Курс лекций для студентов специальности 092108 Теплогазоснабжение и вентиляция
 Скачать 4.93 Mb.
|
|
3.6.2. Дифманометрыкольцевые Кольцевые дифманометры применяются для измерения расхода газа по перепаду давления на сужающих устройствах Эти дифманометры могут быть использованы также для измерения малых вакуумметрических и избыточных давлений газа Конструкция кольцевого дифманометра представляет собой замкнутое полое кольцо , разделенное сверху непроницаемой перегородкой , а в нижней части заполненное разделительной жидкостью ( водой или трансформаторным маслом ), уровень которой образует центральный угол α Под дейс твием 179 давлений , подводимых в плюсовую и минусовую камеры дифманометра , кольцо может поворачиваться на угол φ , достигающий 50° около оси , перпендикулярной плоскости окружности Осью кольца является опорная призма , расположенная в центре кольца и опирающаяся на стальную подушку К нижней части кольца прикреплен груз G, который создает противодействующий момент и определяет максимальное значение угла поворота кольца при заданном верхнем пределе измерения разности давлений Упрощенная схема кольцевого дифманометра показана на рис . 3.30. Рис . 3.30 - Схема кольцевого дифманометра Давления р 1 и р 2 к обеим полостям кольца , образованным перегородкой и разделительной ж идкостью , подводятся с помощью гибких резиновых трубок , которые не оказывают существенного влияния на угол поворота кольца Подвижная система дифманометра до заполнения кольца разделительной жидкостью и снятом грузе G балансируется при помощи специальных балансировочных грузов так , чтобы центр тяжести подвижной системы совпадал с осью вращения ( балансировочные грузы на схеме не показаны ). Кольцо дифманометра будет находиться в равновесии до тех пор , пока в обеих его полостях давление одинаково Если р 1 будет больше р 2 , то под 180 действием разности давлений независимо от движения кольца разделительная жидкость в нем переместится на угол β и , таким образом , действующая на жидкость разность давлений будет уравновешиваться столбом жидкости h, т.е. ∆р = ( ρ - ρ с ) · g · h, где ρ и ρ с - плотности разделительной жидкости и измеряемой среды , соответственно При этом действующая на перегородку кольцевой трубки разность давлений ∆р = ( р 1 - р 2 ) · создает движущую силу F, которая , будучи приложенной на расстоянии R от оси вращения кольца , вызовет вращающий момент М в = F · R. Благодаря этому моменту кольцевая трубка повернется на угол φ. Противодействующий момент М п создается силой тяжести груза и определяется уравнением М п = G · L·sin φ . (3.32) Для равновесия кольца необходимо равенство моментов М в = М п Отсюда получаем уравнение , выражающее зависимость угла поворота кольца от измеряемой разности давлений : L G R S p ⋅ ⋅ ⋅ ∆ = ϕ sin , (3.33) где S – площадь поперечного сечения кольца , L- расстояние от оси вращения кольца до центра тяжес ти груза G. Из данного уравнения следует , что угол поворота кольца зависит от размеров кольца : чем больше S и R, тем больше угол поворота кольца При постоянных значениях ∆р , R, S и L угол поворота кольца зависит от силы тяжести груза G: чем меньше сила тяжести груза , тем больше угол поворота кольца Изменение верхнего предела измерения разности давлений осуществляется в ряде случаев путем изменения силы тяжести груза G, и для этого груз делают составным из отдельных пластин Верхний предел измерения кольцевого дифманометра можно также менять изменением значения L. Из этого же уравнения следует , что угол поворота кольца дифманометра не зависит от плотности разделительной жидкости , хотя ее плотнос ть при 181 заданных размерах кольца определяет верхний предел измерения Из уравнения (3.33) следует , что измеряемый перепад давления можно определить по следующему выражению : ϕ sin ⋅ ⋅ ⋅ = ∆ R S L G p (3.34) Это говорит о том , что шкала кольцевого дифманометра , градуированная в единицах давлений , будет нерав номерной Для получения же равномерной шкалы прибора в передаточный механизм отсчетного устройс тва и преобразователя вводят лекальные пластины нужного профиля При этом профиль лекала прибора со шкалой , градуированной в единицах давления , будет отличаться от профиля лекала