19.Образцовые и грузопоршневые манометры

Манометры образцовые предназначены для испытаний, поверки и калибровки приборов давления, а также для точных измерений избыточного давления жидкости и газа.служат для поверки других манометров. Передаточные механизмы в образцовых манометрах проходят повышенную чистоту обработки сопрягаемого зубчатого зацепления. Предусмотрены дополнительные регулировочные настройки, а также учтена возможность температурной коррекции показаний прибора. В большинстве случаев такие приборы устанавливаются на поршневых манометрах или каких-либо других установках способных развивать нужное давление.

Грузопоршневые манометры серий Р, M предназначены для точного воспроизведения единицы избыточного давления. Применяются в качестве эталонов при поверке, калибровке, регулировке и градуировке высокоточных датчиков давления, а также образцовых манометров и калибраторов давления и других средств измерений.

Возможно воспроизведение давления в пределах до 4000 кгс/см2. Давление создается с помощью пресса, встроенного в грузопоршневой манометр. Наличие двух источников давления (пресса и насоса) обеспечивает быстрое создание и точную регулировку давления. Нависающие грузы защищают поршни, улучшают чувствительность и стабильность.

20.Приборы с дифференциально-трансформаторными преобразователями

Приборы давления с электрическими и пневматическими преобразователями, или так называемые первичные приборы давления, получили широкое применение в различных отраслях промышленности для дистанционного измерения избыточного, вакуумметрического и абсолютного давления газа и жидкости, не агрессивных по отношению к сплавам на медной основе и углеродистым сталям.Первичные приборы давления применяются в комплекте с вторичными приборами и автоматическими регуляторами, а приборы с унифицированным выходным сигналом постоянного тока используются также и с информационно-вычислительными машинами при создании АСУ ТП. Ниже рассмотрим приборы давления с электрическим и пневматическим выходными сигналами, широко применяемые в энергетике и других отраслях промышленности. Эти приборы относятся к группе унифицированной системы электрических и пневматических взаимозаменяемых приборов ГСП.

№21 Приборы с преобразователями на основе компенсации магнитных потоков.

На рисунке принципиальная электрическая схема, которая содержит первичный преобразователь и вторичный прибор.

Первичный преобразователь состоит из двух обмоток возбуждения ωв и ωв′, двух обмоток обратной связи ωос и ωос′, расположенных на двух магнитах М1 и М2.

Цепь возбуждения содержит диоды D₁ и D₂, резисторы R₁ и R₂.

Обмотки возбуждения и резисторы образуют измерительную схему моста.

Обмотки возбуждения включены встречно.

Обмотки обратной связи также расположены на магнитопроводах М₁ и М₂. Они также включены встречно.

Магнитный плунжер NS механически соединен с упругим чувствительным элементом измерительного преобразователя.

Магнитный поток магнитного плунжера замыкается через магнитопроводы М₁ и М₂. При нейтральном положении магнитного плунжера результирующий магнитный поток в магнитопроводах от магнитного плунжере и от обмоток возбуждения ω_в и ω_в′ равен нулю. Токи в обмотках ω_в и ω_в′ равны и противоположны по направлению.

Следовательно, токи, протекающие по резисторам R₁ и R₂, также равны. Выходной сигнал, равный разности напряжений по R₁ и R₂ равен нулю.

При смещении магнитного плунжера в ту или другую сторону от нейтрального положения нарушается симметрия. Магнитный поток в одном магнитопроводе уменьшается, а в другом - увеличивается.

Токи, протекающие через обмотки ω_в и ω_в′ будут различными, так как будут различные индуктивные сопротивления обмоток. Появится сигнал рассогласования на резисторах R₁ и R₂, пропорциональной смещению магнитного плунжера. Этот сигнал поступает на вход усилителя.

С выхода усилителя сигнал поступает на вторичный измерительный прибор, имеющий входное сопротивление R_н, и одновременно в обмотку обратной связи, которая создает магнитный поток, компенсирующий воздействие магнитного потока магнитного плунжера. Таким образом, в магнитопроводах М₁ и М₂ наступает состояние равновесия.

