Методы и средства контроля давления. Поплавковые и гидростатические уровнемеры (стр. 2 из 4)

2. Методы и средства контроля давления

2.1 Физические основы измерения давления. Классификация приборов измерения и контроля давления

За основную единицу измерения давления согласно Международной системы (СИ) принята единица – Паскаль.

Кроме этого в промышленности для измерения давления используют следующие единицы:

- техническая атмосфера – равная давлению, которое испытывает 1 см2 плоской поверхности под действием равномерно распределенной перпендикулярной к поверхности нагрузки в 1 кгс. Эту единицу обозначают кгс/см2, т.к. кгс килограмм-сила – сообщающая массе, равной массе международного прототипа килограмма, ускорение, равное 9,80665 м/сек2 , допускается сокращенное обозначение килограмм-силы: кГ.

- метр водяного столба (м вод. ст.);

- миллиметр водяного столба (мм вод. ст.);

- миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.).

Эти единицы связаны следующими соотношениями:

Единица Давления	Па	бар	кгс/см2	кгс/м2	мм рт. ст.	мм вод. ст.	м вод. ст.
Па	-	1 10-5	10,2 10-6	0,102	7,5 10-3
бар	1 105	-	1,02	10,2 103	750
кгс/см2	98,1 103	0,981	-	1 104	735,6	10-3	10
кгс/м2	9,81	98,1 10-6	1 10-4	-	73,56 10-3	10-6	10-3
мм рт. ст.	133,3	1,333 10-3	1,36 10-3	13,6	-	13,6 10-9	13,6 10-6
мм вод. ст.	-	10 -3
м вод. ст.	10-2	103	73,556	103	-

При измерении давления различают абсолютное давление Ра, избыточное давление Р и разряжение Рh.

Под абсолютным давлением подразумевается полное давление, под которым находится жидкость, пар или газ.

Избыточное давление, показываемое манометром, равно разности между абсолютным давлением, большим, чем атмосферное, и атмосферным давлением Рb, показываемым барометром:

Р = Ра - Рb .

Разряжение (вакуум) равно разности между атмосферным давлением и абсолютным давлением, меньшим, чем атмосферное:

Рh = Рb - Ра .

Абсолютное и избыточное давления обычно выражают в кГ/см2, разряжение (вакуум) – в мм рт. ст. или мм вод. ст.

Атмосферное давление, равное давлению на горизонтальную плоскость столба ртути высотой в 760 мм при плотности ртути, равной 13,5951 г/см2, при 00С и ускорении силы тяжести 980,665 см/сек2, называют физической атмосферой, в отличии от единицы кГ/см2 – технической атмосферы. Взаимосвязь между технической и физической атмосферами следующая:

1 кГ/см2 = 0,9678 атм;

1 атм. = 1,0332 кг/см2 = 10,332 м вод. ст. при 40С.

Приборами для измерения и контроля давления служат манометры, для измерения и контроля давления и разряжения – мановакууметры, для измерения разряжения вакууметры и для измерения разности (перепада) давлений дифференциальные манометры.

Приборы для измерения и контроля давления можно классифицировать по различным признакам: по принципу действия, назначению, конструктивным признакам и классу точности.

По принципу действия приборы разделяются на :

- жидкостные, в которых измеряемое давление (или разряжение) уравновешивается давлением столба затворной жидкости соответствующей высоты;

- пружинные, в которых для определения давления измеряется возникающая под действием измеряемого давления деформация различного рода упругих элементов – трубчатой пружины, мембраны, гармониковой мембраны (сильфона) и т.д.;

- поршневые, в которых измеряемое давление определяется нагрузкой на поршень, перемещаемый в цилиндре, заполненном маслом;

- радиоактивные, в которых измеряемое давление (разряжение) определяется изменением ионизации, производимой излучениями;

- пьезоэлектрические, в которых используется пьезоэлектрический эффект, заключающийся в том, что в некоторых кристаллах (турмалин, кварц, сегнетовая соль, пьезокерамика и т.д.) под влиянием силы, действующей в направлении, зависящей от строения кристалла, появляются равные по величине и противоположные по знаку заряды, пропорциональные действующей силе, и исчезающие при снятии нагрузки;

- проволочные тензоманометры, в которых используется изменение сопротивления проволоки под влиянием механических напряжений и деформаций. Материалом для изготовления проволочных тензоманометров может служить проволока нихрома, манганина или константана.

