 4 и 5 – втулки; 6 – кольца; S– корпус; 9-ниппель
При линейной зависимости можно калибровать путем измерения сопротивления манганиновой катушки при двух различных давлениях, одним из которых может быть атмосферное давление. По литературным данным, линейная зависимость сопротивления манганина от давления проверена до 3000 МПа (30 000 кг/см2), Точность измерения давления манганиновым манометром зависит главным образом от точности измерения сопротивления катушки, качества калибровки и от точности определения калибровочных давлений. Погрешность измерения обычно не превышает ± 1%предела шкалы. Кроме металлических датчиков, в манометрах сопротивления применяются полупроводниковые датчики.
Известны конструкции манометров с угольными столбиками, составленными из тонких дисков диаметром 5–10 мм и толщиной 1,0 мм, изготовленных из электродного угля. У такого столбика при сжатии уменьшается сопротивление, что объясняется улучшением контактов между отдельными дисками. Пьезокоэффициент угольного столбика в тысячи раз больше, чем манганина; однако нелинейная зависимость сопротивления от давления, большой гистерезис, непостоянство градуировки и значительное влияние температуры ограничивают применение угольных манометров.
Использование других полупроводников пока не вышло из пределов лабораторных исследований.
Все полупроводниковые датчики пригодны для измерения давлений не выше 5,88–7,84 МПа.
3.1.6 Емкостные манометры
Действие приборов основано на изменении емкости плоского конденсатора при изменении расстояния между обкладками.
Емкость плоского конденсатора, состоящего из двух обкладок, выражается зависимостью
,
где
– диэлектрическая проницаемость среды между обкладками; s– площадь одной из обкладок; 
– расстояние между обкладками.С уменьшением
емкость возрастает по гиперболическому закону. Поэтому выгодно работать при малом начальном значении , что создает большую чувствительность и возможность работы на линейном участке характеристики.Устройство одного из емкостных манометров показано на рисунке 26. Корпус датчика снабжен ниппелем для присоединения к объекту измерения. В дно ниппеля впаяна мембрана, воспринимающая давление. В верхнюю часть корпуса ввернута втулка 3, положение которой относительно корпуса может фиксироваться контргайкой. Внутрь втулки 3 вставлен керамический цилиндр – изолятор с электродом. Электрод оканчивается диском, являющимся второй обкладкой конденсатора.
Под действием давления мембрана прогибается, изменяется расстояние между ней и диском, увеличивается емкость конденсатора. Выбирая размеры мембраны, можно создавать приборы для измерения давлений в широком диапазоне.
Рисунок 26 – Емкостной манометр: 1 – корпус датчика; 2 – мембрана; 3 – втулка; 4 – контргайка; 5 – изолятор; 6 – электрод; 7 – диск
На показание емкостных манометров влияет температура окружающей среды. При изменении температуры изменяются размеры датчика, особенно расстояние между обкладками.
Недостатком емкостных манометров является также большое влияние паразитных емкостей, главным образом соединительных проводов и металлических частей установки, которое проявляется неодинаково и зависит от взаимного расположения деталей.
Погрешность измерений не превышает ±1,5–2% предела шкалы прибора. Измерителями емкости обычно служат высокочувствительные резонансные приборы.
 |  |
3.1.7 Пьезоэлектрические манометры
Действие пьезоэлектрических манометров основано на свойствах некоторых кристаллических веществ создавать электрические заряды под действием механической силы. Это явление называется пьезоэффектом.
Пьезоэффект наблюдается у кристаллов кварца, турмалина, сегнетовой соли, титаната бария и некоторых других веществ. Особенностью пьезоэффекта является его безынерционность. Заряды возникают мгновенно в момент приложения силы. Это обстоятельство делает пьезоэлектрические манометры незаменимыми при измерении и исследовании быстропротекающих процессов, связанных с изменением давления (индицирование быстроходных двигателей, изучение явлений кавитации, взрывных реакций и т.п.).