дифманометра , предназначенного для измерения расхода газа по перепаду давления в сужающем устройс тве Профиль лекала дифманометров - расходомеров выполняется так , чтобы прибор показывал квадратичную зависимость от перепада давления В этом случае шкала прибора получается равномерной Кольцевые дифманометры изготовляются с отсчетными устройствами или без них и снабжаются одним или двумя передающ ими ферродинамическими преобразователями и могут быть использованы для работы в комплекте со вторичными приборами ферродинамической системы Промышленные кольцевые дифманометры типа ДК - Ф выпускаются со стальным кольцом и резиновыми подводящими трубками , рассчитаны на предельно допускаемое рабочее избыточное давление не более 0,025 МПа и с предельными номинальными перепадами давления 400, 630, 1000 и 1600 Па Дифманометры типа ДК - Ф выпускаются также в качестве тягомеров , напоромеров и тягонапоромеров , имеющие те же верхние пределы измерения , что и дифманометры - расходомеры 3.6.3. Поплавковыедифманометры Поплавковые дифманометры работают по тому же принципу , что и жидкостные чашечные приборы давления , рассмотренные выше Сосуды поплавковых дифманометров располагаются U- образно У дифманометров 182 этого типа измеряемый перепад давления уравновеш ивается давлением столба рабочей жидкости ( ртути или трансформаторного масла ), залитой в прибор Измерение высоты этого столба осуществляется с помощью поплавка , передающего положение уровня рабочей жидкости в одном из сосудов на отсчетное устройство Передача хода от поплавка к отсчетному устройству может быть осуществлена механическим путем или с помощью электрического преобразователя на в торичный показывающий ( самопишущий ) прибор Поплавковые дифманометры с ртутным заполнением предназначены для измерения : расхода жидкости , газа и пара по перепаду давления в сужающем устройстве ; перепада давления жидкости и газообразных сред ; уровня жидкости , находящейся под атмосферным , вакуумметрическим или избыточным давлением Схема поплавкового дифманометра приведена на рис . 3.31. В этом приборе большее давление р 1 подается в широкий ( плюсовый ) сосуд , а меньшее р 2 действует на поверхность рабочей жидкости другого узкого ( минусового ) сосуда , который может быть сменен Для получения необходимого перестановочного усилия диаметр поплавка должен иметь достаточные размеры Диаметр поплавка в свою очередь определяет оптимальные размеры площади поперечного сечения сосуда , в котором он находится Размеры минусового сосуда ( диаметр и высота ) обычно выбираются в зависимости от измеряемого перепада давления Это дает возможность менять верхние пределы измерения в диапазоне от 6,3 до 100 кПа Рис . 3.31 - схема поплавкового дифманометра 183 В поплавковом дифманометре рабочая жидкость под действием измеряемого перепада давления поднимается на высоту h 1 в сменном сосуде , а в плюсовом же сосуде опускается на высоту h 2 При этом разнос ть уровней , получаемая от измеряемого перепада давления , определится как h = h 1 + h 2 Уравнение равновесия рабочей жидкости в дифманометре имеет вид : h g p p p ⋅ ⋅ − = − = ∆ ) ( В 2 1 ρ ρ , (3.35) где ρ , ρ в - плотнос ть рабочей жидкости и вещества , находящегося над ней , соответс твенно Если обозначить площадь сечения большого сосуда через F, а маленького через f , то в силу равенства вытесняемых объемов рабочей жидкос ти в обоих сосудах h 1 f = h 2 F, получаем : 2 2 2 2 1 d D h f F h h ⋅ = ⋅ = (3.36) Тогда общий перепад уровней в сосудах дифманометра составит : ) 1 ( 2 2 2 d D h h + = (3.37) Подс тавляя (3.37) в уравнение (3.35), получим : ) 1 ( ) ( 2 2 В 2 d D g h p + ⋅ − ⋅ ⋅ = ∆ ρ ρ (3.38) Среди промышленных поплавковых дифманометров рассмотрим два типа – с отсчетным устройством и без него На рис . 3.32 приведена схема устройства поплавкового дифманометра - расходомера типа ДП -710 Р с ртутным заполнением Этот прибор состоит из плюсового 4 и минусового сменного 12 сосудов Движение поплавка 3, находящегося в большом сосуде , передается рычажно - секторному механизму 5 и 7, преобразующему линейное перемещение поплавка в угловое перемещение шестерни 6. Связь этого механизма , находящегося в сосуде 4 под рабочим давлением с отсчетным устройством , расположенным в корпусе прибора 1 под атмосферным давлением , осуществляется с помощью шестерни 6 магнитной муфты ( рис 3.32- б ). 