В качестве вторичных приборов используются показывающие и самопишущие миллиамперметры.

Класс точности таких манометров равен 1.

Передающие преобразователи с магнитной компенсацией предназначены для преобразования перемещения центра или сводного конца упругого чувствительного элемента прибора, воспринимающего измеряемую величину ,в унифицированный выходной сигнал постоянного тока.

а)Преобразователи с линейной характеристикой предназначены :измерения давления, разности давлений и уровня жидкости.

б) )Преобразователи с квадратичной характеристикой предназначены; для дифманометров,применяемых для расхода жидкостей,газов,пара по перепаду давления в С.У.,связанному с квадратичной зависимостью.

-статическая функция

(квадратичный закон преобразования измеряемой величины)

k₁ и k₂ - постоянные коэффициенты.

k_о.с. - коэффициент передачи устройства обратной связи.

расхода среды –Q:

B-магнитная индукция.Зависит от Q и B.

№22Приборы с полупроводниковыми тензопреобразователями (типа САПФИР)

Тензорезистивными преобразователями называются резисторы, в которых под действием механической деформации изменяется активное сопротивление. Тензорезистивные преобразователи могут быть проводниковыми (проволочными или фольгированными) и полупроводниковыми.

Основной характеристикой тензорезисторов является коэффициент относительной тензочувствительности К, определяемый по формуле

.

Следовательно, К определяется как отношение относительного изменения сопротивления к относительному изменению длины чувствительного элемента

Наиболее распространенные конструкции наклеиваемых металлических тензопреобразователей см. рис.

а - с плоской формой решетки; б – фольгованный; в – проволочный; г - проволочный с подвижной планкой;

1 – подложка; 2 – тензочувствительный элемент; 3 – выводы;

Недостатком обычных фольговых преобразователей является сравнительно низкое сопротивление, не превышающее обычно 50 Ом. Тензочувствительный элемент может быть выполнен также в виде пленки путем осаждения паров металла на подложку.

Когда необходимо получить большую мощность, чувствительные элементы выполняют виде большого числа(до 30..50)параллельно соединенных проволочек.

Погрешности тензорезисторов обусловлены в основном температурными изменениями сопротивления материала, линейным расширением чувствительного элемента, а также возникновением термо-э. д. с. в точках подсоединения проводов к выводам. Погрешности металлических тензорезисторов составляют порядка 0,1…0,2 %, а полупроводниковых - 0,5…1 %.

Чувствительный элемент-тензорезистор

Применение: для измерения механических величин, предварительно преобразованных в деформацию упругого элемента, - перемещений, сил, давлений, моментов, параметров вибраций.

Достоинства: малые габаритные размеры, простое устройство, высокую точность и надежность в работе.

1 - сапфировая пластина; 2 - сборные пластинки; 3 - кольцо из диэлектрика; 4 - корпус; 5 - выводные провода

Манометр имеет цилиндрический корпус 4, образующий в верхней части упругую мембрану, а в нижней - штуцер для подвода измеряемого давления Р. К мембране припаяна круглая сапфировая пластина 1, на поверхность которой нанесены тонкое пленочные полупроводниковые тензорезисторы R₁...R₄ из монокристаллического кремния.

Тензорезисторы с помощью припаянных к ним выводных проводов 5, соединены со сборными пластинками 2, закрепленными на кольце из диэлектрика 3.

Давление в манометре измеряется схемой неуравновешанного моста, плечами которого являются тензорезисторы R₁...R₄.

В результате деформации мембраны с сапфировой пластинкой 1 и тензорезисторами возникает разбаланс моста в виде напряжения, которое с помощью усилителя преобразуется в выходной сигнал, пропорциональный измеряемому давлению.

Пример:САПФИР 2450

1 – электронный преобразователь; 2 – гермоввод ; 3 – прокладка; 4 - мембранный тензопреобразователь ;

5 – плюсовая камера; 6 и 10 – внутренние полости;

7 – мембрана; 8 – основание; 9 – фланцы; 10 – фланец;

11 – минусовая полость

Мембранный тензопреобразователь 4 размещен внутри корпуса 8 и отделен от измеряемой среды металлическими гофрированными мембранами 7.

