Курс лекций для студентов специальности 092108 Теплогазоснабжение и вентиляция
 Скачать 4.93 Mb.
|
|
3.4.3. Электроконтактныеприборыдавления Электроконтактные приборы давления используются для целей сигнализации отклонения давления от заданной величины , технологической защиты ( блокировки ) различных аппаратов и агрегатов по давлению , а также в схемах дискретно - импульсного управления при ав томатизации технологических процессов Среди приборов такого типа различают электроконтактные приборы давления ( манометры , вакуумметры ) типа ЭКМ , а также реле давления типа РД Электроконтактные приборы давления отличаются от реле давления наличием отсчетного устройства ( шкалы ) и могут быть использованы одновременно для целей измерения и сигнализации Реле давления используются только для целей сигнализации и являются « слепыми » приборами Электроконтактные приборы давления изготавливаются в виде рассмотренных уже манометров вакуумметров и мановакуумметров На рис 3.20 показана принципиальная схема и внешний вид электроконтактного манометра типа ЭКМ 155 Рис . 3.20 - Электроконтактный манометр типа ЭКМ В конструкции электроконтактного манометра предусмотрена контактная группа , состоящая из двух переменных контактов 1 и 2 ( задающие контакты ) и контакта , расположенного на стрелке прибора 3. Контакты прибора монтируют на специальных с трелках , помещенных под стеклом прибора Установка контактов может быть произведена на любое деление шкалы прибора вращением винта в головке , находящейся на наружной поверхности стекла Если давление среды в измеряемом пространстве уменьш ится и достигне т того минимального значения шкалы , на которое установлен контакт 1, стрелка замкнет цепь и включит соответствующую лампочку Если же давление увеличится , то стрелка замкнет контакт 2, т е цепь другой лампочки Вместо световой сигнализации или параллельно с ней может быть применена звуковая сигнализация , либо подключено любое электрическое исполнительное устройство Для питания схемы контактного манометра можно использовать постоянный (220 в ) или переменный (380 в ) ток Разрывная мощнос ть контактов манометра составляет 10 ватт при максимальном токе 1 А . Электроконтактные манометры ЭКМ выпускаются с верхним пределом измерения от 0,1 до 160 МПа Мановакуумметры типа ЭКМ выпускаются с верхним пределом измерения вакуумметрического давления до 0,1 МПа , а 156 избыточного – от 0,1 до 2,5 МПа Приборы типа ЭКМ имеют класс точности 1,5, 2,5 и 4,0. Для применения электроконтактных приборов давления во взрывоопасных условиях эксплуатации существуют модификации этих приборов типа ВЭ -16 РБ Реле давления. Среди реле ш ирокое распространение получили сигнальные реле типа РДС , схема которого представлена на рис . 3.21. Рис . 3.21 - Реле давления типа РДС В этом реле в качес тве упругого чувствительного элемента используются две одновитковые трубчатые пружины 6, впаянные в общий держатель 1 и подключенные к одному штуцеру Перемещение свободных концов этих пружин с помощью тяги 2 и рычага 3 передается контактному устройс тву , состоящему из двух переключателей ( нормально замкнутого 5 и нормально разомкнутого 4). Регулировка настройки срабатывания реле осуществляется при помощи тяги и винта 157 Диапазон срабатывания реле по давлению составляет от 0,5 до 2,5 МПа с погрешностью ±0,025 МПа Разрывная мощнос ть контактов достигает до 300 В · А при токе 1 А 3.4.4. Приборыдавленияспреобразователями Приборы давления с преобразователями , или так называемые первичные приборы давления , получили ш ирокое применение в различных отраслях промышленности для дис танционного измерения избыточного , вакуумметрического и абсолютного давления газа и жидкости , не агрессивных по отношению к сплавам на медной основе и углеродистым с талям Приборы такого типа особенно необходимы , когда по условиям технологического процесса необходимо централизовать контроль за работой оборудования , находящегося далеко от поста управления Первичные приборы давления применяются в комплекте со вторичными приборами и ав томатическими регуляторами , а приборы с унифицированным выходным сигналом постоянного тока используются также и с