184 а ) б ) в ) Рис . 3.32 - Поплавковый дифманометр типа ДП -710 Р Магнитная муфта состоит из ведущего магнитопровода П - образной формы 13, ведомого ромбовидного постоянного магнита 14 и разделяющего их стакана 17, выполненного из немагнитного материала Магнитопровод 13 имеет общую ось с шестерней 6, находящейся в зацеплении с сектором 7, сидящем на оси 11. Ось 11 является одновременно и осью рычага 5, связанного с поплавком На оси 15, являющейся одновременно и осью ведомого ромбового магнита , закреплено лекало 16, профиль которого рассчитан по квадратичной зависимости Самопишущий механизм прибора показан на рис . 3.32- в Здесь по профилю лекала 16, вращающегося на оси 15 магнитной муфты , скользит щуп 18, на оси которого находится перо 19 для непрерывной записи показаний прибора на диаграммной бумаге Привод диаграммы осуществляется от синхронного электродв игателя или от часового механизма На оси щупа может быть закреплен кривошип , который соединяют с рычагом интегратора Этот кривошип используется также для передачи угла поворота щупа к отсчетному устройству показывающего дифманометра Дифманометр снабжен предохранительным клапаном 2 ( рис . 3.35- а ), который исключает возможность выброса ртути из прибора при одностороннем плюсовом давлении Прибор включается в работу с помощью вентилей 8 и 10, 185 которые имеют устройс тво для продувки соединительных линий Для выравнивания давления в сосудах при пуске прибора или поверке его на нуль служит уравнительный вентиль 9. Дифманометры , предназначенные для измерения разнос ти давлений и уровня жидкости , лекалом не снабжаются У этих приборов на ось 15 магнитной муфты насаживается шестерня , которая с помощью зубчатого сектора и четырехзвенника соединяется с держателем пера Некоторые модификации поплавковых дифманометров могут быть снабжены сигнальным устройством , интегратором или пневматическим преобразователем с унифицированным пневматическим выходным сигналом Рассмотренный дифманометр типа Д П -710 Р рассчитан на предельное допускаемое рабочее избыточное давление 25 МПа Дифманометры - расходомеры , применяемые для измерения расхода , имеют класс точности 1,0 и 1,5. Дифманометры типа Д П -710 Р рассчитаны на следующие номинальные перепады давления , устанавливаемые путем смены семи типоразмеров малого сосуда , указанных в таблице 3.4. Таблица 3.4 - Номинальные измеряемые перепады дифманометра Д П -710 Р Типоразмер малого сосуда № 1 № 2 № 3 № 4 № 5 № 6 № 7 Номинальный перепад , кПа 6,3 10 16 25 40 63 100 Рис . 3.33 - Поплавковый дифманометр типа ДПЭМ Дифманометр типа ДПЭМ , схема которого приведена на рис . 3.33, не имеет отсчетного устройс тва и заполнен маслом Дифманометр состоит из сменного 1 и поплавкового 2 сосудов , соединенных U- образно На дне поплавкового сосуда находится разделительная трубка 6 из немагнитной нержавеющей стали Снаружи на этой трубке установлен дифференциально - трансформаторный преобразователь 7. К поплавку 3 снизу прикреплена биметаллическая 186 пластина 4, которая жестко связана с сердечником 5. Биметаллическая плас тина позволяет уменьш ить температурную погрешнос ть прибора Дифференциально - трансформаторный преобразователь с помощью пружины 9 прижат к гайке 8, позволяющей перемещать преобразователь вдоль разделительной трубки в тех случаях , когда необходимо изменить его положение относительно сердечника ( первоначальная установка нуля ). Однако при эксплуатации дифманометра корректировка нуля производится корректором нуля во вторичном приборе Дифманометры ДПЭМ выпускаются на предельные номинальные перепады давления от 400 до 4000 Па Эти дифманометры имеют класс точности 1,0. Если дифманометр отградуирован вместе с вторичным прибором , то комплекту присваивается класс точности 1,5. Дифманометры ДПЭМ рассчитаны на предельно допускаемое рабочее избыточное давление до 0,25 Мпа Они применяются для измерения расхода газа по перепаду давления в сужающем устройстве , разности давлений , разрежения ( тяги ) и небольшого избыточного давления ( напора ). Дифманометры ДПЭМ работают в