Внутренние полости 6 и 10 заполнены кремний органической жидкостью. Фланцы 9 уплотнены прокладками 3.

Воздействие измеряемой разности давлений (большее давление подается в камеру 5, меньшее - в камеру 11) вызывает прогиб мембраны 7 и через жидкость воздействует на мембрану тензопреобразователя , вызывая изменение сопротивления тензорезисторов.

Измерительные блоки выдерживают одностороннюю перегрузку рабочим избыточным давлением.

Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронный преобразователь 1 по проводам через гермоввод 2.

№24 Расходомеры переменного перепада давления.

Расход-кол-во вещества в-ва проходящего по трубопроводу (каналу) в единицу времени.

Различают массовый и объемный расход.

Расходомеры переменного перепада давления являются наиболее распространенными как на АЭС, так и в других отраслях промышленности.

Принцип работы: их основан на изменении потенциальной энергии измеряемого вещества при протекании через искусственно суженное сечение трубопровода. В суженном сечении скорость потока повышается, повышается кинетическая энергия и, соответственно, уменьшается потенциальная. Таким образом, статическое давление до суживающего устройства будет выше, чем после него. Создается перепад давления, зависящий от скорости потока и, следовательно, от расхода жидкости или газа. Поэтому перепад давления может служить мерой расхода вещества.

Комплект расходомера состоит из сужающего устройства, дифференциального манометра, вторичного прибора дифференциального манометра, показывающего величину измеряемого расхода, соединительных трубок, запорных вентилей и других вспомогательных устройств.

К С.У. относят: диафрагмы, сопла и сопла Вентури.

m = 0,05…0,7 - для диафрагм;

m = 0,05…0,65- для сопел;

m = 0,05…0,6 - для сопел Вентури.

При выборе СУ учитываются соотношения: внутреннего диаметра трубопровода и проходного сечения диафрагмы.

Это соотношение называется модулем .

-допустимую безвозвратную потерю давления;

-требуемую точность измерения;

-условия изготовления и установки сужающих устройств в трубопровод;

-среду, протекающую по трубопроводу, ее температуру и давление.

При выборе сужающих устройств следует помнить, что:

а) сопла Вентури применяются там, где требуется очень малая безвозвратная потеря давления (например, при измерении расхода газовых сред, имеющих малое статическое давление). Безвозвратная потеря давления у расходомерных сопел больше, чем у сопел Вентури, но меньше, чем у расходомерных диафрагм.

б) при уменьшении модуля сужающего устройства повышается точность измерения, но и повышается безвозвратная потеря давления РП. Поэтому в тех случаях, когда потеря давления не имеет большого значения, максимальный перепад давления выбирается таким, чтобы

m = 0,2.

Наиболее часто на АЭС в качестве сужающего устройства применяются расходомерные диафрагмы, основная погрешность, которых  0,6…2,5 % .

Диафрагмы. Диафрагма представляет собой диск толщиной 4…8 мм, проходное отверстие которого рассчитано на создание местного сопротивления, обусловливающего измеряемый перепад давления. Существует две разновидности диафрагм: камерные и бескамерные.

Стандартные диафрагмы могут применяться без индивидуальной градуировки на трубопроводах диаметром не менее 50 мм при модулях диафрагмы в пределах m = 0,05  0,7.

Сопла. рекомендуется применять при измерении расхода газов и перегретого пара при диаметрах трубопроводов до 200 мм при модулях в пределах m = 0,05  0,6

Любая диафрагма создает в трубопроводе ощутимые безвозвратные потери давления среды. Это ограничивает область применения диафрагм для тех случаев, где технологические условия не допускают таких потерь, например при низких давлениях газообразных сред и высоких давлениях парообразных. В этих случаях применяют другой вид сужающих устройств - сопла, которые за счет более мягких конструктивных форм активной части создают значительно более низкие безвозвратные потери давления измеряемой среды. Так же как диафрагмы, сопла бывают камерные и бескамерные. Материал для изготовления сопл аналогичен диафрагмам.

