учебный план по программе наладчик кипиа. НКИПИА курс лекций. Учебный план Предисловие тема системы автоматического контроля и основы метрологии
 Скачать 7.3 Mb.
|
|
ТЕМА№ 3 Контроль давления § 3.1. Общие сведения Давление — один из важнейших параметров технологи- ческих процессов. За единицу измерения давления в Меж- дународной системе единиц (СИ) принят паскаль (Па). Од- нако до настоящего времени используют также внесистем- ные единицы: Н/м 2 , мм. вод. ст. и бар. Эти единицы связа- ны следующими соотношениями: 1 кгс/см 2 = 98 066,5 Па; 1 мм вод. ст. = 9,80665 Па; 1 мм рт. ст. = 133,322 Па; 1 бар = 10 5 Па. При измерении давления необходимо различать абсолют- ное, избыточное и атмосферное давление, а также вакуум. Абсолютное давление Р а — параметр состояния веще- ства (жидкостей, газов и паров). Избыточное давление Р и — разность между абсолютным давлением Р а и атмосферным давлением Р б (т. е. давлением окружающей среды). Р и = Р а − Р б , (3.1) Если абсолютное давление ниже атмосферного, то Р в = Р б − Р а , (3.2) где Р а — давление (разрежение), измеряемое вакуумом. По ГОСТ 2405–88 приборы для измерения давления классифицируются по принципу действия и по роду изме- ряемой величины. По принципу действия приборы для измерения давления подразделяются на следующие: жидкостные, основанные на уравновешивании измеряемого давления давлением соответствую- щего столба жидкости; 37 деформационные, измеряющие давление по вели- чине деформации различных упругих элементов или по развиваемой силе; грузопоршневые, в которых измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень; электрические, основанные или на преобразова- нии давления в одну из электрических величин, или на изменении электрических свойств матери- ала под действием давления. По роду измеряемой величины приборы для измерения давления делятся на: манометры — приборы для измерения абсолют- ного и избыточного давления; вакуумметры — приборы для измерения вакуума; мановакуумметры — приборы для измерения из- быточного давления и вакуума; дифференциальные манометры — приборы для измерения разности двух давлений, ни одно из которых не является давлением окружающей сре- ды; барометры — приборы для измерения давления атмосферного воздуха; напоромеры (микроманометры) — приборы для измерения малых избыточных давлений; тягомеры (микроманометры) — приборы для из- мерения малых разрежений; тягонапоромеры (микроманометры) — приборы для измерения малых давлений и разрежений. 38 Применяется для: отображения измеряемого давления; дистанционной передачи измерительной информации (вы- ходные сигналы 4–20 мА, 0–20 мА, 0–10 В); измерения дифференциального давления с возможными пе- регрузками. Особенности устройства DPGT43: система Plug and play позволяет избежать настройки и кон- фигурирования прибора; характеристика сигнала соответствует стандарту NAMUR; диапазон измерений 0–16 мбар; удобный для отображения и чтения циферблат, номиналь- ный размер 100 и 160 мм, отображаемость по месту снятия показания; не требует дополнительного питания; безопасное исполнение. Описание прибора Модель DPGT43 intelliGAUGE (американский патент № 8030990) применяется там, где необходимо сочетание местного отображения дифференциального давления и передачи измерительной информации в систему управления. Комбинация высококачественного измерительного механизма и точного преобразования и обработки электронного сигнала позволяет продолжать измерения даже в случае перебоя в электропитании. Нет необходимости в дополнительной точке отбора давления для мон- тажа отдельного показывающего прибора. Модель DPGT43 выполнена на базе высококачественного дифмано- метра 732.51 из нержавеющей стали с номинальными размерами Рис. 3.1. Дифференциальный манометр с электрическим выходным сигналом, модель DPGT43 39 100 мм и 160 мм. Данный манометр производится по EN 837-3 из хро- моникелевой стали с высокой коррозийной стойкостью. Измерительная камера полностью металлическая, без полимерных уплотнений, что гарантирует более длительную герметичность и отсут- ствие утечек. Высокая стойкость к перегрузкам также обеспечивается цельнометаллической конструкцией измерительной ячейки и ее ком- пактностью. Под воздействием давления деформация специальной профильной мембраны передается на стрелку и вызывает ее угловое перемещение, пропорциональное значению давления. Электронный