Методические указания по выполнению лабораторных работ специальность: 150411 «Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования (по отраслям)» (стр. 3 из 12)

Абсолютное давление Рабс - сумма атмосферного и избыточного давления, т. е. Рабс = Ратм + Ризб.

Под вакуумом (разрежением) понимают состояние газа, при котором его давление меньше атмосферного. Вакуумметрическое давление Рвак — это разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением внутри вакуумметрической системы.

Приборы для измерения давления и разрежения классифицируют по принципу действия и по характеру измеряемой величины. Согласно первой классификации все приборы для измерения давления подразделяют на четыре группы: жидкостные, деформационные, грузопоршневые и электрические.

В жидкостных приборах измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости, высота которого определяет значение давления.

Деформационные приборы — это такие приборы, в которых измеряемое давление определяется значением деформации упругих элементов различной конструкции или значением развиваемой ими силы.

В грузопоршневых приборах измеряемое давление, уравновешивается давлением, создаваемым массой поршня или дополнительного груза.

Работа электрических приборов основана на изменении электрических, свойств определенных материалов при воздействии на них внешнего давления.

По характеру измеряемой величины приборы для контроля давления или разрежения подразделяют на следующие виды: барометры (для измерения атмосферного давления), манометры (для измерения избыточного давления), дифференциальные манометры (для измерения разности давления); вакуумметры (для измерения разрежения); моновакуумметры (измеряющие небольшое избыточное давление или вакуум).

Манометры, вакуумметры и дифференциальные манометры, предназначенные для измерения небольшого давления, разрежения и разности давления газовых сред (до 40 кПа), называют напоромерами, тягомерами и тягонапоромерами.

Жидкостные манометры

Жидкостные манометры отличаются простотой устройства при относительно высокой точности измерения. Их действие основано на уравновешивании внешнего давления столбом затворной (рабочей) жидкости, в качестве которой используют ртуть, воду, трансформаторное масло или спирт.

U-образный манометр представляет собой стеклянную трубку, изогнутую в виде буквы U и заполненную затворной жидкостью так, чтобы уровень жидкости в обоих коленах находился против нулевых отметок. Один конец трубки подсоединяется к объему, в котором необходимо измерить давление Р, а второй сообщается с атмосферой. Отсчет производится по шкале. Разность уровней h определяет избыточное давление Р и плотность жидкости у.

Верхний предел измерения U-образного манометра составляет 10 кПа. при этом погрешность не превышает 2 %.

U-образные манометры используют для измерения разрежения или разности давлений. Основным недостатком U-образных манометров является необходимость снятия при каждом замере двух отсчетов. Этот недостаток частично устранен в чашечном манометре (рис. 1,6), состоящем из сосудов разного диаметра. Под действием измеряемого давления Р уровень жидкости в чашке снижается на высоту h2, значительно меньшую высоты h (диаметр чашки в несколько раз больше диаметра трубки). Разность уровней h в чашечном манометре в основном определяется перемещением мениска в тонкой трубке, так как h1 > h2.

Чашечные манометры имеют верхний предел измерения 10 кПа, а погрешность измерения составляет 0,4 ... 0,25 %.

При точных измерениях небольших избыточных давлений и разрежений применяют специальные чашечные манометры с наклонной трубкой (рис.1,в). Изменение угла наклона, а трубки позволяет при малой высоте h1 получить более точное измерение.

Жидкостные стеклянные манометры не приспособлены для записи показаний и их дистанционной передачи. Поэтому их используют, в основном, для местного контроля, а также для поверки и градуировки манометров других систем.

Рисунок 1 – Жидкостные манометры

Чувствительные элементы деформационных манометров

Работа деформационных манометров основана на уравновешивании давления среды силами, возникающими при упругой деформации специальных элементов. Деформация в виде линейных или угловых перемещений передается показывающему или регистрирующему узлу прибора. Одновременно она может быть преобразована в электрический или пневматический сигнал для дистанционной его передачи.

В качестве чувствительного элемента в этих манометрах (рис.2) используют одно- и многовитковые пружины, упругие мембраны и сильфоны.

В одно- и многовитковых пружинных манометрах (рис.2,а, б) измеряемое давление подается во внутреннюю полость через закрепленный неподвижный конец. Второй конец пружины запаивается и соединяется с показывающей системой. Пружины изготовляют из латуни и других медных сплавов, а для высоких давлений — из хромоникелевых сталей. Поперечное сечение пружины представляет собой эллипс, большая ось которого перпендикулярна к плоскости витка пружины.