№25 Расходомеры постоянного перепада давления.

На практике используются три вида расходомеров постоянного перепада давления:

- поплавковые;

- поршневые;

- ротаметры.

Поплавковый расходомер. Простейшим из расходомеров постоянного перепада давления является поплавковый расходомер.

1 - регистрирующий прибор;

2 - поплавок; 3 - коническое седло; 4 – преобразователь

Чувствительный элемент поплавкового расходомера выполнен в виде поплавка 2, свободно перемещаемого потоком в вертикальном направлении относительно конического седла 3. Подъем поплавка 2 увеличивает площадь поперечного сечения F, следовательно количество протекающего вещества.

Высота подъема поплавка 2 определяется моментом равновесия противоположно действующих на него сил: силы тяжести поплавка и сил, определяемых самим движущимся потоком. Величина подъема фиксируется преобразователем 4 и передается на регистрирующий прибор 1.

Поршневой расходомер. В поршневом расходомере поток свободно входит под давлением Р₁ под поршень 3, установленный в корпусе 2, поднимает его и уходит через прямоугольное отверстие F, перекрываемое поршнем 3. Условие равновесного положения поршня 3 в потоке аналогично условию равновесия поплавка. Поршень 3 жестко связан с системой преобразования и регистрации подъема.

1 - регистрирующий прибор; 2 - корпус;

3 - поршень; 4 - преобразователь

Расходомеры этого типа позволяют измерять расходы вязких жидкостей (60 - 85 сСт) при давлении не более 1,6 МПа и температуре до +100 °С. Пределы измерения - 0,5…4,0 м³/ч при погрешности, не превышающей 2,5 %.

Ротаметр. Ротаметр является самым распространенным прибором постоянного перепада давления.

Он состоит из длинной вертикально расположенной и расширяющейся вверх конусной трубки 4, внутри которой свободно плавает поплавок 3, изготавливаемый в зависимости от пределов измерения из различных материалов (стали, фторопласта, дюралюминия и т. п.). Центрирование положения поплавка внутри потока достигается применением специальной винтовой насечки 2 на ободе поплавка.

Положение поплавка внутри трубки связано с расходом и может быть определено непосредственно по шкале 1, нанесенной на корпусе (стеклянный ротаметр), или передается с помощью преобразователя на регистрирующее устройство.

1 - шкала; 2 - винтовая насечка;

3 - поплавок; 4 - конусная трубка

Пределы измерения для таких ротаметров по воздуху до 40 м³/ч, по воде - до 3 м³/ч при наибольшем избыточном давлении до 0,6 МПа.

№26Турбинные расходомеры.

Тахометрические -это расходомеры и счетчики с подвижным, вращающимся элементом ,скорость которого пропорциональна объему расхода.

Схема турбинного первичного преобразователя расхода воды

1 - корпус; 2 - струевыпрямители; 3 - турбинка;

4 – дифференциально-транс­форматорный преобразователь

Чувствительный элемент -аксиальная турбинка.

Корпус-1 ,внутри корпуса струевыпрямитель-2 и турбинка-3.Лопасти турбинки из ферромагнитного материала.На внешней стороне корпуса передающий ДТП(дифференц. Трансформаторный преобразователь)

Вода приводит во вращение турбинку ,частота вращения пропорциональна скорости потока и объемному расходу.

ДТП-формирует электрические импульсы ,частота которых зависит от частоты вращения турбинки.

Импульсный сигнал преобразовывается в унифицированный выходной.

ПП- первичный преобразователь ,рассмотренный выше.Он обведен пунктирной линией. Состоит из турбинки и ДТП, где ДТП- пунктирной линией внутри.

Сам ДТП состоит из первичной обмотки питаемой от генератора –Г.

Два сектора включенные на встречу и два сердечника С₁ и С₂

При прохождении лопасти из нижнего торца ДТП изменяется взаимная индуктивность первичной и вторичной обмоток,это приводит на выходе к возникновению сигнала переменного тока, амплитуда которого больше значения нулевого сигнала остаточного .С выхода снимается сигнал U_вых моделированный по амплитуде ,который подается на усилитель демодулятора. Далее на фильтр низких частот(он фильтрует помехи).Фильтр выделяет несущую частоту ,пропускает напряжение на выход УНЧ(усилитель низких частот).

