Приборы для измерения давления. Виды и работа. Применение
Характеристикой давления является сила, которая равномерно воздействует на единицу площади поверхности тела. Эта сила оказывает влияние на различные технологические процессы. Давление измеряется в паскалях. Один паскаль равен давлению силы в один ньютон на площадь поверхности в 1 м 2 . Применяют приборы для измерения давления.
Виды давления
- Атмосферное давление образуется атмосферой Земли.
- Вакуумметрическое давление – это давление, не достигающее величины атмосферного давления.
- Избыточное давление – это величина давления, превосходящая значение атмосферного давления.
- Абсолютное давление определяется от величины абсолютного нуля (вакуума).
Виды и работа
Приборы, измеряющие давление, называются манометрами. В технике чаще всего приходится определять избыточное давление. Значительный интервал измеряемых величин давлений, особые условия измерения их во всевозможных технологических процессах обуславливает разнообразие видов манометров, которые имеют свои различия по конструктивным особенностям и по принципу работы. Рассмотрим основные из применяемых видов.
Барометры
Барометром называют прибор, измеряющий давление воздуха в атмосфере. Существует несколько видов барометров.
Ртутный барометр действует на основе перемещения ртути в трубке по определенной шкале.
Жидкостный барометр работает по принципу уравновешивания жидкости давлением атмосферы.
Барометр-анероид работает на изменении размеров металлической герметичной коробки с вакуумом внутри, под действием давления атмосферы.
Электронный барометр является более современным прибором. Он преобразовывает параметры обычного анероида в цифровой сигнал, отображающийся на жидкокристаллическом дисплее.
Жидкостные манометры
В этих моделях приборов давление определяется высотой столба жидкости, которое выравнивает это давление. Жидкостные приборы для измерения давления чаще всего выполняют в виде 2-х стеклянных сосудов, соединенных между собой, в которые залита жидкость (вода, ртуть, спирт).
Рис-1
Один конец емкости соединен с измеряемой средой, а второй открыт. Под давлением среды жидкость перетекает из одного сосуда в другой до выравнивания давления. Разность уровней жидкости определяет избыточное давление. Такими приборами замеряют разность давлений и разрежение.
На рисунке 1а изображен 2-х трубный манометр, измеряющий вакуум, избыточное и атмосферное давление. Недостатком является значительная погрешность измерения давлений, имеющих пульсацию. Для таких случаев применяют 1-трубные манометры (рисунок 1б). В них один край сосуда большего размера. Чашка соединена с измеряемой полостью, давление которой передвигает жидкость в узкую часть сосуда.
При замере берется во внимание только высота жидкости в узком колене, так как жидкость изменяет свой уровень в чашке незначительно, и этим пренебрегают. Чтобы произвести замеры малых избыточных давлений используют 1-трубные микроманометры с трубкой, наклоненной под углом (рисунок 1в). Чем больше наклон трубки, тем точнее показания прибора, вследствие увеличения длины уровня жидкости.
Особой группой считаются приборы для измерения давления, в которых движение жидкости в емкости действует на чувствительный элемент – поплавок (1) на рисунке 2а, кольцо (3) (рисунок 2в) или колокол (2) (рисунок 2б), которые связаны со стрелкой, являющейся указателем давления.
Рис-2
Преимуществами таких приборов является дистанционная передача и их регистрация значений.
Деформационные манометры
В технической области приобрели популярность деформационные приборы для измерения давления. Их принцип работы заключается в деформации чувствительного элемента. Эта деформация появляется под действием давления. Упругий компонент связан со считывающим устройством, имеющим шкалу с градуировкой единицами давления.
Деформационные манометры делятся на:
- Пружинные.
- Сильфонные.
- Мембранные.
Рис-3
Пружинные манометры
В этих приборах чувствительным элементом является пружина, соединенная со стрелкой передаточным механизмом. Давление воздействует внутри трубки, сечение старается принять круглую форму, пружина (1) пытается раскручиваться, в результате стрелка передвигается по шкале (рисунок 3а).
Мембранные манометры
В этих приборах упругим компонентом является мембрана (2). Она прогибается под давлением, и воздействует на стрелку с помощью передаточного механизма. Мембрану изготавливают по типу коробки (3). Это увеличивает точность и чувствительность прибора из-за большего прогиба при равном давлении (рисунок 3б).
Сильфонные манометры
В приборах сильфонного типа (рисунок 3в) упругим элементом является сильфон (4), который выполнен в виде гофрированной тонкостенной трубки. В эту трубку воздействует давление. При этом сильфон увеличивается в длину и с помощью механизма передачи передвигает стрелку манометра.