сенсор, испытан- ный в экстремальных применениях автоматики, определяет положение оси и таким образом преобразует значение давления в пропорциональ- ный выходной электрический сигнал, например 4–20 мА. Данный сен- сор является бесконтактным, а значит, он не подвержен трению и не изнашивается. Электронный преобразователь, встроенный в механический мано- метр, сочетает преимущества электрической передачи измерительной информации с надежностью местного отображения. Диапазон измере- ний механической шкалы автоматически связан с диапазоном выходно- го сигнала 4–20 мА. Нулевое значение выходного сигнала может быть настроено вручную. § 3.2. Жидкостные манометры Жидкостные манометры отличаются простотой конструк- ции и сравнительно высокой точностью измерения. Их широ- ко применяют как в качестве переносных (лабораторных), так и технических приборов для измерения давления. Переносный U-образный манометр, представляющий собой согнутую в виде буквы П стеклянную трубку 1, пока- зан на рис. 3.2. Трубка закреплена на доске 2 со шкалой 3, расположенной между коленами трубки, и заполнена жид- костью (спиртом, водой, ртутью). Один конец трубки со- единен с полостью, в которой измеряется давление, другой конец трубки сообщается с атмосферой. Под действием из- меряемого давления жидкость в трубке перемещается из одного колена в другое до тех пор, пока измеряемое давле- ние не уравновесится гидростатическим давлением столба 40 жидкости в открытом колене. Если давление в полости, с которой соединен прибор, ниже атмосферного, то жид- кость в коленах переместится в обратном направлении и высота ее столба будет соответствовать вакууму. Присоединив оба колена трубки к полостям с различны- ми давлениями Р 1 и Р 2 , можно определит разность давле- ний. Манометр заполняют жидкостью до нулевой отметки шкалы. Для определения высоты столба жидко- сти необходимо сделать два отсчета (снижения в одном колене и подъ- ема в другом) и суммировать их вели- чины, т. е. H = h 1 − h 2 Промышленные манометры MVI и MVL из нержавеющей стали со- держат вертикальный столб жидко- сти, предназначенный для точного измерения отрицательных или очень низких положительных дав- лений и перепада давления (DP) воздуха или нейтрального газа. Они используются во всех от- раслях промышленности и осо- бенно рекомендуются в областях услуг качества, метрологии и ка- либровки. Рис. 3.2. U-образный манометр (пояснения в тексте) 41 Манометры серий MVI и МVL отличают ка- чество и точность столбцов из жидкого стекла. Приборы серии MVI оснащены жаростойким стеклом трубки (Pyrex), а серии MVL — калиб- рованным боросиликатным стеклом трубки вы- сокой точности. Внешний вид манометров: черные цифры на белом фоне; линейка: ползунок, настройка нуле- вой точки, 30 мм хода; бегунок памяти предыдущего зна- чения: установка на всем пути вверх по шкале. Столбцы жидкостные: Pyrex стеклянная трубка, внутрен- ний диаметр 4 +0,7 мм (MVI серии). стеклянная трубка калиброванная, внутренний диаметр 4 +0,015 мм (MVL серии). Погрешность при 20–22 °С: стеклянная трубка Pyrex в приборах серии MVI: +1 % от по- казаний; калиброванная стеклянная трубка в приборах серии MVL: +0,3 %. Корпус: из нержавеющей стали 316L. Соединение: ¼ BSP (внешнее) из нержавеющей стали. Предназначены для настенного монтажа. Рабочая температура: от −20 до +70 °C в зависимости от исполь- зуемой жидкости. Устройство может выдерживать статическое давление до 40 бар в зависимости от длины трубки. Для регулировки фотоэлектрического обнаружителя вручную ис- пользуются красный и зеленый индикаторы с точностью до 0,3 мм. В приборе есть небольшой дисплей для просмотра значения. Точность: в диапазоне между 0 до 3000 Па: 0,2 % от показаний (±1 Па); в диапазоне между 3000 и 20000 Па: ±0,5 % от показаний (±2 Па). и з нержавеющей стали улучшенной точности жидкостные манометры Kimo Рис. 3.3. Промышленные 42 Чашечный манометр, являющийся разновидностью П- образного, показан на рис. 3.4. Одно из колен чашечного манометра выполнено в виде сосуда (чашки) 1, диаметр ко- торого больше диаметра трубки 2, представляющей собой другое колено. Полость с измеряемым давлением (больше атмосферного) соединяется с чашечкой, а трубка соединя- ется с атмосферой. Так как площадь сечения чашки больше площади сечения трубки, жидкость под действием давле- ния в чашке опускается на высоту, которая меньше высоты