ЛЕКЦИЯ 6. Рис. 33. Дифференциальные манометры

Рис. 33. Дифференциальные манометры

Рис. 31. Жидкостные манометры

Измерительные преобразователи давления.

Давление в системе СИ измеряется в Паскалях: 1 Па = Н/м². Широко используются внесистемные единицы: нормальная, физическая, техническая атмосферы. Нормальная атмосфера – это давление столба ртути высотой 760 мм при нормальных условиях, т.е. при температуре 0єС. Давление, оказываемое столбом жидкости высотой h дается формулой . Имеют место соотношения:

Нормальная атмосфера: 760 мм рт. ст = 1,013^.10⁵ Па,

Физическая атмосфера (1 бар): = 750 мм рт. ст. = 10⁵ Па,

Техн. атмосфера = 735,6 мм рт. ст = 0,98.10⁵ Па = 10 м вод. ст.

В честь Торричелли назвали: 1 мм рт. ст. = 1 Тор.

Измерительные преобразователи давления можно классифицировать по следующим группам: жидкостные, пружинные, электрические, комбинированные.

В жидкостных преобразователях давления в качестве жидкости используются: ртуть, вода, этиловый спирт, керосин, глицерин. Типичный жидкостной манометр представляет собой U -образную трубку, размещенную на доске со шкалой. Один конец трубки (заполненной наполовину рабочей жидкостью), соединяется с пространством, в котором измеряется давление, а другой конец оставляют открытым. Измеряемое давление определяют через разность показаний в левом и правом колене. Верхний предел измерений р = 2 атм.

а) б) в)

На рис. 31 представлены некоторые виды жидкостных манометров. Наиболее распространенным прибором является U-образный манометр (рис. 31 а, б). Широкое распространение получили также однотрубные чашечные микроманометры (рис.31 в). Высота столба жидкости в трубке чашечных манометров или разность уровней жидкости в U -образных манометрах пропорциональны измеряемому избыточному давлению: Р _изб = Н, где - удельный вес рабочей жидкости. Измерение давления сводится к измерению высоты столба жидкости Н.

Пружинные манометры

Пружинные манометры относятся к наиболее распространенным приборам для измерения давления. Диапазон измеряемых давлений чрезвычайно широк: от вакуума до 10³ МПа. Принцип действия этих манометров основан на уравновешивании силы, возникающей под действием измеряемого давления, силой упругой деформации чувствительного элемента прибора: Р = кН, где к – коэффициент упругости материала чувствительного элемента, Н – величина деформации (перемещения) чувствительного элемента.

В качестве чувствительных элементов (ЧЭ) используются пружины следующих типов: а) одновитковые трубчатые; б) многовитковые (геликоидальные); в) плоские и гофрированные мембраны; г) сильфоны.

а) б) в) г)

Рис. 32. Пружинные манометры

Одновитковая трубчатая пружина или трубка Бурдона (рис. 32 а) представляет собой стальную или латунную трубку овального сечения, согнутую по дуге окружности почти на 270°. Один конец трубки соединен со штуцером. через который во внутреннюю полость трубки поступает среда, давление которой измеряется, а второй (свободный конец) запаян. Под действием измеряемого давления в металле трубки возникают механические напряжения, в результате которых свободный конец совершает перемещение. Конец пружины через поводок поворачивает зубчатый сектор и зубчатую шестерню (трибку) и вместе с нею указательную стрелку. При подаче на вход манометра избыточного давления трубка разгибается. А при подаче разрежения – сгибается.

Многовитковая трубчатая пружина (рис. 32 б) обычно выполняется в виде винтовой пружины, что позволяет повысить чувствительность прибора. Угол поворота свободного конца трубки достигает 60°, при количестве витков от 6 до 9. Манометры с такой пружиной выпускаются чаще всего как самопишущие.

Мембранные манометры имеют в качестве ЧЭ упругие или эластичные (вялые) мембраны. Упругая мембрана – это гибкая круглая плоская или гофрированная пластина, способная прогибаться под действием давления. Эластичная мембрана, предназначенная для измерения малых давлений, представляет собой плоские или гофрированные диски, выполненные из прорезиненной ткани и зажатые между фланцами.

Измеряемое давление действует на мембрану, мембрана прогибается и воздействует на шток, соединенный со стрелкой (рис. 32 в).

Сильфон – это тонкая цилиндрическая металлическая оболочка с поперечными гофрами (рис. 32 г), способная совершать значительные перемещения под действием давления или силы. Деформация сильфона вызывает перемещение штока и стрелки прибора.