вычислительными машинами при создании автоматизированных систем В качестве основных преобразователей в таких приборах давления используются электрические ( резистив ные и индуктивные ), а также пневматические преобразователи Принцип действия этих приборов такой же , как и пружинных приборов давления , рассмотренных выше Отличительной же особенностью является наличие в конструкции прибора соответствующего приспособления для преобразования давления или разряжения в электрический или пневматический сигнал Одна из систем электрической дис танционной передачи показаний , использующая резистивный преобразователь , приведена на рис . 3.22. 158 Рис . 3.22 - Манометр с реостатным преобразователем У данного прибора на оси 1 манометра укреплен датчик 2, представляющий собой реос тат , намотанный на цилиндр В качестве измерительного в торичного прибора может быть использован , например , магнитоэлектрический логометр Напряжение на реос тат подается через пружинные контакты 3 и 4, а сигнал снимается через щетку 5. Показания логометра зависят от соотношения токов , которое определяется соотношением сопротивлений ветвей реостата Последнее зависит от угла поворота датчика , совпадающего с углом поворота стрелки манометра Это позволяет проградуировать логометр в единицах давления Кроме датчиков этого типа , применяются манометры с индуктивными преобразователями типа МЭД , схема которого приведена на рис . 3.23. Действие этого прибора основано на использовании деформации одновитковой трубчатой пружины 1, свободный конец которой связан с сердечником 2 дифференциально - трансформаторного преобразователя 3. Изменение положения сердечника вызывает изменение взаимоиндукции между обмотками трансформатора и , следовательно , изменение сигнала на выходе прибора 159 Приборы типа МЭД предназначены для измерения и непрерывного преобразования избыточного или вакуумметрического давления в выходной унифицированный сигнал переменного тока Они изготавливаются с отсчетными ус тройс твами и без них в следующих модификациях : манометры избыточного давления с верхними пределами измерения от 0,1 до 160 МПа ; вакуумметры с пределом 0,1 МПа ; мановакуумметры с пределами измерения вакуумметрического давления до 0,1 МПа и избыточного – от 0,06 до 2,4 МПа Приборы давления МЭД выпускают с классом точности 1,0 и 1,5. Они могут работать в комплекте со вторичными самопишущими приборами дифференциально - трансформаторной системы типа КСД -1, КСД -2, КСД -3 и другие с нормированным входным сигналом 0 – 10 миллигенри В настоящее время находят применение приборы давления , снабженные преобразователями с магнитной компенсацией Эти приборы предназначены для измерения давления газов или жидкостей Они изготавливаются без отсчетных устройств в виде следующих первичных измерительных преобразователей давления : манометров абсолютного давления мембранных типа МАДМЭ с верхними пределами измерения абсолютного давления 10 и 60 Рис . 3.23 - Прибор давления типа МЭД 160 кПа ; манометров мембранных типа ММЭ с верхними пределами измерения избыточного давления от 0,16 до 2,5 МПа ; манометров с трубчатой пружиной типа МПЭ с верхними пределами измерения избыточного давления от 2,5 до 60 МПа В приборах этого типа используется унифицированный передающий линейный преобразователь с магнитной компенсацией На рис . 3.24 на примере манометра типа ММЭ показано упрощенное его устройство и структурная схема преобразователя с магнитной компенсацией 1 5 4 3 2 Р ВХ ? Ф - Ф ОС ? Ф U I ВЫХ I ОС Рис . 3.24 - Манометр типа ММЭ и его структурная схема : На структурной схеме обозначено : 1- упругий чувствительный элемент ; 2- магнитный плунжер ; 3- магнитный преобразователь ; 4- полупроводниковый усилитель ; 5- устройство обратной связи Манометр состоит из чувствительного элемента 1, выполненного в виде мембранной коробки , передающего линейного преобразователя с магнитной компенсацией 2 и электронного полупроводникового усилителя 3. На крышке 7 корпуса измерительного блока жестко укреплена разделительная трубка 4 из немагнитной нержавеющей стали Внутри разделительной трубки находится магнитный плунжер 5, который жестко связан с центром дна