подъема в трубке. Обычно площадь сечения чашки зна- чительно больше сечения трубки, поэтому величиной по- нижения уровня жидкости в чашке пренебрегают и резуль- тат отсчитывают только по высоте столбца жидкости в трубке от начального значения. Однако при этом возни- кает погрешность, вызванная понижением уровня жидкости в чашке, что изменяет положение нуля шкалы. Например, при диаметре чашки, в десять раз большем диаметра труб- ки, получим h 2 − 0,01 h 1 , (3.3) т. е. относительная погрешность соста- вит 1 %. Таким образом, погрешность прибора зависит от отношения площа- дей сечений трубки и чашки и может быть сколь угодно малой. На практике площади сечений чашки 5 и трубки 5 выбирают обычно такими, чтобы отношением 5/5 можно было пренебречь. В основном для чашечных приборов s/S ≤ 1/400. Рис. 3.4. Чашечный (однотрубный) манометр 43 Микроманометр с наклонной трубкой. При измерении малых давлений и разрежений порядка миллиметров или десятков миллиметров столба жидкости ошибка отсчета становится весьма значительной. Например, при высоте столба жидкости, равного 10 мм, ошибка отсчета 0,5 мм да- ет погрешность измерении, равную 5 % измеряемой вели- чины. Поэтому при измерении малых давлений приходится применять приборы, обеспечивающие бо́льшую точность измерения, чем U-образные или чашечные манометры. Одним из наиболее распространенных приборов этого типа является манометр с наклонной трубкой (рис. 3.5). Прибор состоит из стеклянного сосуда 2, к которому при- паяна стеклянная трубка 3, наклоненная под некоторым уг- лом к горизонту. Сосуд с трубкой укреплен на деревянной доске со шка- лой, градуированной в миллиметрах водяного столба. Для удобства шкала сделана подвижной, чтобы при запол- нении прибора жидкостью можно было совместить нуль шкалы с мениском жидкости в трубке. При измерении дав- ления ниже атмосферного (разрежения) к пространству присоединяют конец трубки 3. Для точной установки в го- ризонтальной плоскости прибор снабжен уровнем 4. По- скольку трубка 3 наклонена, высота столба жидкости, урав- новешивающая измеряемое давление, будет равна: h = n sinα, (3.4) где n — перемещение мениска жидкости в трубке, отсчи- танное по шкале. Таким образом, цена деления шкалы в 1/sinα раз больше высоты столба жидкости. Изменение уровня жидкости в сосуде 3 при подъеме жидкости в трубке учитывается при градуировке шкалы и поэтому не вносит ошибки в измере- ние. Микроманометры с наклонной трубкой изготовляют обычно для измерения давления в интервале 1,57–980 Па. 44 Рис. 3.5. Микроманометр с наклонной трубкой § 3.3. Деформационные приборы В промышленной практике измерения давления и разно- сти давлений широкое применение получили деформацион- ные (с упругим чувствительным элементом) приборы. В этих приборах давление определяется по деформации упругих чувствительных элементов или по развиваемой ими силе, которые преобразуются передаточными механизмами в угловое или линейное перемещение указателя по шкале прибора. В качестве упругих элементов используют трубча- тые пружины, мембраны, мембранные коробки и сильфоны. По виду упругого чувствительного элемента пружинные приборы делятся на следующие группы: 1) приборы с трубчатой пружиной (рис. 3.6, а и б); 2) мембранные приборы, упругим элементом которых служит мембрана (рис. 3.6, в), мембранная коробка (рис. 3.6, г и д), блок мембранных коробок (рис. 3.4, е и ж); 3) пружинно-мембранные с гибкой мембраной (рис. 3.6, з); 4) приборы с упругой гармониковой мембраной (силь- фоном) (рис. 3.6, к); 5) пружинно-сильфонные (рис. 3.6, и). Приборы с чувствительными элементами в виде гофриро- ванных мембран, мембранных коробок и мембранных бло- ков применяют для измерения небольших избыточных дав- лений и разрежений (манометры, напоромеры и тягомеры), а также перепадов давления (дифференциальные манометры). 