|
|
Реферат -Измерение давления. Введение Раздел Электрические манометры
Содержание
Введение…………………………………………………………………………..3
Раздел 1.Электрические манометры…………………………………………….4
Раздел 2.Электрические вакууметры……………………………………………9
Заключение………………………………………………………………………13
Список использованных источников…………………………………………..14
Введение
Измерение давления необходимо для управления технологическими процессами и обеспечения безопасности производства. Кроме того, этот параметр используется при косвенных измерениях других технологических параметров: уровня, расхода, температуры, плотности и т. д. В системе СИ за единицу давления принят паскаль (Па). В большинстве случаев первичные преобразователи давления имеют неэлектрический выходной сигнал в виде силы или перемещения и объединены в один блок с измерительным прибором. Если результаты измерений необходимо передавать на расстояние, то применяют промежуточное преобразование этого неэлектрического сигнала в унифицированный электрический или пневматический. При этом первичный и промежуточный преобразователи объединяют в один измерительный преобразователь. Именно о средствах измерения давления пойдет речь в этом реферате.
Раздел 1.Электрические манометры
Действие электрических манометров основано на зависимости электрических параметров манометрического преобразователя от измеряемого давления. Измеряемое давление, оказывая воздействия на чувствительный элемент, изменяет его собственные электрические параметры: сопротивление, ёмкость, частоту или заряд, которые становятся мерой этого давления. К электрическим манометрам относятся пьезоэлектрические, манометры с тензопреобразователями, ионизационные.
1. Пьезоэлектрические манометры
Принцип действия пьезоэлектрических манометров основан на пьезоэлектрическом эффекте, сущность которого состоит в возникновении электрических зарядов на поверхности сжатой кварцевой пластины, которая вырезается перпендикулярно электрической оси кристаллов кварца. Схема пьезоэлектрического манометра представлена на рис.2.9.
Рис. 2.9 Схема пьезоэлектрического манометра
Измеряемое давление с помощью мембраны 1 преобразуется в усилие, сжимающее кварцевые пластины 2. Электрический заряд, возникающий на металлизированных плоскостях 3 под действием усилия F со стороны мембраны 1, определяется выражением,
где р - давление, действующее на металлическую мембрану 1 с эффективной площадью S; k - пьезоэлектрическая постоянная, Кл/Н.
Напряжение на входе усилителя, подключённого к выходу пьезопреобразователя, определяется общей ёмкостью измерительной цепи С:
Кварц в отличие от других сегнетоэлектриков, обладающих пьезоэффектом, является механически прочным и имеет высокую жёсткость.
Пьезоэлектрическая постоянная, составляющая около Кл/Н, отличается стабильностью и слабой зависимостью от температуры, что позволяет использовать пьезопреобразователи для измерения давления высокотемпературных сред. Из-за утечки заряда пьезоэлектрические преобразователи не используются для измерения статических давлений. С целью повышения чувствительности несколько кварцевых пластин включаются параллельно. Верхний предел измерения давления у этих приборов достигает 100 МПа (1000 кгс/см2).
2. Манометры с тензопреобразователями (тензорезисторные манометры)
Тензорезисторные манометры по быстродействию приближаются к пьезоэлектрическим манометрам. В манометрах с тензопреобразователями используется зависимость активного сопротивления проводника или полупроводника от степени его деформации. Тензорезисторные манометры представляют собой мембраны, на которых размещены проволочные, фольговые или полупроводниковые резисторы, сопротивление которых меняется при деформации мембраны под действием давления.
На рис.2.10 показана схема устройства тензорезисторов, которые представляют собой спираль, состоящую из нескольких петель проволоки, наклеенную на тонкую бумажную, плёночную или лаковую основу. Сверху спираль закрывают такой же тонкой бумагой или плёнкой.
Фольговые преобразователи изготавливаются из металлической фольги толщиной 0,001-0,01 мм вытравливанием.
Рис. 2.10 Схема устройства тензопреобразователя:
а) проволочного; б) фольгового
Схема преобразователя «Сапфир 22» типа ДИ, предназначенного для измерения избыточных давлений с верхним пределом измерения 0,4 МПа и выше, представлена на рис.2.11.
Рис.2.11 Схема измерительного преобразователя давлений ДИ
Чувствительным элементом манометра является двухслойная мембрана 1. Измеряемое давление действует на металлическую мембрану, к которой сверху припаяна сапфировая мембрана с тензорезисторами. Элементы измерительной схемы и усилитель находятся в блоке 2.
Приборы выпускаются в нескольких модификациях, предназначенных для измерения избыточного давления (ДИ), вакуума (ДВ), избыточного давления и вакуума (ДИВ), абсолютного давления (ДА), разности давлений (ДД), гидростатического давления (ДГ).