При повышении давления поперечное сечение пружины «округляется», т. е. увеличивается малая ось эллипса, а угол закручивания пружины уменьшается. Шкала пружинного манометра равномерная, так как пружина работает в зоне пропорциональности между деформацией и напряжением. Перемещение свободного конца одновитковой пружины не превышает 5 ... 8 мм. Поэтому для увеличения угла поворота стрелки в манометрах применяют передаточный механизм: рычажный или зубчатый.

Манометры с одновитковой пружиной изготовляют образцовыми, контрольными и техническими: классы точности — от 0,2 до 4,0; пределы измерений 100 кПа ... 1000 МПа.

Многовитковая трубчатая пружина представляет собой последовательное соединение нескольких одновитковых пружин, благодаря чему она имеет сравнительно большое перемещение свободного конца и развивает значительные усилия. Поэтому многовитковые пружины широко применяют в регистрирующих манометрах. Последние выпускают с верхним пределом измерения до 160 МПа.

В мембранных манометрах чувствительным элементом являются упругая мембрана (рис.2,в), мягкая мембрана, например резиновая с дополнительной пружиной (рис.2,г), мембранные коробки: одинарные (рис.2,д) и двойные (рис.2,е)

Рисунок 2 – Чувствительные элементы деформационных манометров

Мембранные манометры

Мембранный манометр типа ММ (рис.3) предназначен для измерения давления до 2,5 МПа. В манометре под действием измеряемого давления мембрана 2, находящаяся в коробке 1, прогибается, перемещая шток 3, соединенный через рычаг 4 с зубчатым сектором 6. Зубчатый сектор находится в зацеплении с зубчатым колесом 8, которое через пружину 9 соединено со стрелкой 7, перемещающейся по шкале 5. Снизу у манометра предусмотрен резьбовой штуцер для установки манометра на объект измерения.

Мембранные манометры применяют, как правило, для измерения небольших давлений. Недостатками мембранных манометров являются малая чувствительность системы, трудность регулировки и изменение характеристик во времени вследствие «усталости мембраны».

Для изготовления мембран используют бронзу, латунь и хромоникелевые сплавы.

Рисунок 3 – Мембранный манометр

Технические характеристики показывающих и сигнализирующих

манометров

Давление в манометре измеряется с помощью схемы неуравновешенного моста, плечами которого являются тензорезисторы. В результате деформации мембраны под воздействием измеряемого давления возникает разбаланс моста в виде напряжения, которое с помощью встроенного в корпус манометра электронного усилителя преобразуется в электрический выходной сигнал. Верхний предел показаний манометра 40 МПа, класс точности 0,6; 1,0; 1,5. В табл. 1 приведены технические характеристики манометров, получивших наибольшее распространение.

Электрические манометры используют главным образом для измерение сверхвысоких и пульсирующих с высокой частотой давления.

Наиболее распространенным манометром этого типа является электрический дистанционный манометр МЭД. В корпусе диаметром 160 мм помещены держатель с трубчатой одновитковой пружиной, передаточный механизм и индукционная катушка. Давление Р контролируемой системы (рис. 4) подводится к трубчатой пружине 1 через радиальный штуцер и, вызывает ее деформацию, перемещает магнитопровод 3 индукционной катушки. Катушка 2 манометра и катушка вторичного прибора 4 включены по дифференциально-трансформаторной схеме. Чем больше погружен магнитопровод, тем больше напряжение проводиться во вторичной обмотке и поступает по вторичному прибору.

Тензометрические манометры имеют в качестве чувствительного элемента мембрану с наклеенными на нее тензорезисторами.

Рисунок 4 – Схема грузопоршневого монометра

Давление в манометре измеряется с помощью схемы неуравновешенного моста, плечами которого является тензорезисторы. В результате деформации мембраны под воздействием измеряемого давления возникает разбаланс моста в виде напряжения, которое с помощью встроенного в корпус манометра электронного усилителя преобразуется в электрический выходной сигнал. Верхний предел показаний манометра 40 МПа, класс точности 0,6; 1,0; 1,5. В таблице 1 приведены технические характеристики манометров' получивших наиболее распространение.

Таблица 1 – Технические характеристики показывающих и сигнализирующих манометров