45 Зависимость прогиба мембраны от измеряемого давления в общем случае нелинейна. Число, форма и размеры гофра зависят от назначения прибора, пределов измерения и дру- гих факторов. Чтобы увеличить прогиб в приборах для малых давле- ний, мембраны попарно соединяют в мембранные коробки, а коробки — в мембранные блоки. Мембранные коробки могут быть анероидными (рис. 3.6, г) и манометрическими (рис. 3.6, д). Анероидные коробки, применяемые в баро- метрах, герметизированы и заполнены воздухом или инертным газом при давлении 1 Па. Деформация анероид- ной коробки происходит под воздействием разности давле- ния окружающей ее среды и давления в полости коробки. Так как давление в полости коробки очень мало, можно считать, что ее деформация определяется атмосферным давлением. Рис. 3.6. Типы пружинных манометров Деформация анероидной или манометрической коробки равна сумме деформаций составляющих ее мембран. Третий вид упругих элементов манометров составляют особые гоф- рированные коробки, называемые сильфонами. Сильфон 46 представляет собой цилиндрический тонкостенный сосуд, на боковой поверхности которого выдавлены глубокие па- раллельные волны (рис. 3.6, к). При воздействии осевой нагрузки, внешнего или внутреннего давления длина силь- фона изменяется, увеличиваясь или уменьшаясь в зависимо- сти от направления приложенной силы. Манометр с трубчатой пружиной (рис. 3.7) — один из наиболее распро- страненных видов деформа- ционных приборов Чувствительным эле- ментом такого прибора яв- ляется согнутая по дуге круга и запаянная с одного конца трубка 7 эллипти- ческого или овального се- чения. Открытым концом трубки 7 через держатель 2 и ниппель 1 присоединяют к источнику измеряемого дав- ления. Свободный (запаян- ный) конец 8 трубки 7 че- рез передаточный механизм соединен с осью 4 стрелки 10, перемещающейся по шкале манометра. Трубки манометров, рассчитанных на давление до 500 кПа (50 кгс/см 2 ), изготовляют из меди, а трубки манометров, рас- считанных на большее давление, — из стали. Свойство изогнутой трубки некруглого сечения изменять величину изгиба при изменении давления обусловлено из- менением формы сечения. Под действием давления внутри трубки эллиптическое или овальное сечение, деформируясь, Рис. 3.7. Принципиальная схема манометра с трубчатой пружиной (пояснения в тексте) 47 приближается к круговому, что приводит к раскручиванию трубки, т. е. к угловому перемещению ее свободного конца. Это перемещение в определенных пределах пропор- ционально измеряемому давлению. Поэтому максимальное рабочее давление манометра должно быть ниже предела пропорциональности с некоторым запасом прочности. В соответствии с этим шкалу манометра (верхний предел измерения) выбирают таким образом, чтобы рабочий пре- дел измерения (наибольшее рабочее давление) был не ме- нее 3 / 4 верхнего предела измерения при постоянном давле- нии и не менее 2 / 3 верхнего предела измерения при пере- менном давлении. Верхние пределы измерения манометра выбирают из ря- да: (1; 1,6; 2,5; 4; 6) 10 n где n — любое целое положитель- ное или отрицательное число. Перемещение свободного конца трубки под действием давления весьма невелико, поэтому в конструкцию прибора введен передаточный механизм, увеличивающий масштаб перемещения конца трубки. Зубчато-секторный передаточный механизм показан на рис. 3.7. Он состоит из зубчатого сектора 9, шестерни 5, сцеп- ляющейся с сектором, и спиральной пружины 6. На оси ше- стерни 5 закреплена указывающая стрелка 10 манометра. Пружина 6 одним концом прикреплена к оси шестерни, а другим — к неподвижной точке платы 3 механизма. Пру- жина, выбирая зазоры в зубчатом зацеплении и шарнирных соединениях передаточного механизма, исключает люфт стрелки. Манометр с трубкой Бурдона применяется в неблаго- приятных эксплуатационных условиях, при пульсации и вибрации, для исследования газообразных и жидких сред, не агрессивных к медным сплавам, в гидравлике, компрес- сорах и судостроении. 48 Рис. 3.8. Манометр с трубкой Бурдона 213.53.063 0-8 bar g1/4b с гидрозаполнением WIKA Особенности манометра: виброустойчивость и ударопрочность; высокопрочная конструкция; номинальный размер 63, 100 одобрен немецкой ассоциаци- ей Lloyd и Росстандартом; диапазон измерений 0–1000 бар. Описание прибора: исполнение EN 837-1; номинальный размер 50, 63, 100 мм; класс точности: при номинальных размерах 50, 63: 1,6; при номинальном размере 100: 1,0. Диапазоны шкалы: номинальный размер 50: от 0–1 до 0–400 бар номинальный размер 63, 100: от 0–0,6 до 0–1000 бар, а также соответствующие вакууметрические и мано- вакууметрические диапазоны. Рабочая температура: окружающая среда: от −20 до +60 °C; измеряемая среда: до +60 °C. Мембранный манометр (рис. 3.9). Упругим элементом манометра является гофрированная мембрана 3, края которой зажаты между фланцами чашек 1 и 7. Чашка имеет ниппель 2, которым манометр присоединяют к измеряемому давлению. Верхняя