комплекте со вторичным прибором дифференциально - трансформаторной системы , например , типа КСД 3.6.4. Дифманометрысупругимичувствительнымиэлементами Дифференциальные манометры , рассмотренные выше , с жидкостным заполнением , несмотря на свои достоинства ( высокая точность , большой срок службы и т д .) имеют существенные недос татки , обусловленные использованием в них разделительной жидкости , которая в процессе эксплуатации может быть выброшена из - за однос торонней перегрузки дифманометра Это особенно недопустимо для дифманометров с ртутным заполнением Кроме того , этим приборам присущи и такие недостатки , как большое запаздывание , малые рабочие диапазоны измерения перепада давления и небольшая рабочая частота Эти указанные основные недостатки вызвали предпосылки разработки и широкого применения во многих областях 187 техники и промышленности дифференциальных манометров с упругими чувствительными элементами В качестве упругих чувствительных элементов , применяемых в промышленно - выпускаемых дифманометрах , в нас тоящее время получили мембранные блоки , неметаллические мембраны с жестким центром , сильфоны и сильфонные блоки Дифманометры с мембранными блоками . К числу таких дифманометров относятся « слепые » приборы с дифференциально - трансформаторным выходом типа ДМ и электрическим токовым выходом типа ДМЭ и ДМЭР Дифманометры типа ДМ используются в комплекте со вторичными приборами дифференциально - трансформаторной системы типа КСД -1, КСД -2 и КСД -3. На рис . 3.34 приведена упрощенная схема дифманометра типа ДМ , содержащего две мембранные коробки , гидравлически связанные между собой и заполненные дистиллированной водой Рис . 3.34 - Дифманометр мембранный типа ДМ В соответс твии с этим рисунком мембранные коробки 1 и 3 закреплены с двух сторон основания 2, которое образует с крышками корпуса две камеры : снизу – « плюсовую »; сверху – « минусовую ». Центр мембраны верхней коробки 3 жестко связан с сердечником 4 дифференциального трансформатора 5 при помощи немагнитного стального штока Подвиж ный сердечник трансформаторного преобразователя помещен вовнутрь кожуха 6, изготовленного из немагнитной нержавеющей с тали В приборе предусмотрено также устройство , 188 позволяющее перемещать трансформатор 5 вдоль разделительного кожуха , что дает возможность корректировки нулевого значения выходного сигнала при настройке Корректировка нуля в промышленных условиях осуществляется во вторичном приборе Давления р 4 и р 2 подводятся к камерам дифманометра через два запорных вентиля , обозначенных «+» и «-», соединенных с плюсовой и минусовой камерами дифманометра Для сообщения этих камер между собой в приборе предусмотрен уравнительный вентиль , расположенный ниже запорных вентилей Под воздействием разности давлений нижняя мембранная коробка сжимается и ж идкость из нее перетекает в верхнюю коробку , вызывая перемещение центра мембраны верхней коробки , а вместе с тем и сердечника дифференциально - трансформаторного преобразователя Это перемещение приводит к изменению взаимной индуктивности между первичной и вторичной обмотками преобразователя , а следовательно , и к изменению напряжения на его выходе , которое пропорционально измеряемому перепаду давления Если фактический перепад давления превышает предельный номинальный перепад давления дифманометра или одна из мембранных коробок находится под воздействием односторонней перегрузки , то повреждения мембранной коробки не произойдет , т к она сложится по профилю своих мембран , вытеснив всю жидкость во вторую коробку В зависимости от значения предельного номинального перепада давления в дифманометрах типа ДМ ус танавливаются мембранные блоки требуемой жесткости Дифманометры типа ДМ выпускаются четырех модификаций на предельно допускаемые рабочие избыточные давления 6,3 МПа , 16 МПа , 25 МПа и 63 МПа Первые три модели приборов выпускаются на предельные номинальные перепады давления от 1600 до 25 000 Па и от 0,04 до 0,63 МПа Дифманометры , рассчитанные на предельно допускаемое рабочее избыточное давление 63 МПа , выпускаются на предельные номинальные перепады давле - ния от 0,04 до 0,63 МПа Эти дифманометры имеют классы точности 1,0 и 1,5. 