Силовые преобразователи давления

Физические основы первичных преобразователей давления

Классификацияпреобразователей давления

Преобразователи давления подразделяются на силовые и косвенные:

- силовые преобразователи основаны на измерении силы, пропорциональной давлению или разности давлений. Такие приборы являются наиболее распространёнными.

- косвенные - это преобразователи, в которых используются изменения физических свойств рабочей среды под воздействием давления. Примером могут служить преобразователи, основанные на изменении теплоотдачи твёрдого тела газу при различных давлениях. Это сравнительно ограниченный класс преобразователей специального назначения.

По характеру выходных величин преобразователи подразделяют на механические, электрические, пневматические.

В механических преобразователях выходной величиной является линейное или угловое перемещение выходного элемента.

В электрических преобразователях выходной величиной могут быть сила тока или напряжение, а также параметры электрической цепи (сопротивление, индуктивность, ёмкость и т.д.)

В пневматических преобразователях выходной величиной является давление сжатого воздуха.

Силовые преобразователи подразделяются на 1) жидкостные и 2) деформационные.

В жидкостных преобразователях сила давления уравновешивается гидростатическим столбом жидкости, а давление преобразуется в изменение уровня жидкости. В деформационных преобразователях сила давления уравновешивается силой упругой деформации чувствительного элемента, а давление преобразуется в перемещение выбранной точки или поверхности упругого элемента.

Жидкостные преобразователи

Этот класс преобразователей подразделяется на следующие основные типы:

двухтрубные (U-образные), в которых жидкость располагается в двух вертикальных трубках с соединённым нижними концами; верхние концы трубок открыты, и к ним подводят два давления для измерения разности между ними; см. рис.Y-2, стр.161 [3].

Разность давлений преобразуется в разность уровней жидкости в трубках. Рис.Vа.

Рис.V-2, стр.161[3].

а - двухтрубный (U- образный); б - чашечный (однотрубный): 1 – резервуар; 2 – измерительная трубка; в – чашечный с наклонной трубкой: 1 – резервуар; 2 – гибкая трубка; 3- измерительная трубка; 4 – установочная дуга; 5- вытеснитель; г – чашечный преобразователь абсолютного давления; д – поплавковый преобразователь: 1- резервуар; 2 – трубка; 3 – поплавок.

Функция преобразования имеет вид

Dh = Dp/g(r-r_c), (4.3.1)

где Dp - разность давлений, Па; Dh -разность уровней жидкости в трубках, м; g-ускорение свободного падения, м/с²; r и r_с – плотности соответственно рабочей жидкости и среды над рабочей жидкостью, кг´м.

Если r>>r_с, что имеет место при измерении давлений газов, формула (4.3.1) принимает вид Dh=Dp/r´g. (4.3.2)

Разность давлений может выражаться непосредственно через разность уровней в единицах длины, например в мм рт. ст., мм вод. ст. С помощью двухтрубного преобразователя можно измерять как разность давлений, так и избыточное и вакуумметрическое давления.

Чашечные (однотрубные) преобразователи. В отличие от двухтрубных чашечные преобразователи имеют резервуар, сообщающийся с измерительной трубкой. Рис Yб. Из-за значительной разницы сечений резервуара и трубки уровень жидкости в резервуаре изменяется значительно менее заметно, чем в трубке. Отсчёт разности уровней при изменении давления производится только в трубке.

Перед измерениями при помощи вытеснителя устанавливают нуль отсчёта при равных давлениях р₁ = р₂. Фактическая высота столба жидкости будет Dh = h_T + h_p, (4.3.3)

где h_T - высота столба жидкости в трубке, отсчитываемая от нулевой отметки; h_p - снижение уровня жидкости в резервуаре.

h_p = h_Td_T²/d_p², (4.3.4)

где d_T и d_p - диаметры трубки и резервуара.

Подставляя (4.3.4) в (4.3.3), получаем

Dh = h(1 + d_T²/d_p²). (4.3.5)

Наклон трубки позволяет растянуть шкалу. В этом случае понижение уровня в резервуаре вычисляем по формуле

h_p = ld_T²/d_p², (4.3.6)

где l – длина столба жидкости в трубке.

Высота гидростатического столба в трубке

H_T = l sina, (4.3.7)

откуда после подстановки в (4.3.3) получаем

Dh = l(sina + d_T²/d_p²). (4.3.8)

Величину в скобках называют постоянной преобразователя. С помощью таких преобразователей можно измерять давление до 1000-2000 Па. Погрешность отсчёта в таком преобразователе может быть уменьшена до 0,2—0,3 мм. Расчёт давления в системе СИ производится по формуле (4.3.1).

Чашечные преобразователи абсолютного давления.

Верхний конец трубки запаян. При соответствующем заполнении трубки рабочей жидкостью (обычно ртутью) в полости трубки над жидкостью устанавливается давление, близкое к абсолютному нулю. Поэтому высота столба в измерительной трубке пропорциональна абсолютному давлению. Высота подъёма столба подсчитывается по формуле (4.3.1).

Поплавковые преобразователи. Представляет собой разновидность чашечного преобразователя. Измерительным элементом в нём является не трубка, а резервуар. Трубка выполняет функцию уравновешивающего элемента. Выходная величина- перемещение поплавка, находящегося в резервуаре. При соответствующем выборе размеров можно получить необходимую подъёмную силу поплавка для перемещения стрелки измерительного прибора или приведения в действие электрического или пневматического преобразователя.

Функция преобразователя может быть найдена из совместного решения (4.3.1), (4.3.3) и (4.3.4):

h_p= Dp/{g(r-r_c)(1+d_р²/d_Т²} (4.3.9)

Здесь принято, что изменение уровня h_p равно перемещению поплавка.

Источниками методических погрешностей являются:

- отклонение трубок от вертикального или заданного наклонного положения;

- подстановка в формулы (4.3.1), (4.3.2), (4.3.9) значений r без учёта изменений в зависимости от температуры;

- температурные изменения длины шкалы, по которой отсчитывается разность уровней.

- имеются и ещё ряд источников погрешностей, которые не играют существенной роли.

Дата добавления: 2015-04-30