чашка 7 представляет собой одно целое с корпусом манометра 5. В центре мембраны 3 закреплена стойка 4, шар- нирно соединенная с поводком 6. Последний соединен 49 § 3.4. Грузопоршневой манометр Принцип действия поршневого манометра основан на уравновешивании сил, создаваемых, с одной стороны, из- меряемым давлением, а с другой стороны — грузами, дей- ствующими на поршень, помещенный в цилиндр (рис. 3.10). Прибор состоит из колонки 7 с цилиндрическим шли- фованным каналом и поршня 6, несущего на своем верхнем конце тарелку 4 для нагружения ее эталонными грузами 5. Поршень винтового пресса служит для подъема и опускания поршня 6 так, чтобы при любых нагрузках поршень 6 был по- гружен в цилиндр примерно на 2 / 3 своей высоты. Камеру 2 поршневого манометра заполняют трансформаторным, вазе- линовым или касторовым маслом через воронку 8. Давление в системе создают с помощью винта с маховиком 9 и поршня. Штуцеры 3 служат для установки поверяемого и образцового манометров. Вентиль 10 предназначен для слива масла. с сектором зубчато-секторного пе- редаточного механизма. Наиболее удобны мембранные манометры для измерения дав- ления вязких жидкостей или хи- мически агрессивных сред. Рис. 3.9. Мембранный манометр 50 Манометр избыточного давле- ния грузопоршневой МП-60 класса точности 0,05 (рис. 3.11) предназ- начен для поверки и калибровки измерительных приборов давления (деформационных манометров, дат- чиков, регистраторов и т. д.), а также для непосредственного измерения избыточного давления в подклю- ченных замкнутых объемах. Техни- ческие характеристики манометра соответствуют ГОСТ 8291–83. Грузопоршневой манометр яв- ляется наиболее точным и стабильным прибором давления, дающим наилучшую повторяемость результатов измерений. В процессе измерений для устранения вредных сил трения поршня 6 о стенки цилиндрического канала колонки 7 пор- шень 6 вручную приводят во вращение. Поршневой манометр может быть использован для поверки манометров как с по- мощью грузов, так и с помощью образцового манометра. Рис. 3.10. Поршневой манометр Рис. 3.11. Манометр грузопоршневой МП-60 класса точности 0,05 51 § 3.5. Электрические манометры Тензорезисторные измерительные преобразователи ИП «Сапфир» обеспечивают непрерывное преобразование давления в унифицированный электрический токовый сиг- нал дистанционной передачи. Действие прибора основано на использовании тензометрического эффекта в полупро- водниковом материале. Воздействие измеряемого параметра, преобразованное в усилие, вызывает изменение напряженного состояния тензорезисторов, жестко соединенных (нанесенных в виде монокристаллической пленки) с чувствительным элементом тензомодуля, который размещен внутри измерительного блока первичного преобразователя. Изменение сопротивле- ния тензорезисторов, пропорциональное изменению величи- ны измеряемого параметра, преобразуется встроенным элек- тронным устройством в токовый выходной сигнал (4–20 мА) первичного преобразователя. Сигнал 4–20 мА передается по искробезопасной двухпро- водной линии дистанционной передачи к блоку питания БПЗ- 24 (по этим же проводам подается питание), где преобразует- ся в унифицированный токовый выходной сигнал (0–5; 0– 20 или 4–20 мА) в зависимости от исполнения прибора. ИП «Сапфир» состоит из двух конструктивных блоков: первичного преобразователя и блока питания типа БПЗ-24, связанных двухпроводной линией связи. Первичные преоб- разователи включают измерительный блок, встроенное уни- фицированное электронное устройство и различаются лишь конструкцией измерительных блоков. Измерительные блоки выполнены на основе тензомодулей двух типов (в зависимости от пределов измерения): рычажно- мембранного и мембранного. Схема измерительного блока разности давлений с тензомодулем рычажно-мембранного типа показана на рис. 3.12. 