Мультивибратор(М)-служит для формирования импульсов.

Выходная часть преобразователя:

ВУ-выходное устройство преобразовывает эти сигналы в выходной унифицированный(0-5мА)

В качестве вторичных показывающих приборов используют КСУ или КПУ.

Погрешность таких расходомеров не более 2%

Недостаток: Износ подшипников.

Чтобы повысить надежность расходомера изобрели шариковый расходомер и вместо турбины применяют шарик.

№27 Шариковые расходомеры.

1 - корпус: 2 - струенаправляющее устройство;

3 - струевыпрямитель; 4 - ограничивающее кольцо;

5 - шарик; 6 - ступица; 7- дифференциально-трансфор­маторный преобразователь

Схема шарикового первичного преобразователя расхода

Поток воды закрученный вызывает вращение шарика-5 по окружности трубы. Движени шарика вдоль трубы ограничено кольцом-4.Лпасти-3 для выпрямления потока на выходе.На корпусе промежуточный ДТП-7.

Частота вращения шарика пропорциональна скорости потока.

ДТП(дифференц. Трансформаторный преобразователь) формирует импульсы частота которых пропорциональна частоте вращения шарика.

Рис как в билете 25 (рис.2) тоже самое.

Выходной сигнал 0-5мА.

Недостаток:1)Можно применять только для жидкостей имеющих небольшую плотность 0,7-1,4 гр/см³ .

2) γ=±1,6% -погрешность

3)предел измерения шарика от 2,5-400 м³/час.

№28Электромагнитные расходомеры(ЭМР).

ЭМР применяют для измерения расхода электропроводных жидкостей благодаря ряду преимуществ.

Достоинства: ЭМР не содержат движущихся частей непосредственно контактирующих с измеряемой средой. Не требуют врезки в трубопровод для монтажа преобразователей.

ЭМР применяют в реакторах на быстрых нейтронах для измерения расхода теплоносителя.

ЭМР различают с постоянным и переменным магнитным полем

Схема измерительного преобразовате­ля электромагнитного расходомера

1-участок трубопровода ; 2-постоянный магнит; 3- электроды;

ПИПР- первичный измерительный преобразователь расхода.

ИУ- масштабный электронный измерительный усилитель.

ВП- вторичный прибор

Принцип действия: Основан на законе электромагнитной индукции(на возникновении ЭДС),согласно которому наведенная в проводнике ЭДС пропорционально скорости движения ее в магнитном поле.

Проводником служит электропроводная жидкость ,которая протекает через ПИПР, корпусом преобразователя служит сам трубопровод.

Труба изготовлена из немагнитного материала(нерж.стали)с большим удельным электрическим сопротивлением .На внешней стороне трубы установлен постоянный магнит. Магнитные силовые линии которого перпендикулярны вектору скорости движения жидкости.Для съема выходной ЭДС служат электроды приваренные к внешней поверхности трубы.

Выходная ЭДС преобразователя расхода определяется выражением аналогичным выражению для прямолинейного проводника

,

где Е - выходная ЭДС, В;

V_CP - средняя скорость движения жидкости, м/с;

D - внутренний диаметр трубы (расстояние между электродами), м;

В - магнитная индукция, Т.

От сюда Q₁=K₂E, где K₂=

Выходная ЭДС измерит. Преобразователя прямопропорциональна значению расхода.

№29Ультразвуковые фазовые расходомеры

Действие ультразвуковых расходомеров, применяемых для измерения расхода жидкости, основано на изменении сдвига фаз ультразвуковых колебаний в зависимости от скорости движения среды в трубопроводе.

Разность фаз между колебаниями, создаваемыми источником, и колебаниями после прохождения по длине трубы через движущуюся жидкость, принимаемыми приемником, служит мерой расхода измеряемой жидкости.

В качестве источника и приемника ультразвуковых колебаний используются пьезоэлементы, обладающие способностью преобразовывать электрические колебания, получаемые от генератора, в механические и обратно.

