МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК»

Кафедра «Приборостроение, метрология и сертификация»

Допустить к защите

«___» ______ 2013 г.

_________________

Пояснительная записка

к курсовому проекту

по дисциплине «Методы и средства измерений, испытаний и контроля»

на тему: «Средство контроля давления»

Выполнил студент группы 31-УК

Ряполова О.С.

Курсовой проект защищён с оценкой: _____________

Преподаватель:

Марков В.В. ________________

Члены комиссии: ____________

Орел 2013

Место для аннотации содержание

Введение …………………………………………………………………………..5

1 Обзор методов измерения давления…………………………………………...9

1.1 Параметрические методы…………………………………………………….9

1.1.1 Механический метод измерения…………………………………………...9

1.1.2 Тензорезистивный метод…………………………………………………...9

1.1.3 Магнитоупругий метод……………………………………………………10

1.2 Генераторные методы ………………………………………………………10

1.2.1 Пьезоэлектрический метод………………………………………………..10

1.2.2 Фотоэлектрический метод………………………………………………...10

2 Обзор измерительных преобразователей…………………………………….12

2.1 Механический преобразователь давления…………………………………12

2.2 Тензорезистивный преобразователь давления…………………………….12

2.3 Магнитоупругий преобразователь давления………………………………14

2.4 Пьезоэлектрический преобразователь давления…………………………..16

2.5 Фотоэлектрический преобразователь давления……………………..……18

3 Разработка технического задания…………………………………………….19

4 Разработка конструкции первичного преобразователя……………………..28

4.1 Описание конструкции первичного преобразователя…………………….28

4.2 Расчет функции преобразования первичного преобразователя………….29

4.3 Расчет погрешности преобразования………………………………………33

5 Разработка измерительной цепи первичного преобразователя…………….34

5.1 Выбор схемы включения первичного преобразователя…………………..34

5.2 Мост постоянного тока……………………………………………………...35

5.3 Дифференциальный усилитель……………………………………………..37

5.4 Магнитоэлектрический вольтметр…………………………………………39

5.5 Развернутое описание электрической принципиальной схемы

измерительной цепи……………………………………………………….41

5.6 Расчет выходного напряжения измерительной цепи……………………...42

5.7 Выводы……………………………………………………………………….44

Заключение ……………………………………………………………...……….45

Список использованных источников...................................................................46

Введение

Давление (Р) — физическая величина, равная силе F, действующей на единицу площади поверхности Sперпендикулярно этой поверхности. В данной точке давление определяется как отношение нормальной составляющей силы , действующей на малый элемент поверхности, к его площади:

,

где dF – бесконечно малое приращение силы, Н;

dS – бесконечно малое приращение площади, м².

Давление характеризует состояние сплошной среды и является диагональной компонентой тензора напряжений. В простейшем случае изотропной равновесной неподвижной среды давление не зависит от ориентации. Давление можно считать также мерой запасённой в сплошной среде потенциальной энергии на единицу объёма и измерять в единицах энергии, отнесённых к единице объёма.

Давление является интенсивной физической величиной. Давление в системе СИ измеряется в паскалях (ньютонах на квадратный метр, или, что эквивалентно, джоулях на кубический метр).

Измерение давления газов и жидкостей выполняется с помощью манометров, дифманометров, вакуумметров, датчиков давления, атмосферного давления — барометрами, артериального давления — тонометрами.

В соответствии с рекомендациями ИЮПАК давление в классической механике рекомендуется обозначать как p, менее рекомендуемо обозначение P. Осмотическое давление часто обозначается буквой π.

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.

Для измерения давления используют манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, датчики давления, дифманометры.

В большинстве приборов измеряемое давление преобразуется в деформацию упругих элементов, поэтому они называются деформационными.

Деформационные приборы широко применяют для измерения давления при ведении технологических процессов благодаря простоте устройства, удобству и безопасности в работе. Все деформационные приборы имеют в схеме какой-либо упругий элемент, который деформируется под действием измеряемого давления: трубчатую пружину, мембрану или сильфон.

Наибольшее применение получили приборы с трубчатой пружиной. Их выпускают в виде показывающих манометров и вакуумметров c максимальным пределом измерений.

Промышленность выпускает также мембранные дифманометры с промежуточными преобразователями, имеющими унифицированные токовые или пневматические сигналы.

В дифманометрах чувствительным элементом служит блок из двух неупругих мембран, соединенных между собой штоком. Смещение этого штока под действием перепада давлений приводит к изгибу рычага и деформации измерительной мембраны. Мембраны выполнены из коррозионно-стойкого материала, что позволяет использовать дифманометр для измерений в сильноагрессивных средах.

Для измерения давления агрессивных сред применяют датчики, снабженные защитной мембраной, изготовленной, как и в дифманометрах, из коррозионно-стойкого материала. Измеряемое давление передается к измерительной мембране через силиконовое масло, которым заполнена внутренняя полость датчика.

Промышленные тензорезистивные преобразователи предназначены для преобразования давления, разрежения и разности давлений в пропорциональное значение выходного сигнала — постоянного тока.

Особенности эксплуатации приборов для измерения давления

При эксплуатации приборов, измеряющих давление, часто требуется защита их от агрессивного и теплового воздействия среды.

Если среда химически активна по отношению к материалу прибора, то его защиту производят с помощью разделительных сосудов или мембранных разделителей.

Разделительный сосуд заполняется жидкостью, инертной по отношению к материалу прибора, соединительных трубок и самого сосуда. Кроме того, разделительная жидкость не должна химически взаимодействовать с измеряемой средой или смешиваться с ней. В качестве разделительных жидкостей применяют водные растворы глицерина, этиленгликоль, технические масла и др.

Единицы измерения давления (СТ СЭВ 1052 89) определяются одним из двух способов:

1) через высоту столба жидкости, уравновешивающей измеряемое давление в конкретном фи­зи­чес­ком процессе: в единицах водяного столба при 4°С (мм вод.ст. или м вод. ст.) или ртутного столба при 0°С (мм рт. ст., или Торр) и нормальном ускорении свободного падения (в англоязычных странах используются соответствующие единицы in H₂O, ft H₂O — дюйм вод. ст., фут вод. ст. и inHg - дюйм рт. ст.; 1 дюйм = 25.4 мм, 1 фут = 30.48 см); 2) через единицы силы и площади.

В Международной системе единиц (СИ), принятой в 1960 году, единицей силы является Н (ньютон), а единицей площади - м². Отсюда определяется единица давления паскаль Па=1 Н/м² и ее производные, например, килопаскаль (1 кПа = 10³ Па), мегапаскаль (1 МПа=10³ кПа=10⁶ Па). Наряду с системой СИ в области измерения давления продолжают использоваться единицы и других, более ранних систем, а также внесистемные единицы.

В технической системе единиц МКГСС (метр, килограммсила, секунда) сила измеряется в килограммах силы (1 кгс ≈ 9.8 Н). Единицы давления в МГКСС - кгс/м² и кгс/см²; единица кгс/см² получила название технической, или метрической атмосферы (ат). В случае измерения в единицах технической атмосферы избыточного давления используется обозначение «ати».

В физической системе единиц СГС (сантиметр, грамм, секунда) единицей силы является дина (1 дин = 10^-5 Н). В рамках СГС введена единица давления бар (1 бар=1 дин/см²). Существует од­но­и­мен­ная внесистемная, ме­те­о­ро­ло­ги­чес­кая единица бар, или стандартная атмосфера (1 бар = 10⁶ дин/см²; 1 мбар = 10^-3 бар = 10³ дин/см².