52 Тензомодуль рычажно-мембран- ного типа 4 размещен внутри осно- вания 2 в заполненной поли- метилсилоксановой жидкостью за- мкнутой полости и отделен от из- меряемой среды металлическими гофрированными мембранами 1. Мембраны по наружному контуру приварены к основанию и соедине- ны между собой центральным щит- ком 3, который связан с концом ры- чага тензомодуля. Разность давле- ний вызывает прогиб мембран 1 и 8 тензомодуля, а также изменение сопротивления тензорезисто- ров 5. Электрический сигнал с тензомодуля передается из по- лости высокого давления во встроенное электронное устрой- ство 6 по проводам через герметичный вывод 7. При односторонней перегрузке рабочим давлением мем- брана 1 после дополнительного перемещения ложится на профилированную подушку, поэтому измерительный блок выдерживает эту перегрузку, не разрушаясь. В преобразователях избыточного давления, разрежения и избыточного давления — разрежения используются одни и те же измерительные блоки, которые отличаются от измери- тельных блоков преобразователей разности давлений кон- струкцией фланцев. Промышленность выпускает следующие типы ИП «Сап- фир»: 651 ДИ и 652 Ди для избыточного давления; 651 ДА и 652 ДА — для абсолютного давления; 651 ДВ — для разре- жения; 651 ДД и 652 ДД — для разности давления, 651 ДГ — для гидростатического давления. Для измерения давления неагрессивных жидких и газо- образных сред и сигнализации при его отклонении от задан- ного интервала используют приборы типа МП4-ІІІ. Прибор Рис. 3.12. Измерительный блок разности давлений 53 состоит из четырех основных узлов (рис. 3.13): узла измере- ния величины давления, трибко-секторного механизма, кон- тактного устройства, сигнального блока. Перемещение сво- бодного конца манометрической пружины 1 через тягу 9, сектор 10 и трибку 2 преобразуется в поворот показывающей стрелки 6 относительно шкалы 4. Вместе с показывающей стрелкой поворачивается ведущий поводок 7, который пере- мещает подвижные контактные поводки 5. Сигнальный блок питается от сети переменного тока через однополупериодный выпрямитель Д 1 и стабилизатор Д 2 Нагрузкой предельных контактов 3 и 8 являются электро- магнитные реле Р 1 и Р 2 , служащие для коммутации внешних цепей. Когда величина измеряемого параметра находится в пределах, заданных сигнальными указателями, контакты по- водкового контактного устройства разомкнуты: нормально замкнутые контакты реле Р 1 и Р 2 замыкают цепь выдачи сиг- нала «Норма». При выходе величины измеряемого параметра за пределы, установленные сигнальными указателями, замыкаются соответствующие контакты поводкового кон- тактного устройства, нормально разомкнутые контактные реле Р 1 и Р 2 замыкают цепь выдачи сигнала «Минимум» или «Максимум». Рис. 3.13. Принципиальная схема прибора типа МП 4-ІІІ 54 На рис. 3.14 показана принципиальная схема сильфонно- го электрического взрывозащищенного манометра типов МС-Э1-В4 и МС-Э2-В4. Рис. 3.14. Принципиальная схема сильфонного взрывозащищенного электрического манометра: 1, 3 — рычаги; 2 — лента; 4 — пружинный корректор нуля; 5 — плунжер; 6 — индикатор рассогласования; 7 — электромагнитный механизм силовой обратной связи; 8 — электронный усилитель; 9 — сильфонный чувствительный элемент; 10 — штуцер для подвода измеряемого давления; 11 — корпус измерительного блока; 12 — мембранный вывод измеряемого усилия из полости измерительного блока Манометр предназначен для непрерывного преобразо- вания давления жидких и газообразных сред, в том числе азотоводородных и аммиачных, в пропорциональный уни- фицированный электрический выходной сигнал постоянно- го тока. 55 Преобразователи имеют взрывонепроницаемое исполне- ние (ВЧаТЗ) и могут применяться во взрывоопасных поме- щениях и на взрывоопасных установках всех классов, где возможно образование взрывоопасных смесей категорий 1, 2, 3 и подкатегорий 4а групп Т1, Т2, ТЗ. Принцип действия преобразователей — силовая компен- сация. Начальное (нулевое) значение токового выходного сигнала устанавливается пружинным корректором нуля 4. Интервал измерения настраивают изменением передаточ- ного отношения рычажного механизма, для этого переме- щают ленту 2, передающую усилие с рычага 1 на рычаг 3. Настройка нулевого значения выходного сигнала и диапа- зона измерения может производиться во взрывоопасном по- мещении без отключения электрического питания. § 3.6. Пневматические манометры На рис. 3.15 показана принципиальная схема сильфон- ного манометра абсолютного давления типа МАС-П. Ма- нометр абсолютного давления сильфонный пневматический МАС-П предназначен для непрерывного преобразования абсолютного давления газа в пропорциональный пневмати- ческий сигнал дистанционной передачи. Выпускается двух типоразмеров (МАС-П1 и МАС-П2) на одиннадцать раз- личных пределов измерения. Датчик дифманометра ДС-П состоит из блока сдвоенных сильфонов 12 (рис. 3.16), полости которых заполнены кремнийорганической жидкостью. Полости сильфонов