Для измерения давления агрессивных сред применяют датчики, снабженные защитной мембраной, изготовленной, как и в дифманометрах, из коррозионно-стойкого материала. Измеряемое давление передается к измерительной мембране через силиконовое масло, которым заполнена внутренняя полость датчика. Для предохранения прибора от действия высокой температуры среды применяют сифонные трубки.
Единицы измерения давления. Официально признанной системой единиц измерений является СИ (SI). Единицей измерения давления в ней является Паскаль, 1Па(Pa) = 1Н/м.2 Производные от этой единицы 1 кПа=1000 Па и 1 МПа=1000000 Па. В различных отраслях техники, также, используются единицы измерения давления, невходящие в эту систему: миллиметр ртутного столба (мм. рт. ст. или тор), миллиметр водного столба, физическая атмосфера (атм.), техническая атмосфера (1 ат.= 1 кгс/см2), бар.
Для регистрации давления в системах контроля и регулирования применяются приборы с электрическим входным сигналом - КСД, КСУ, ДИСК-250 , ПКЦ-1104 (прибор контроля давления цифровой программируемый с 2х или 3х позиционным регулятором), ПКЦ-1П (предназначен для измерения и отображения на цифровом светодиодном индикаторе давления неагрессивых газов, а также преобразования давления в унифицированный сигна постоянного тока, имеет сигнализацию о выходе измеряемого параметра за заданные значения ) и с пневматическим выходным сигналом – ПВ 10.1Э, РПВ, ПКР.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какая физическая величина называется давлением?
2. Как классифицируются приборы давления по принципу действия и по роду измеряемой величины?
3. Какие основные упругие элементы применяются в приборах для измерения давления?
4. Для каких измерений предназначены грузопоршневые манометры?
5. Какие основные датчики применяются в электрических приборах давления?
6. Какое давление измеряют дифманометры?
7. Какие стандартные сигналы могут иметь на выходе дифманометры?
Литература: [2], с.50…60
Тема 2.3. Измерение расхода, количества, уровня
Студент должен:
знать:
- единицы измерения расхода ;
- классификацию приборов для измерения расхода, количества, уровня;
- расходомеры переменного перепада давления;
- типы стандартных и специальных сужающих устройств;
- гидростатические уровнемеры;
- типы отборных устройств по уровню, счетчиков количества;
уметь:
- рассчитывать сужающее устройство;
- пользоваться разными типами приборов для измерения расхода, количества, уровня.
Общие положения. Единицы измерения расхода и количества вещества.
Классификация приборов для измерения расхода и количества.
Измерение расхода жидкостей, газа и пара по перепаду давления на сужающем устройстве. Стандартные и специальные сужающие устройства. Расчет сужающего устройства согласно стандартам.
Расходомеры постоянного перепада давления. Электромагнитные, тахометрические, ультразвуковые расходомеры.
Счетчики количества, их типы и принцип действия.
Методы измерения уровня жидкости и сыпучих тел.
Классификация приборов для измерения уровня. Типы отборных устройств уровню. Гидростатические уровнемеры. Измерение уровня жидкости в открытых баках, аппаратах и резервуарах. Емкостные и ультразвуковые уровнемеры.
Указатели уровня сыпучих тел.
Методические указания
При определении мощности, производительности и к.п.д. энергетических установок, контроле и управлении производственными процессами требуется точное и надежное измерение расхода различных жидких и газообразных веществ в напорных линиях.
Прибор, измеряющий расход, т. е. количество вещества, проходящее в трубопроводах в единицу времени, называют расходомером. Если расходомер снабжен суммирующим устройством со счетчиком, он служит для одновременного измерения расхода и количества вещества и называется счетчиком количества. Показания счетчика выражаются в единицах объема (м3, л) или в единицах массы (кг, т). Соответственно различают измеряемый объемный (м3/ч, м3/с) и массовый расход вещества (кг/ч, кг/с, т/ч)
Применяют различные методы измерения расхода вещества и конструкции расходомеров и счетчиков. Наиболее распространены следующие расходомеры: переменного перепада давления с сужающими устройствами, постоянного перепада давления, тахометрические, электромагнитные, ультразвуковые.
Действие расходомеров переменного перепада давления основано на возникновении перепада давлений на сужающем устройстве в трубопроводе при движении через него потока жидкости или газа. При изменении расхода величина этого перепада давлений изменяется. Для некоторых сужающих устройств как преобразователей расхода в перепад давлений коэффициент передачи определен экспериментально и его значения сведены в специальные таблицы. Такие сужающие устройства называются стандартными. Наиболее простым и распространенным сужающим устройством является диафрагма Стандартная диафрагма представляет собой тонкий диск с круглым отверстием в центре. От стойкости диафрагмы и особенно входной кромки отверстия существенно зависит ее коэффициент передачи. Поэтому диафрагмы изготовляют из материалов, химически стойких к измеряемой среде и устойчивых против механического износа. Кроме диафрагмы в качестве стандартных сужающих устройств применяют также сопло Вентури, трубу Вентури, которые создают меньшее гидравлическое сопротивление в трубопроводе. Сужающее устройство расходомера переменного перепада давлений является первичным преобразователем, в котором расход преобразуется в перепад давлений.