Сильфонные и мембранные виды манометров используют для замеров незначительных избыточных давлений и вакуума, так как упругий компонент имеет небольшую жесткость. При применении таких приборов для измерения вакуума они получили название тягомеров. Прибор, измеряющий избыточное давление, является напоромером, для измерения избыточного давления и вакуума служат тягонапоромеры.
Приборы для измерения давления деформационного типа имеют преимущество в сравнении с жидкостными моделями. Они позволяют производить передачу показаний дистанционно и записывать их в автоматическом режиме.
Это происходит вследствие преобразования деформации упругого компонента в выходной сигнал электрического тока. Сигнал фиксируется приборами измерений, которые имеют градуировку по единицам давления. Такие приборы имеют название деформационно-электрических манометров. Широкое использование нашли тензометрические, дифференциально-трансформаторные и магнитомодуляционные преобразователи.
Дифференциально-трансформаторный преобразователь
Рис-4
Принципом работы такого преобразователя является изменение силы тока индукции в зависимости от величины давления.
Приборы с наличием такого преобразователя имеют трубчатую пружину (1), которая передвигает стальной сердечник (2) трансформатора, а не стрелку. В итоге изменяется сила индукционного тока, подающегося через усилитель (4) на измерительный прибор (3).
Магнитомодуляционные приборы для измерения давления
В таких приборах усилие преобразуется в сигнал электрического тока вследствие передвижения магнита, связанного с упругим компонентом. При движении магнит воздействует на магнитомодуляционный преобразователь.
Электрический сигнал усиливается в полупроводниковом усилителе и поступает на вторичные электроизмерительные устройства.
Тензометрические манометры
Преобразователи на основе тензометрического датчика работают на основе зависимости электрического сопротивления тензорезистора от величины деформации.
Тензодатчики (1) (рисунок 5) фиксируются на упругом элементе прибора. Электрический сигнал на выходе возникает вследствие изменения сопротивления тензорезистора, и фиксируется вторичными устройствами измерения.
Электроконтактные манометры
В схемах сигнализации, системах авторегулирования технологических процессов, приборах тепловой защиты популярными стали электроконтактные манометры. На рисунке изображена схема и вид прибора.
Упругим компонентом в приборе выступает трубчатая одновитковая пружина. Контакты (1) и (2) выполняются для любых отметок шкалы прибора, вращая винт в головке (3), которая находится на внешней стороне стекла.
При уменьшении давления и достижении его нижнего предела, стрелка (4) с помощью контакта (5) включит цепь лампы соответствующего цвета. При возрастании давления до верхнего предела, который задан контактом (2), стрелка замыкает цепь красной лампы контактом (5).
Классы точности
Измерительные манометры разделяют на два класса:
Образцовые приборы определяют погрешность показаний рабочих приборов, которые участвуют в технологии производства продукции.
Класс точности взаимосвязан с допустимой погрешностью, которая является величиной отклонения манометра от действительных величин. Точность прибора определяется процентным соотношением от максимально допустимой погрешности к номинальному значению. Чем больше процент, тем меньше точность прибора.
Образцовые манометры имеют точность намного выше рабочих моделей, так как они служат для оценки соответствия показаний рабочих моделей приборов. Образцовые манометры применяются в основном в условиях лаборатории, поэтому они изготавливаются без дополнительной защиты от внешней среды.
Пружинные манометры имеют 3 класса точности: 0,16, 0,25 и 0,4. Рабочие модели манометров имеют такие классы точности от 0,5 до 4.
Применение манометров
Приборы для измерения давления наиболее популярные приборы в различных отраслях промышленности при работе с жидким или газообразным сырьем.
Источник
Единицы измерения давления и разряжения. Приборы для измерения давления.
Давление. Единицы измерения давления и виды давлений.
Давлением называется величина, выражающая отношение силы приложенной к единице площади. В соответствии с международной системой СИ за единицу измерения давления принят Паскаль — (Ра), который равен давлению, создаваемому силой в один ньютон (N), на площадь 1 м 2 .
Р=F/S. 1Па= 1Н/ м 2 . 1 МПа=1000 кПа=1 000 000 Па.
К внесистемным единицам измерения давления относят: кгс/см 2 , кгс/м 2 , мм рт. ст., мм вд. ст. В нашей газовой отрасли в основном применяют следующие единицы измерения давления: Па и кгс/см. кв. (техническая атмосфера) и мм.вод.ст.
Поэтому необходимо знать соотношения между этими величинами.