со- общаются между собой каналом, который перекрывается клапаном 11 при увеличении деформации сильфонов выше предельной рабочей деформации. При нарушении герме- тичности мембраны 9 одновременно закрываются оба кла- пана сильфонных чувствительных элементов, обеспечивая надежную защиту от выброса наружу измеряемой среды 56 в случае разрушения сильфонов, что особенно важно при измерениях перепада давления токсичных и взрывоопасных сред. Рис. 3.15. Принципиальная схема манометра МАС-П: 1, 9, 10 — сильфоны; 2, 3 — рычаги; 4 — наездник; 5 — пружина; 6, 7 — сопло-заслонка; 8 — усилитель Рис. 3.16. Принципиальная схема дифманометра ДС-П: 1, 2, 10 — рычаги; 3 — наездник; 4 — пружина; 5 — заслонка; 6 — сопло; 7 — усилитель; 8, 12 — сильфоны; 9 — мембрана; 11 — клапан На рис. 3.17 показана принципиальная схема пружин- ного манометра типа МП4-У с пневматической передачей показаний на расстояние. Принцип действия измерительной части прибора основан на уравновешивании величины из- меряемого давления силой упругой деформации одновит- ковой трубчатой пружины, а принцип действия пневмати- ческой части — на компенсации сил. 57 Рис. 3.17. Принципиальная схема манометра МП4-У Изменение давления, передаваемого во внутреннюю по- лость трубчатой пружины 11, вызывает перемещение ее свободного конца, которое преобразуется передаточно- множительным механизмом (тяги 17, рычага 18 и трибко- секторной пары 14) в движение стрелки 12 относительно шкалы 13. Одновременно перемещение конца манометри- ческой пружины передается на заслонку 9 пневмопреобра- зователя через тягу 16, рычажный механизм 6 и цилиндри- ческую пружину 7. Заслонка может перемещаться относи- тельно сопла 8. Пневмопреобразователь работает следующим образом. Питающий воздух под давлением 140 ±14 кПа, которое контролируется манометром 21, поступает через входное отверстие в усилительное пневмореле 19, где редуцируется шариковым клапаном напора давления 2 до 3–4 кПа и через камеру давления командного воздуха А, а также дроссель 3 поступает в линию сопла 8. При полном открытии сопла 8 58 заслонкой 9 избыточное давление в линии перед соплом равно нулю, так как отверстие сопла значительно больше отверстия дросселя, а давление командного воздуха опре- деляется силами пружин 4 и составляет 4 кПа. Увеличение давления в линии перед соплом 8 при закрывании его пере- дается на мембрану 15, и шариковый клапан сброса 5 при- открывает отверстие для выпуска воздуха в атмосферу, а мембрана 20, воздействуя на шариковый клапан напо- ра давления 2, открывает входное отверстие питания. При этом в камере давления командного воздуха давле- ние возрастает на величину повышения давления в линии перед соплом; это давление передается во внутреннюю полость трубчатой пружины обратной связи 10 и на вы- ход прибора. Давление воздуха контролируется по мано- метру 7. Под действием давления, передаваемого во внутреннюю полость трубчатой пружины обратной связи 10, пружина деформируется, отводит заслонку 9 от сопла на расстояние, обеспечивающее поддержание в системе давления воздуха, пропорционального измеряемому параметру. Как только заслонка останавливается, увеличение давления в камере давления командного воздуха прекращается, на дросселе 3 устанавливается прежний перепад давления, а вся система уравновешивается. При уменьшении измеряемого прибором давления среды заслонка 9 отходит от сопла 8, что приводит к уменьшению давления в линии перед соплом, а следовательно, и в камере командного воздуха, так как мембраны 15 и 20 перемещаются так, что открывается клапан сброса давления 5 и перекрыва- ется клапан напора 2. Сброс давления будет продолжаться до прекращения движения заслонки, т. е. до установления нового равновесия сил на мембранах. Уменьшенное давление в ка- мере давления командного воздуха А будет передано на вы- ход прибора и во внутреннюю полость пружины обратной 59 связи 10, которая, деформируясь, приблизит заслонку к соплу на расстояние, обеспечивающее поддержание в системе дав- ления, пропорционального измеряемой величине. Приборы выпускаются с классами точности 1,0 и 1,5. Интервал изменения выходного сигнала 20–100 кПа (0,2– 1,0 кгс/см 2 ). § 3.7. Выбор, установка и защита от коррозии средств измерения давления Широкий диапазон измерений давления и различные специфические условия, в которых они производятся на химических заводах, не позволяют дать