Для повышения чувствительности ультразвуковых расходомеров применяется дифференциальная схема измерения, предусматривающая путем переключения пьезоэлементов попеременную передачу звука то по потоку жидкости, то против него.

1, 2 – излучатели; 3, 4 – приемники

Схема фазового ультразвукового расходомера

Разность времени прохождения звуковых колебаний против и по направлению потока будет выражаться зависимостью:

,

Где С-скорость звука в среде,

L—расстояние между излучателем и приемником,

S-поперечное сечение канала

Q-расход

Из этой зависимости следует,что разность времени пропорциональна расходу измеряемой среды

Достоинства:Являются наиболее чувствительными,позволяют измерить очень малые скорости .

№30 Ультразвуковые частотно-импульсные расходомеры.

В их основу положен метод основанный на измерении разности частот, повторяющихся коротких импульсов ультразвуковых колебаний, направленных по потоку и против него.

Схема частотного ультразвукового расходомера

Г-генератор; М-модулятор; П1-П4-приемники,пъезоэлектрические датчики;

CПМ-схема периодического модулирования.

ПУ- пересчетное устройство;

РП- регистрирующий прибор.

Генераторы-Г создают синусоидальные колебания высокой частоты и подают их через модулятор М на пъезопреобразователи П1 иП4,которые излучают направленные ультразвуковые колебания воспринимаемые пъезопреобразователем П2,П3.

Модулятор совместно с пьезопреобразорвателями и усилителем преобразователя УП включены в схему периодического модулирования. Колебания, поступившие на приемные преобразователи П₂ и П₄, достигнув модуляторов, работающих в триггерном режиме, запирают генератор от пьезопреобразователей П₁, П₃ и излучение колебаний прекращается. Они возобновляются, когда генерация приемных пъезопреобразователей прекращается.

Частота модулирования сигналов зависит от скорости потоков и определяется как разность частот в направлении потока и против него пересчетного устройства(ПУ) пропорционально скорости движения жидкости. Разность частот регистрируется вторичным прибором(РП).

Достоинства:-Наиболее точные ,погрешность ±0,3%

-Малые гидравлические потери.

-Отсутствие нарушения целостности трубы-это когда используется схема с преломлением.

-Быстродействие

Недостатки:

1)Сложность вторичной аппаратуры

2)влияние на точность таких факторов

-ассиметрия электроакустических каналов

-влияние профиля скорости потока

-реверберация или послезвучание ,это явление наблюдается после отключения источника звука.

-изменение скорости ультразвука в среде в следствие изменения ее параметров 9давление,температуры,концентрации)

№31 Камерные расходомеры и счетчики.

Схема счетчика с овальными шестернями

Принцип действия камерных основан на отмеривании камер с помощью известного объема и подсчета порций прошедших через прибор.

Камерные делятся

-опорожняющиеся -состоят из жесткой камеры,мерный бак (или мерник).К этому типу относятся барабанные или опрокидывающиеся

-вытесняющиеся-имеют мерную камеру с перемещающимися стенками.

К объемным относятся(вытесняющиеся)

-однопоршневые

-многопоршневые

-кольцевые

-дисковые

-с овальными шестернями

-ротационные

-лопастные

Самые распространенные с овальными шестернями

1-овальная плоская шестерня ,держится на стержне.

За счет свободного потока шестерни вращаются.

Внутри корпуса-2 овальные шестерни.Набегающий поток создает перепад Р₁ и Р_2.За один оборот шестерен,полости объемом V1 и V2 дважды наполняются и дважды опустошаются.

Ось одной из шестерен вращает счетный механизм.Для газовых потоков применяются ротационные счетчики ,которые имеют поперечное сечение виде восьмерки.

Погрешность: у первых для воды =0,5-1%

Для газовых 2-3%

Достоинства: Высокая точность ,малая потеря давления , любая вязкость. Значительный вращающий момент, особенно применяют для нефти и нефтепродуктов.

Недостаток:1)Необходима фильтрация среды

2)При попадании песка перестает вращаться.3)Ржавеют лопасти