Жидкостные средства измерений с гидростатическим уравновешиванием

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ

Пьезоэлектрические измерительные преобразователи давления

1.6. Деформационные приборы для измерения давлений

Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности.

Давление – одна из основных величин, определяющих термодинамическое состояние веществ. Давлением во многом определяется ход технологического процесса, состояние технологических аппаратов и режимы их функционирования. Задачи измерения давления встречались уже выше – расход газа (пара), уровень жидкости и др.

Различают следующие виды давления:

- атмосферное (барометрическое) давление – давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы

- абсолютное давление – давление, отсчитанное от абсолютного нуля, за начало отсчета принимают давление внутри сосуда, из которого полностью откачан воздух

- избыточное давление – разность между абсолютным и барометрическим давлениями

- вакуум (разряжение) – разность между барометрическим и абсолютным давлениями.

По принципу действия средства измерений давления подразделяются на:

- жидкостные

- поршневые

- деформационные (пружинные)

- ионизационные

- тепловые

- электрические и др.

Существующее в настоящее время средства измерений давления позволяют осуществлять измерение давления в диапазоне 10^-12 – 10¹¹ Па (в СИ единица давления паскаль (Па) – давление, создаваемое силой в 1 ньютон, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м² и направленное нормально к ней).

Принцип измерения

В жидкостных приборах с гидростатическим уравновешиванием мерой измеряемого давления является высота столба рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости, называемой затворной или манометрической, применяются дистиллированная вода, этиловый спирт, ртуть, трансформаторное масло. Выбор рода рабочей жидкости определяется диапазоном измеряемого давления, условия эксплуатации и требуемой точностью измерений. В качестве примера жидкостного средства измерения давления с гидростатическим уравновешиванием можно взять поплавковый дифманометр (также существуют и колокольные дифманометры). Принцип действия поплавковых дифманометров основан на уравновешивании измеряемого перепада давления гидростатическим давлением, создаваемым столбом рабочей жидкости, заполняющей дифманометр.

Рис. 50 Схема поплавкового дифманометра

Схема принципиальная

Поплавковый дифманометр (рис. 50) представляет собой два сообщающихся сосуда. Площадь сечения F широкого сосуда 1 значительно больше площади сечения f узкого сосуда 7. Внутренняя полость сообщающихся сосудов заполнена рабочей жидкостью (ртуть, трансформаторное масло) до нулевой отметки. О значении измеряемой разности давлений в этих приборах судят по отсчетному устройству, указатель 3 которого связан с поплавком 2, расположенным во внутренней полости широкого сосуда. При подключении прибора к объекту измерения большее давление подается в сосуд 1, а меньшее – в сосуд 7. Подача давления осуществляется через вентили 5 и 6. Вентиль 4 служит для того, чтобы исключить возможность выброса рабочей жидкости при односторонней подаче давления. С этой целью перед подключением прибора к объекту вентиль 4 открывают, а после стабилизации давления в обоих сосудах закрывают. При отключении прибора от объекта необходимо предварительно открыть вентиль 4, а затем закрыть вентили 5 и 6.

В процессе измерения, жидкость в широком сосуде перемещается вниз, а вместе с ним перемещается поплавок 2, который через механическую передачу перемещает указатель 3 отсчетного устройства. Перемещение поплавка будет происходить до тех пор, пока измеряемая разность давлений Р₁ – Р₂ не уравновесится давление столба жидкости высотой h₁+h₂.

Уравнения и соотношения

Равновесие разности давлений Р₁ – Р₂ и давление столба жидкости высотой h₂ + h₂ записывается в виде: Р₁ – Р₂ = g(r_ж – r_c)(h₁ + h₂), где g – местное ускорение свободного падения; h₁, h₂ – перемещение уровня жидкости в правом и левом коленах; r_ж – плотность рабочей жидкости; r_с – плотность измеряемой среды.

Принимая во внимание равенство объема жидкости, вытесненного из широкого сосуда, объему жидкости, поступившему в узкий сосуд: Fh₂ = fh₁; преобразовав уравнение получим:

Это уравнение представляет собой статическую характеристику поплавкового дифманометра, из которого следует: для получения одинакового перемещения h₂ поплавка при измерении разности давлений в различных диапазонах, необходимо измерять отношение F/f.

Погрешности

Используются данные приборы при статических давлениях измеряемой среды не более 25 МПа. Класс точности поплавковых дифманометров 1.0 и 1.5.

Область применения

В настоящее время номенклатура жидкостных средств измерений давления с гидростатическим уравновешиванием существенно ограничена. В большинстве случаев они заменены более совершенными деформационными средствами измерений. Поплавковые дифманометры рассчитаны на номинальные перепады давления, верхние пределы которых ограничены значениями от 6.3 кПа до 0.1 Мпа. Для передачи на расстояние информации о значении измеряемого перепада давления, рассматриваемые дифманометры оснащаются преобразователями П перемещения указателя 3 (рис. 50) в унифицированный сигнал измерительной информации.

Дата добавления: 2014-01-20