исчерпывающие указания по установке и эксплуатации манометров в произ- водственных условиях. Однако из многообразия требова- ний, предъявляемых к измерениям, можно выделить неко- торые общие, выполнение которых позволит правильно из- мерять давление и вакуум в любых условиях. Прежде всего необходимо узнать примерную величину давления, пределы его колебаний, если оно переменное или пульсирующее, а также физико-механические свойства сре- ды. Прибор должен быть выбран с учетом требуемой точ- ности измерения, причем необходимо учитывать ту по- грешность, которую дает прибор в условиях эксплуатации под влиянием неблагоприятных внешних факторов (повы- шенной температуры, вибраций и т. п.). Так как допустимая погрешность прибора, определяющая его класс, выражается в процентах предельного значения шкалы, желательно вы- бирать такой прибор, пределы шкалы которого заданы как можно ближе к измеряемому давлению, тогда относитель- ная погрешность будет наименьшей. Для стабильного или плавно изменяющегося давления допустимое рабочее давление должно находиться в преде- лах ½ — ⅔ шкалы прибора, а для колеблющегося давления 60 ⅓ — ½ шкалы. Для других приборов (не пружинных) допу- стимое рабочее давление должно быть возможно ближе к предельному значению шкалы прибора. Кроме указанных факторов, определяющих выбор при- бора, необходимо учитывать измеряемую среду, что весьма важно в условиях химических заводов, где почти всегда приходится иметь дело с агрессивными жидкостями и газа- ми. В химической промышленности манометры часто уста- навливают на теплообменниках, выпарных, экстракцион- ных и дистилляционных аппаратах, автоклавах, сушилках и т. п. В таких случаях необходима защита воспринимаю- щей части манометра (пружины, мембраны) от воздействия газа или пара с высокой температурой. Для этого перед ма- нометром устанавливают так называемую сифонную труб- ку в виде буквы V или кольцевой петли. При измерении давления горячего газа сифонную трубку заполняют водой. Температура жидкости, заполняющей трубку, вследствие большой теплопотери в окружающую среду и малой тепло- проводности близка к температуре окружающего воздуха, поэтому воспринимающая часть прибора предохраняется от нагревания. Если жидкость, газ, пар или его конденсат химически ак- тивны по отношению к материалу воспринимающей части прибора, то вместосифонной трубки перед манометром уста- навливают мембрану или защитный сосуд, заполненный до половины инертной жидкостью (рис. 3.18). Такой жидкостью могут служить глицерин, вазелиновое масло, тяжелые углеводороды, керосин. Разделительная жидкость должна быть инертной по отношению к измеряе- мой среде и не растворять ее в заметных количествах. 61 Рис. 3.18. Разделительные устройства: а — мембранное; б — разделительный сосуд Если пары и жидкости способны при охлаждении затвер- девать и закупоривать подводящие к манометру трубки, то защитный сосуд необходимо устанавливать вблизи точки отбора давления и обеспечивать подогрев сосуда и подво- дящей к нему трубки до температуры выше точки кристал- лизации, а манометр удалить от защитного сосуда на неко- торое расстояние, заполнив соединяющую трубку жидко- стью. Для защиты от нагревания лучеиспусканием манометр должен быть либо удален от аппарата на достаточное рас- стояние, либо закрыт экраном, поглощающим тепловые лучи. Сотрясения, толчки и вибрация сокращают срок службы прибора, ускоряют износ деталей узла передачи манометра, поэтому при измерении давления в аппарате, подвержен- ном сотрясениям, манометр следует устанавливать на от- дельном щитке. Перед манометром необходимо предусмот- реть приспособление, поглощающее колебания. Такое при- способление (буфер) чаще всего представляет собой дрос- сель в форме игольчатого вентиля или диафрагмы с очень маленьким отверстием. 62 Рис. 3.19. Общий вид манометров, вакуумметров, мановакуумметров ДМ2010Сг, ДВ2010Сг, ДА2010Сг Приборы предназначены для измерения избыточного и вакууммет- рического давления различных сред и управления внешними электри- ческими цепями от сигнализирующего устройства прямого действия. Жидкостные и поршневые приборы устанавливают стро- го по отвесу или уровню. Импульсные линии, передающие давление к манометру, выполняют из металла, стойкого к влиянию измеряемой среды. При измерении давления кислорода уплотнительные прокладки из органических ма- териалов недопустимы. |