1 кгс/см 2 = 98066,5 Ра @ 100 kPa@ 0,1 MPa;
1мм ртутного столба = 133,32 Па;
1мм вод. ст. = 10 Па;
1 кгс/ см2 = 98066,5 Па ≈ 100 кПа;
Различаются следующие виды давления:
· абсолютное (PА), полное давление, под которым находится вещество, за начало принимают абсолютный ноль давления:
Абсолютный ноль может существовать либо в замкнутом объеме, из которого удалены все молекулы, либо при полном прекращении движений молекул, т.е. при Т= 0 К.
· атмосферное или барометрическое (PБ), — давление окружающего воздуха
· избыточное давление (P), — разность между абсолютным давлением и барометрическим:
· разрежение (PР) — разность между барометрическим и абсолютным давлением (остаточное давление):
PР = PБ — PА , (при определенных значениях — вакуум).
Вакуум — глубокое разрежение — менее 66650 Па.
Приборы для измерения давления классифицируются по следующим признакам.
По роду измеряемой величины:
· для измерения атмосферного давления — барометры;
· для измерения избыточного давления — манометры, микроманометры, напоромеры;
· для измерения разряжения и вакуума — вакуумметры, тягомеры;
· для измерения избыточного давления и разряжения — тягонапоромер;
· для измерения разности 2-х давлений — дифференциальные манометры.
По принципу действия:
· жидкостные манометры (U — образные, колокольные, компрессионные и др.);
· деформационные манометры (мембранные, сильфонные, трубчато-пружинные, с вялой мембраной);
· унифицированные датчики давления;
Принцип действия жидкостных манометров основан на том, что измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости.
U-образный манометр состоит из U-образной стеклянной трубки, заполненной жидкостью, прямолинейной миллиметровой шкалы. Шкала чаще всего бывает двусторонней с нулевой отметкой по середине, поэтому необходимо считать 1 мм шкалы равным 2 мм вд. ст. К одному концу трубки по гибкой резиновой или пластмассовой трубке подводится давление измеряемой среды. Под действием этого давления вода в одном колене трубки понижается, а в другом – повышается.
При частых изменениях давления измеряемой среды уровень жидкости в трубках колеблется, в связи с чем трудно производить точный отсчет в обеих трубках одновременно. В этом случае более удобен однотрубный (чашечный) манометр. Он состоит из сосуда (чаши), сечение которого во много раз больше сечения трубки. При изменении давления уровень жидкости в трубке малого сечения поднимается на большую величину, в то время как в чаше большего сечения опускается незначительно. Поэтому показания прибора можно отсчитывать только по изменению уровня жидкости в трубке малого сечения, пренебрегая изменением уровня в чаше.
При отсчете показаний стеклянных жидкостных манометров невооруженным глазом для исключения явления параллакса необходимо следить за тем, чтобы глаз наблюдателя находился строго на уровне мениска столбика.
Жидкостные манометры ремонту не подвергаются. Для поддержания их в технически исправном состоянии осуществляют следующие мероприятия при техническом обслуживании:
· выявляют отсутствие разрывов столбика жидкости в манометрических трубках и следов испарения манометрической жидкости и в случае обнаружения устраняют;
· у манометров со вложенной шкалой проверяют смещение нуля шкалы относительно горизонтали (уровень в сообщающихся сосудах).
При выходе из строя трубок, подводящих давление к манометру, их заменяют новыми.
Грузопоршневые манометры.
Грузопоршневые манометры (ГМП)– образцовые приборы, которые могут создать и измерять высокое давление (до 250 Мпа) при помощи поршня с грузами, воздействующими на замкнутый объём жидкости.
В этих приборах измеряемое давление определяется по величине нагрузки, воздействующей на поршень определенной площади. Грузопоршневые манометры имеют высокую точность (0,02; 0,05; 0,2) и широкий диапазон измерения (0,1- 250 МПа). Обычно их применяют для градуировки и поверки манометров.
Поршень ГПМ и внутренняя поверхность колонки пришлифовываются, в результате чего между ними образуется незначительный (3-5 мкм) кольцевой зазор, который препятствует поступлению масла наружу и способствует движению поршня с малым трением.
Давление масла при равновесном состоянии системы уравновешивается грузами и весом поршня с учетом рабочей площади поршня.
Достоинства ГПМ: — эти приборы обладают высокой чувствительностью и точностью, поэтому предназначены для градуировки и поверки различных видов деформационных манометров.
Недостатки ГПМ: — влияние на их чувствительность трения поршня в цилиндрической колонке. В связи с этим при применении ГПМ необходимо строго соблюдать вертикальность расположения прибора и проворачивать поршень вокруг оси от руки (90 об/мин).
Класс точности ГПМ 0,02 — 0,35.
Деформационные манометры.