189 Дифманометры типа ДМ широко применяются в качестве расходомеров в комплекте с сужающими устройствами , перепадомеров и уровнемеров , причем приборы с номинальными рабочими перепадами давления 1600 и 2500 Па используются только для измерения перепада давления газов Дифманометры с выходным сигналом постоянного тока , к которым относятся приборы типа ДМЭ и ДМЭР , используются в комплекте с миллиамперметрами , выполненными на базе автоматических потенциометров КВУ -1, КПУ -1, КСУ -1, КСУ -2 и КСУ -4, а также с регуляторами и другими устройствами ав томатизации Эти приборы имеют унифицированный выходной сигнал 0 -5 мА , пропорциональный перепаду давлений ( ДМЭ ) и расходу ( ДМЭР ) и одинаковую конс трукцию Устройс тво этих дифманометров аналогично рассмотренным дифманометрам типа ДМ , только вместо дифференциального трансформатора у них предусмотрен токовый преобразователь выходного сигнала с магнитной компенсацией Дифманометры ДМЭ и ДМЭР рассчитаны на предельное избыточное рабочее давление 40 МПа и выпускаются с предельными номинальными перепадами давления от 4000 до 25000 Па и от 0,04 до 0,63 МПа Класс точности для ДМЭ соответствует 1,0; а для ДМЭР – 1,5. Рис . 3.35 - Дифманометр типа ДМПК Среди дифманометров , использующих в качестве упругого чувствительного элемента мембранные блоки , различаю т также приборы типа ДМПК Эти приборы имеют унифицированный пневматический выходной сигнал 0,02 – 0,1 МПа Схема дифманометра типа ДМПК приведена на рис . 3.35. В основу работы дифманометра заложен принцип компенсации усилия , развиваемого упругим чувствительным элементом , который состоит из двух мембранных коробок 2 и 14, 190 закрепленных с обеих сторон основания 1, которое делит внутреннюю полос ть прибора на две камеры В правую камеру через запорный вентиль «+» подводится давление р 1 , а в левую камеру давление р 2 меньшее , чем р 1 Внутренние полости мембран гидравлически связаны и заполнены жидкостью – 40%- ым раствором глицерина Внешние жесткие центры мембран обеих коробок соединены между собой штоком 13. Центр мембранной коробки минусовой камеры связан с основным рычагом 4 пневмосилового линейного преобразователя плас тинчатой тягой 3. Вывод основного рычага из минусовой камеры с высоким рабочим давлением уплотнен мембраной 5 из нержавеющей стали , приваренной к рычагу 4 и втулке , закрепленной в корпусе прибора Измеряемая разность давлений воздействует на упругий чувствительный элемент и преобразуется в пропорциональное усилие q , которое через рычажную систему 4 и 7 пневмосилового преобразователя уравновешивается усилием q ос сильфона обратной связи 10. При изменении измеряемого перепада давления и усилия q происходит небольшой поворот рычаж ной системы пневмосилового преобразователя и связанной с рычагом 4 заслонки 8 индикатора рассогласования При этом меняется зазор между заслонкой и соплом 9, вызывая изменение давления сжатого воздуха в линии сопла , которое управляет пневматическим усилителем 12 таким образом , что выходное давление воздуха , поступающее в линию дистанционной передачи и сильфон обратной связи , изменяется пропорционально измеряемому перепаду давления Мерой измеряемого усилия q, а вместе с тем и перепада давления является текущее значение выходного давления р вы х , необходимое для создания уравновешивающего усилия обратной связи q ос Нас тройка прибора на заданный предельный номинальный перепад давления производится путем изменения передаточного отношения в кинематике пневмосилового преобразователя за счет положения подвижной ножевой опоры 6 и положения сильфона обратной связи Установка начального нулевого значения выходного сигнала прибора 0,02 МПа производится при помощи пружины корректора нуля 11. 191 Питание прибора осуществляется очищенным от пыли , влаги и масла воздухом с номинальным избыточным давлением р пит = 0,14 МПа Для контроля давления питания и выходного давления дифманометр снабжен двумя миниатюрными манометрами К промышленно выпускаемым приборам такого типа относятся дифманометры типа ДМПК -100, рассчитанные на рабочее избыточнее давление 100 кгс / см 2 (10,0 МПа ) с номинальным перепадом давления от 6300 до 25000 Па и от 0,04 до 0,1 МПа Дифманометры мембранного типа |