3. Ионизационные манометры
Ионизационные манометры -- наиболее чувствительные измерительные приборы для очень низких давлений. Для измерения давления в диапазоне 10-1…10-8 Па используются ионизационные манометры. Они измеряют давление косвенно через измерение ионов образующихся при бомбардировке газа электронами. Чем меньше плотность газа, тем меньше ионов будет образовано. Термоэлектроны соударяются с атомами газа и генерируют ионы. Ионы притягиваются к электроду под подходящим напряжением, известным как коллектор. Ток в коллекторе пропорционален скорости ионизации, которая является функцией давления в системе. Таким образом, измерение тока коллектора позволяет определить давление газа. Имеется несколько подтипов ионизационных манометров.
Большинство ионных манометров делятся на два вида: горячий катод и холодный катод. Третий вид -- это манометр с вращающимся ротором более чувствителен и дорог, чем первые два. В случае горячего катода электрически нагреваемая нить накала создаёт электронный луч. Электроны проходят через манометр и ионизуют молекулы газа вокруг себя. Образующиеся ионы собираются на отрицательно заряженном электроде. Ток зависит от числа ионов, которое, в свою очередь, зависит от давления газа. Принцип манометра с холодным катодом тот же, исключая, что электроны образуются в разряде созданным высоковольтным электрическим разрядом.
Схема ионизационного манометра с горячим катодом представлена на рис. 2.12. Основным элементом манометра является стеклянная манометрическая лампа, содержащая катод 1, который находится внутри анодной сетки 2, окруженной цилиндрическим ионным коллектором 3.
Рис. 2.12 Схема ионизационного манометра
Эжектируемые раскаленным катодом электроны ускоряются положительным напряжением, приложенным между анодом и катодом. При движении электроны ионизируют молекулы разреженного газа. Положительные ионы попадают на отрицательно заряженный коллектор 3. При постоянстве анодного напряжения и электронной эмиссии величина коллекторного тока Iк зависит от измеряемого давления.
Описание экспериментальной установки
Работа проводится на установке, схема которой представлена на рис. 2.13, где 1, 2, 3, и 4 - спиртовой, ртутный, водяной и пружинный манометры соответственно. Избыточное давление воздуха в ресивере 5 создается компрессором 6 и фиксируется при помощи зажима 7, размещенного на резиновой нагнетательной трубке, идущей от компрессора.
Порядок измерений и вычислений
Определить давление Рб и температуру воздуха t в лаборатории. Создать небольшое избыточное давление Ри в ресивере. Подождать до установления термического равновесия с окружающей средой и записать в таблице 1 названия и показания всех манометров. При этом для жидкостных ht = l1 +l2 и ht = l1 -l2 или ht = l2 -l1 , а не 2l1 или же 2l2 (рис. 2.13) так как диаметры трубок не постоянны и при отсутствии избыточного давления мениски могут быть и ниже и выше нуля шкалы прибора. Вычислить абсолютное давление воздуха в ресивере и представить его в требуемых единицах.
Раздел 2.Электрические вакууметры
Под вакуумметром понимается устройство, предназначенное для замера давления газов или вакуума, находящихся в вакуумной среде. Часто вакуумметр называют вакуумным манометром. Сегодня производители предлагают потребителю огромное количество разновидностей вакуумметров, которые позволяют измерять размер вакуума, как точечным способом, так и обобщенно. Кроме того, имеется возможность определить абсолютное значение вакуума либо определить разницу между давлением в технологической схеме и атмосферным давлением.
Устройства вакуумметра представляет собой два основных рабочих элемента. Первый элемент позволяет получать и преобразовывать исходные сигналы от технологической схемы. Второй элемент производит перерасчет полученной информации в необходимые единицы измерения и передает результат потребителю. Самый простой вакуумметр - механический, который позволяет непосредственно считывать и передавать информацию потребителю без каких-либо преобразований. Современный вакуумметр представляет собой компактное устройство, содержащее внутри все необходимые элементы. Для удобства восприятия сигналов вся информация выводится на циферблат или дисплей.
Если рассматривать физический свойства вакуумметра, то его показание можно охарактеризовать как давление молекул газа на единицу площади. Такой способ получения информации используется во многих областях промышленности и науки. Часто возникают ситуации, что размер вакуума настолько мал, что прибор не может зарегистрировать такое значение. В таком случае измерение значений вакуума проводят при помощи ионизации. Метод ионизации заключается в придании молекулам газа в вакууме электризации и их воздействия на электроды прибора. В таком случае имеется возможность измерить даже самые маленькие значения вакуума.