Расход жидкости или газа можно измерять и при постоянном перепаде давлений. Для сохранения постоянного перепада давлений при изменении расхода через сужающее устройство необходимо автоматически изменять площадь его проходного сечения. Наиболее простой способ — автоматическое изменение площади проходного сечения в ротаметре.
Ротаметр представляет собой вертикальную конусную трубку, в которой находится поплавок. Измеряемый поток Q проходя через ротаметр снизу вверх, создает перепад давлений до и после поплавка. Этот перепад давлений, в свою очередь создает подъемную силу, которая уравновешивает вес поплавка. Если расход через ротаметр изменится, то изменится и перепад давлений. Это приведет к изменению подъемной силы и, следовательно, к нарушению равновесия поплавка. Когда перепад давлений и подъемная сила снова вернутся к прежним значениям, поплавок уравновесится и остановится. Таким образом, каждому значению расхода через ротаметр Q соответствует определенное положение поплавка. Шкала ротаметра равномерна.
Промышленность выпускает ротаметры со стеклянными и металлическими трубками. У ротаметров со стеклянной трубкой шкала нанесена прямо на поверхности трубки. Для дистанционного измерения положения поплавка в металлической трубке используют промежуточные преобразователи линейного перемещения в унифицированный электрический или пневматический сигнал.
Тахометрический - самый массовый метод , такие приборы рекомендуется применять в системах с небольшим изменением динамического диапазона, например, в составе теплосчетчиков, когда теплоноситель движется практически с постоянной скоростью..
Электромагнитный- можно уверенно говорить о том, что существуют приборы, имеющие относительную погрешность 0,5 % в диапазоне до 1:500,1 % в диапазоне 1:1000.
Значение амплитуды сигнала (э.д.с), являющейся функцией интеграла скорости потока по сечению трубы, зависит от большого числа факторов, которые изменяются с течением времени. Среди них наличие отложений на электродах и внутренней поверхности проточной части.Во всем мире этот тип приборов наиболее широко используется в промышленности, где точно известен состав измеряемой среды и нет нужды в защите от манипуляций с показаниями.
Вихревой - вихревой принцип измерения подразумевает, что минимальный измеряемый расход определяется скоростью, при которой начинается устойчивое вихреобразование, а максимальное значение - скоростью, при которой это устойчивое вихреобразование заканчивается. Процесс вихреобразования зависит от характеристик жидкости (плотность, вязкость), от скорости жидкости. В свою очередь, плотность и особенно вязкость зависят от температуры. При относительной погрешности 1 % динамический диапазон измерения может достигать 1:50 без учета зависимости свойств жидкости от температуры и 1:100 с учетом этой зависимости.К достоинствам метода можно отнести и то, что метрологические характеристики со временем эксплуатации «не плывут», так как акустическим или электромагнитным методом снимается дискретный (!) сигнал (количество пузырьков). По их количеству и определяется скорость потока. Наиболее часто расходомеры используются в составе теплосчетчиков в системах с практически постоянным расходом теплоносителя (например, в ИТП без регулирования по погодным условиям). Вихреобразование не подвержено влиянию магнитных полей. Поэтому вихреакустические расходомеры не подвержены манипуляциям с магнитом.
Ультразвуковой - измерение частотных или временных характеристик ультразвукового сигнала менее чувствительно к возможным изменениям условий измерений. На эти характеристики может влиять уменьшение амплитуды сигнала, вызванное появлением газовой фазы или твердых примесей, зафиксированное в виде «пропуска» сигнала, но данные изменения, в отличие от всех прочих методов, рассматриваются как нештатная ситуация, а не как изменение метрологических характеристик. В том смысле, что прибор не выдает в качестве достоверной искаженную информацию: если показания есть, то они метрологически точны. Если происходит «зарастание» примесями датчика, то снижается амплитуда сигнала (вплоть до его исчезновения), но это также не является изменением метрологических характеристик Поэтому декларируемые производителями точность и динамический диапазон (как правило, 1:100 -1:200} сохраняются в течение всего МПИ. Показания ультразвуковых расходомеров с времяимпульсным методом измерений могут не зависеть ни от температуры, ни от давления теплоносителя. В таких расходомерах скорость распространения ультразвуковых колебаний постоянно измеряется, а не подставляется из таблицы, или рассчитывается при помощи аппроксимирующих полиномов. Кроме того, показания ультразвуковых расходомеров не подвержены манипуляциям с магнитом Прогресс в электронике позволил ведущим производителям приборов измерять время прохождения ультразвукового сигнала с точностью до 0,3 наносекунд , что позволило значительно расширить диапазон расходов, причем за счет нижней его части.