мембранной коробки В приборе предусмотрена возможность перемещения преобразователя относительно магнитного сердечника , что позволяет производить первоначальную настройку нулевого значения выходного сигнала При эксплуатации манометра регулировка нулевого значения выходного ходкого сигнала производится с помощью корректора нуля 6. Подвод измеряемого 161 давления осуществляется через резьбовой штуцер 8, который снабжен гайкой и ниппелем Измеряемое давление среды Р воспринимается мембранной коробкой , которая , деформируясь на величину λ , перемещает магнитный плунжер , вызывающий изменение намагниченности Ф сердечника преобразователя пропорционально изменению давления При этом возникает сигнал рассогласования ∆ Φ на входе магнитного преобразователя , который усиливается и пос тупает в линию дис танционной передачи , а также в устройство обратной связи , создающее компенсирующее воздействие Ф ОС управляющего магнитного потока Манометры такого типа имеют класс точности 1,0 и выходной сигнал постоянного тока , изменяющийся в диапазоне 0 – 5 мА Первичные приборы давления с магнитной компенсацией могут работать в комплекте с миллиамперметрами , выполненными на базе автоматических потенциометров серии КСУ и КСП и другими измерителями электрических величин Кроме того , эти приборы могут работать с автоматическими регуляторами и вычислительной техникой , т к на выходе у них имеется унифицированный токовый сигнал Помимо приборов давления с электрическими преобразователями , в промышленности широко используются приборы с пневматическими преобразователями , которые в основном применяются на взрывоопасных объектах ( предприятия газовой , химической промышленности и т д .). Эти приборы имеют унифицированный пневматический в ыходной сигнал с диапазоном изменения 0,02 – 0,1 МПа и построены по блочному принципу В их состав входят пневмосиловой преобразователь , работающий по принципу « сопло - заслонка », пневматический усилитель мощности и измерительные блоки с различными упругими чувствительными элементами Приборы давления пневматические выпускаются в виде следующих устройств : тягомеры сильфонные ( ТС - П ); напоромеры сильфонные ( НС - П ); тягонапоромеры сильфонные ( ТНС - П ); вакуумметры сильфонные ( ВС - П ); 162 мановакуумметры сильфонные ( МВС - П ); манометры сильфонные абсолютного давления ( МАС - П ) и манометры пруж инные ( МП - П ). Все эти приборы имеют те же верхние пределы измерения и классы точности , что и аналогичные им приборы без преобразователей Пневматические приборы давления могут работать в комплекте со вторичными показывающими и самопишущими приборами с пневматическим входным сигналом 0,02 – 0,1 МПа , а также со стандартными пневматическими регуляторами 3.4.5. Приборыдавленияэлектрические Электрические манометры в нас тоящее время получили дос таточно широкое распространение Эти приборы позволяют точно измерять быстропеременные давления в большом диапазоне его изменения В основу принципа работы электрических манометров положены различные физические явления , например , изменение сопротивления проводников при воздействии внешнего давления , возникновение электростатических зарядов при деформации некоторых крис таллов в определенном направлении , изменение электрической емкости , явление индукции и т д В состав этих приборов в обязательном порядке входят соответс твующие электрические преобразователи с унифицированным токовым выходом Пьезоэлектрические манометры Действие их основано на использовании пьезоэлектрического эффекта , наблюдаемого у ряда кристаллов ( кварца , турмалина , сегнетовой соли и др .). Пьезоэлектрические манометры , использующие в качестве чувствительного элемента кристаллы кварца (Si0 2 - двуокись кремния ), нашли наибольшее практическое применение по сравнению с индикаторами из других кристаллов благодаря существенным достоинствам кварца , который негигроскопичен , обладает большой механической прочностью , хорошими изоляционными качествами и независимостью пьезоэлектрических свойств от температуры в интервале (20 - 400° С ). 163 У кристалла кварца ( см рис . 