Сегодня вакуумметры делятся на приборы для измерения абсолютного и относительного давления. По принципу действия вакуумметры подразделяют на тепловые, пьезорезестивные и ионизационные. Чаще всего в промышленности используются тепловые вакуумметры. Принцип работы теплового вакуумметра заключается в измерении разности температур газа до начала измерения и после его завершения. Самый точный тип вакуумметра - пьезорезестивный, который позволяет производить измерения с погрешностью до 1 миллиметра ртутного столба. Особо точные пьезорезестивные вакуумметры позволяют производить измерения с погрешностью до одной десятой единицы миллиметра ртутного столба.
Самый принципиально простой по конструкции и принципу действия - стрелочный вакуумметр. Главный элемент стрелочного вакуумметра - трубка Бурдона. Изначально трубка изогнута в дугу. При воздействии давления на трубку происходит изменение ее формы. Трубка выпрямляется и оказывает механическое воздействие на стрелку циферблата, который показывает измеряемое значение. Стрелочный вакуумметр позволяет указывать значения без их преобразования.
Манометрический преобразователь этого типа выполнен в виде стеклянной лампы, в которой смонтированы катод прямого накала, анодная сетка и коллектор ионов, рис.6. На анодную сетку подается напряжение +200 В, на коллектор ионов -50 В. Анодная сетка выполнена в виде спирали из вольфрама. При включении преобразователя для его обезгаживания по спирали анодной сетки кратковременно пропускают ток 3 А, нагревают ее до
1000°С.
Принцип работы преобразователя основан на ионизации молекул газа внутри лампы потоком электронов. Информацию о давлении газа получают по величине ионного тока.
Вольфрамовый катод испускает поток электронов, который под действием электрического поля движется к анодной сетке. Большая часть электронов пролетает сквозь анодную спираль и тормозится в пространстве между сеткой и коллектором. Затем электроны начинают движение в противоположном направлении. В результате, прежде чем попасть на анод, электроны совершают в среднем до 5 колебаний около анодной сетки (путь электронов от катода к аноду резко увеличивается, следовательно, возрастает вероятность ионизации молекул газа). При столкновении электронов с молекулами газа происходит их ионизация, образующиеся ионы движутся к отрицательно заряженному коллектору ионов и создают в его цепи ионный ток.
При давлениях ниже 0,1 Па отношение ионного тока Jи к электронному Jэ прямо пропорционально давлению газов Ризм: 
Это уравнение называют уравнением электронного преобразователя.
Для получения однозначной зависимости ионного тока от давления газа электронный ток преобразователя поддерживают постоянным, тогда:
 ,
где  - постоянная электронного ионизационного преобразователя.
Верхний предел давлений, измеряемых электронным ионизационным вакуумметром, ограничен мальм сроком службы вольфрамового термокатода в присутствии химически активных газов и нелинейностью зависимости ионного тока в цепи коллектора от давления газа. Обычно ионизационный вакуумметр включают при давлении газа меньше 0,1 Па. Нижний предел давлений определяется фоновым током (ток фотоэлектронной эмиссии коллектора и ток ионно-электронной десорбции анода), не зависящим от давления и может достигать 10-8 Па. При работе с разными газами чувствительность преобразователя отличается, т. к. эффективность ионизации зависит от рода газа.
Магнитный электроразрядный преобразователь не содержит в конституции нагреваемых деталей и может включаться при любом давлении в вакуумной системе. Ионизация газа в таком вакуумметре осуществляется благодаря самостоятельному разряду между холодными катодом и анодом. Катодом является корпус преобразователя, рис.10. Анод выполнен в виде металлического кольца. Вдоль оси анода создают магнитное поле с индукцией 0,05 – 0,2 Тл. Через сопротивление нагрузки на анод подают высокое (2,5 - 3 кВ) напряжение. При ухудшении вакуума (давлении
102 Па, величина которого устанавливается при настройке датчика) между анодом и катодом возникает самостоятельный тлеющий разряд, напряжение на сопротивлении нагрузки (R нагр) резко возрастает, срабатывает защитное устройство.
Заключение
Манометр типа МЭД модели 22365 питается переменным током, не имеет контактов в измерительной цепи и обладает достаточным быстродействием. В работе описан принцип действия прибора его преобразователь, представлены технические характеристики, а также расписана последовательность выполнения поверки манометра. Подсчитана основная погрешность прибора. Также указаны условия эксплуатации, монтаж и размещение манометра.
Список использованных источников
1. ГОСТ 15150 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды» -действует;
2. ГОСТ 8291 «Манометры избыточного давления грузопоршневые. Общие технические требования» -действует;
3. ГОСТ 6521 «Манометры и вакуумметры деформационные образцовые с условными шкалами. Общие технические условия» - действует;
4. ГОСТ 1508 «Кабели контрольные с резиновой и пластмассовой изоляцией. Технические условия» -действует;
5. ГОСТ 6436 «Кабели для сигнализации и блокировки с полиэтиленовой изоляцией в пластмассовой оболочке. Технические условия» - утратил силу в РФ;
|
|
|
Скачать 52.71 Kb.