Для измерения давления, разряжения и разности давлений в промышленных условиях наибольшее распространение получили деформационные манометры. Они охватывают диапазоны измерений от 0 -160 Ра до 0 -1000 MPa. Диапазон измерения манометров, вакуумметров и мановакуумметров определяется рядом 1; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0 и 10n, где n — целое положительное или отрицательное число. Чувствительными элементами этих приборов могут быть:
· серповидная трубчатая пружина (трубка Бурдона), или многовитковая трубчатая пружина (геликс);
Мембранные манометры.
Упругие чувствительные элементы мембранных манометров мембраны и мембранные коробки.
Мембраны изготовляют из прорезиненной ткани, синтетических материалов, нержавеющей стали, фосфористой бронзы.
Мембраны представляют собой гибкую тонкую, обычно гофрированную пластину. Для увеличения рабочего тягового усилия мембраны в ее центральной части устанавливают металлический диск, называемый жестким центром.
Принцип работы: Измеряемое давление через штуцер воздействует на мембрану, которая деформируется и через передаточный механизм приводит в движение стрелку.
Мембранные манометры, как правило, бывают показывающими и имеют предел измерения 0.02 – 3 Мпа.
Класс точности 2.5.
Мембранные коробки состоят из двух мембран , которые спаяны или сварены по наружному контуру. Под действием измеряемого давления, подводимого к мембранной коробке, прогибаются обе мембраны. Результирующие перемещение центра верхней мембраны относительно нижней равно сумме прогибов обеих мембран.
Мембранные коробки применяют в мембранных напоромерах, тягомерах, тягонапоромерах.
Датчики – реле давления имеют плоские вялые мембраны. Эти приборы выпускаются с двух- и трехпозиционными контактными устройствами.
Сильфонные манометры
Сильфонные манометры используют для измерения небольших давлений и разряжений в качестве показывающих и самопищущих приборов.
Чувствительным элементом в них является сильфон, который представляет собой гофрированную тонкостенную металлическую трубку, изготовленную из высокопрочного сплава (латунь, нержавеющая сталь т т.д.).
Сильфон используется в качестве упругого чувствительного элемента, преобразующего измеряемое давление в перемещение или тяговое усилие.
В сильфонном манометре один конец сильфона закреплен на жестком неподвижном основании, другой – герметически закрыт. Давление подводят внутрь сильфона через основание, при этом длина сильфона увеличивается, вследствие чего стрелка прибора через систему рычагов движется по шкале. Для увеличения жесткости внутри сильфона может устанавливаться пружина.
Пределы измерений — до 2,5 МПа.
Эти приборы имеют класс точности 1 и 1.5.
Пружинные манометры
Чувствительным элементом в пружинных манометрах служат трубчатые одновитковые и многовитковые пружины. Чувствительный элемент связан механически с измерительным устройством и вместе находятся в общем корпусе.
Пружина представляет собой стальную или латунную полую трубку, согнутую по окружности. Один конец пружины впаян в основание прибора. На этом основании смонтирован механизм передачи со стрелкой. Свободный конец пружины соединен через поводок (тягу) с зубчатым сектором, находящимся в зацеплении с трибкой (шестерней). На оси шестерни закреплена стрелка.
Общий принцип действия пружинных манометров состоит в том, что под действием измеряемого давления чувствительный элемент деформируется и посредством передаточного механизма деформация преобразуется в круговое движение стрелки вдоль шкалы. При этом перемещение стрелки будет пропорционально деформации чувствительного элемента, а следовательно, и измеряемому давлению.
Манометры в свою очередь подразделяются на образцовые, контрольные и технические. Основное различие между ними – качество материала из которого изготовлена трубчатая пружина, диаметр корпуса, пределы шкалы, отделка деталей прибора в целом.
1. Образцовые манометры ( типа МО) применяют для поверки и калибровке рабочих манометров, а также для точных измерений в лабораторных условиях. Dкор=160 и 250 мм, предельные значения измерения давления 0.1-60 МПа. Шкалы разбиты на 100, 250 делений . Класс точности 0.16, 0.25.
2. Контрольные манометры Dкор=160 мм, Класс точности 0.4, 0.6.
3. Технические манометры Dкор= 60-250 мм, Класс точности 0.6, 1, 1.5, 2.5 и 4.
Дифференциальные манометры
Дифференциальные манометры это приборы, предназначенные для измерения разности давлений (перепада на сужающем устройстве, на пылеуловителях и т.д.).
Классификация по принципу действия: жидкостные и деформационные
· к жидкостным относятся дифманометры с видимым мениском — поплавковые, колокольные и кольцевые (типа ДП-730);
· к деформационным — сильфонные (типа ДСС-712) и мембранные (типа
Источник