3.25) различают следующие оси : одна оптическая , продольно проходящая через крис талл ; три электрических , проходящих через ребра нормально к оптической оси ; три механических ( или нейтральных ), которые расположены нормально к граням и вместе с тем к двум предыдущ им осям Если из кристалла кварца вырезать прямоугольную пластину с гранями , параллельными осям ( срез Кюри ), и подвергнуть ее сжатию ( или растяжению ) вдоль электрической оси , то на ее гранях , перпендикулярных этой оси , появятся электростатические заряды , равные по величине и противоположные по знаку При переходе от сжатия к растяжению и обратно знаки зарядов меняются в соответс твии с изменением знака силы , действующей вдоль электрической оси Рис . 3.25 - Кристалл кварца ( а ); пластина кварца и ее оси ( б ) Обозначив через Q х величину заряда , возникающего при действ ии силы F х вдоль электрической оси , а через Р х давление , действующее на площадь грани S x = a y · a z , получим : x x x x S P K F K Q ⋅ ⋅ = ⋅ = , (3.24) где К - пьезоэлектрическая постоянная ( пьезоэлектрический модуль ). Пьезоэлектрический модуль не зависит от размеров кристалла , однако его значения различны для разных пород кварца Величина К для применяемого кварца лежит в пределах от 6,29 · 10 -8 до 6,94 10 -8 абсолютных 164 электростатических единиц (CGSE). Из приведенной формулы следует , что величина заряда Q x пропорциональна силе F x Если при действующем давлении Р х весь заряд с граней S r снять , а затем давление Р х изменить до Р ' х , то на этих гранях в новь появ ится заряд Q ´ x , равный x x x x S P P K Q ⋅ − ⋅ = ) ( / / (3.25) При действии силы F y вдоль механической оси заряды появляются также на гранях S x . При этом знаки зарядов обратны тем , которые появляются при действии силы F x , имеющей тот же знак , что и сила F y Таким образом , растяжение кварца в направлении одной оси равнозначно сжатию его в направлении другой оси Установлено , что величина заряда Q y , появляющаяся на гранях S x в результате дейс твия силы F y , равна : y x y y F a a K Q ⋅ ⋅ − = (3.26) Данное уравнение показывает , что увеличение заряда Q y при одной и той же силе F y может быть дос тигнуто путем увеличения размера а y или уменьшения размера а х . Действие силы F z в направлении оптической оси не вызывает появления заряда Пьезоэлектрический эффект называется продольным , если заряд на гранях S x возникает вследствие дейс твия сил F x , и поперечным , когда заряды на тех же гранях появляются под дейс твием сил Р y Пьезокварцевые манометры , позволяющие измерять давление до 100 МПа и выше , широко применяются при измерении быс тропеременных давлений При этом , чем быстрее протекает исследуемый процесс , тем достовернее данные измерения Практически пьезоэлектрический эффект можно считать безынерционным и достаточно стабильным Устройство датчика пьезокварцевого манометра с продольным пьезоэффектом схематично показано на рис . 3.26. 165 Рис . 3.26 - Схема датчика пьезокварцевого манометра В корпусе датчика расположены две кварцевые пластины 1, которые обращены друг к другу сторонами одинаковой полярности Эти стороны кварцевых пластин прилегают к металлической контактной пластине 2. Вторые стороны кварцевых пластин прилегают к металлическим опорам 3 и через них электрически замыкаются на корпус датчика Металлические опоры вместе со столбиком из кварца зажимаются между металлической мембраной 4 и гайкой 5. Шарик , пребывающий между гайкой 5 и верхней опорой , способствует равномерному распределению давления на поверхности кварца Ниж няя гайка 6 с каналом служит для соединения датчика с объектом измерения При измерении давления положительный заряд , появляющийся на гранях кварцевых пластин , отводится на корпус , а отрицательный заряд с граней пластин снимается контактной плас тиной 2 и с помощью провода 7 подается на измерительное устройс тво Диэлектрическая втулка , установленная в канале 5, изолирует провод от корпуса датчика Чувствительнос ть датчика обычно повышают путем увеличения активной площади мембраны , применения большего числа последовательно включенных кварцевых плас тин или же применением удлиненной кварцевой пластины , работающей с использованием поперечного пьезоэффекта |