Дифференциальные манометры

а) б) в) г)

Для измерения разности давлений Δ Р = Р ₁ – Р ₂ применяются дифференциальные манометры. Наиболее часто используются мембранные, сильфонные, колокольные и кольцевые дифманометры (рис. 33).

Чувствительным элементом мембранного дифманометра (рис. 33 а) является блок из двух коробчатых мембран, помещенных в отдельные камеры. Внутренние полости мембран, заполненные дистиллированной водой. сообщаются между собой через отверстие в перегородке. Мембранная коробка, на которую действует большее давление, сжимается, вода вытесняется в другую коробку, стенки которой расходятся. Шток, жестко закрепленный к центру верхней мембраны, перемещается пропорционально разности давлений.

Принцип действия сильфонного дифманометра (рис. 33 б) аналогичен. Вместо мембран здесь используются сильфоны. Связь между перемещением штока Н и перепадом давлений Δ Р выражается зависимостью Δ Р = кН, где к – постоянный для данного дифманометра коэффициент.

Чувствительным элементом колокольного дифманометра является колокол, погруженный в масло (рис. 33 в). Силы, действующие на колокол со стороны большего из давлений, превышают силы, действующие со стороны меньшего давления. Под действием этих сил колокол перемещается, приводя в движение стрелку. Зависимость между разностью давлений и глубиной погружения колокола выражается уравнением: Δ Р = К ₁ – К ₂Н, где К ₁ и К ₂ – постоянные коэффициенты.

Кольцевой дифманометр (Рис. 33 г) представляет собой прозрачное кольцо, наполовину заполненное рабочей жидкостью и разделенное герметичной перегородкой на две части (полости). К полостям над жидкостью подведены гибкие трубки для подачи давлений, а в центре вращения установлена ножевая опора. Для варьирования пределов измерения изменяют вес прикрепленного к кольцу груза.

Зависимость между перепадом давлений и углом поворота кольца выражается уравнением:

. (5.1)

Здесь G – вес груза, a – расстояние от центра тяжести груза до оси вращения, S – площадь перегородки, R – средний радиус кольца, - угол поворота кольца.

Дифференциально-трансформаторная система передачи

Системы передачи измерительной информации предназначены для сбора информации с удаленных от наблюдателя объектов. Используются следующие унифицированные системы передачи: пневматическая, электрическая токовая, электрическая частотная. Кроме этих систем применяются: реостатная, индуктивная, дифференциально-трансформаторная, сельсинная и др. дистанционные передачи.

Диффенциально-трансформаторная система передачи (рис. 34) состоит из первичного измерительного преобразователя, включающего в себя чувствительный элемент ЧЭ и дифференциально-трансформаторный преобразователь ДТ1 и приемника информации, в качестве которого используется вторичный прибор дифференциально-трансформаторного типа, оснащенный преобразователем ДТ2. Первичные обмотки ДТ-преобразовательных элементов соединены между собой последовательно и питаются от сети переменного тока. Вторичные обмотки ДТ-преобразовательных элементов включены по компенсационной схеме, в которой на вход электронного усилителя ЭУ поступает сигнал Δ U = Δ U ₁ – Δ U ₂. При протекании тока в первичных обмотках в секциях вторичных обмоток индуцируются ЭДС, величина и фаза которых зависят от положений стальных плунжеров, перемещающихся внутри катушек.

При одинаковых положениях плунжеров Δ U ₁ = Δ U ₂ и на входе ЭУ Δ U = 0. Система находится в состоянии равновесия. Изменение измеряемого параметра вызывает деформацию ЧЭ, сопровождаемую перемещением плунжера преобразователя ДТ1. На его выходе появляется сигнал Δ U ₁, отличный от сигнала Δ U ₂. В результате на входе усилителя появляется сигнал Δ U, отличный от нуля. Усиленное напряжение разбаланса подается на обмотку реверсивного двигателя РД, который перемещает плунжер преобразователя ДТ2 в сторону уменьшения разбаланса, вплоть до полной компенсации. Таким образом, каждому положению плунжера катушки датчика соответствует аналогичное положение плунжера катушки приемника. С осью реверсивного двигателя кроме плунжера кинематически связаны также показывающее и записывающее устройства.

Рис. 34. Схема дифференциально-трансформаторной дистанционной передачи.

Дата добавления: 2013-12-14