По назначению приборы разделяются на :

- рабочие;

- контрольные;

- образцовые.

По конструктивным признакам приборы подразделяют на:

- жидкостные:

а) трубные манометры (стеклянные двухтрубные манометры, чашечные однотрубные манометры, наклонные жидкостные манометры);

б) колокольные;

в) кольцевые;

г) поплавковые.

- пружинные:

а) с одновитковой трубчатой пружиной;

б) с многовитковой трубчатой (геликоидальной) пружиной;

в) мембранные с плоской гофрированной мембраной;

г) мембранные с гармониковой мембранной (сильфонные).

- поршневые.

Основные характеристики каждой группы приборов будем рассматривать при их изучении.

2.2 Датчики давления

Принцип действия датчиков давления основан на использовании деформационных свойств материалов. Датчик состоит из двух преобразователей:

1) чувствительного элемента (механического преобразователя), преобразующего измеряемую величину ( Р) в линейное перемещение штока чувствительного элемента ( l);

2) индукционной катушки (электрического преобразователя), преобразующей линейное перемещение штока чувствительного элемента ( l) в напряжение переменного тока ( U).

ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ.

В датчиках давления используются разнообразные чувствительные элементы.

Наиболее простым ЧЭ является гофрированная мембрана. Такая мембрана штампуется из стали, латуни, бронзы в виде диска с кольцевыми гофрами для повышения упругости и закрепляется в корпусе прибора. Корпус и мембрана образуют полость, сообщающуюся с измеряемой средой. Под воздействием избыточного давления мембрана деформируется. К мембране крепится шток, который соединен с сердечником катушки.

Более сложным ЧЭ является гофрированная мембранная коробка. Она состоит из двух гофрированных мембран, сваренных по периметру и образующих полость. Мембранная коробка обладает большей чувствительностью, чем одинарная мембрана.

Наиболее сложным по конструкции ЧЭ является мембранный блок, состоящий из двух мембранных коробок. Он применяется для измерения перепада давлений и имеет наибольшую чувствительность. Такой ЧЭ помещается в корпус, разделенный диафрагмой на две камеры, к которым подсоединяют измеряемое давление. Под действием перепада давлений жидкость перетекает из одной коробки в другую, которая деформируется, расширяется и перемещает шток чувствительного элемента.

В качестве чувствительного элемента применяют трубчатую пружину (трубка Бурдона).

3. Поплавковые и гидростатические уровнемеры

3.1 Физические основы измерения уровня. Классификация приборов измерения и контроля расхода

В химической промышленности измерение уровня жидких и сыпучих материалов в технологических аппаратах, различных емкостях и резервуарах имеет очень важное значение. Большое разнообразие измеряемых сред, их химических, физических, электромагнитных свойств делает невозможным создание каких-либо универсальных способов измерения их уровня.

Выбор метода измерения зависит от свойств вещества, которые используются при измерении:

- плотности;

- удельного веса;

- электропроводности;

- диэлектрических;

- акустических;

- теплофизических;

- оптических.

Особенно большие трудности возникают при измерении уровня агрессивных, радиоактивных и взрывоопасных сред. Наличие в контролируемых средах газовыделений и налипающей твердой фазы создает дополнительные трудности.

Приборы, применяемые для измерения уровня жидких сред, называются уровнемерами. Уровень измеряется в линейных (м) или относительных (%) единицах. Существует несколько методов измерения уровня жидких сред, каждый из которых находит определенную область применения.

Отсутствие каких-либо универсальных способов измерения уровня объясняется большим разнообразием измеряемых сред, которые отличаются физическими, химическими, электромагнитными свойствами, особенностями эксплуатации, требованием к точности измерения, надежности и долговечности. Уровнемеры могут быть как с непосредственным наблюдением у мест его установки, так и с дистанционной передачей показаний.