4. Методы и приборы измерения давления.

По принципу действия:

1) Жидкостные; 2) Грузопоршневые; 3) Деформационные; 4) Электрические, магнитные, емкостные, пьезоэлектрические; 5) Тепловые; 6) Оптические.

По типу измеряемого давления: 1) Барометрическое (барометры); 2) Избыточное (вакуум);

3) Вакуум; 4) Дифференциальные; 5) Мановакууметры (избыточное и вакуум); 6) Напоромеры (избыточное до 40 кПа); 7) Тягомеры (вакуум до 50 кПа).

По типу чувствительного элемента: 1) Мембранные; 2) Сильфонные; 3) Манометры с трубчатой пружиной (с трубкой Бурдона).

Манометр с трубчатой пружиной

1 – стрелка шкалы манометра; 2 – полая металлическая трубка, запаянная с одного конца; 3 – зубчатая передача; 4 – штуцер для подачи давления.

где А₁, А₂ – площади наружной и внутренней поверхности трубки, С – жесткость трубки.

где k – коэффициент пропорциональности; R – радиус мембраны; E – модуль упругости мембраны; δ – толщина мембраны; P – давление.

Преимущества:

• Малая инерционность;

• Конструктивная простота;

• Низкая себестоимость.

Мембранные манометры

Дифференциальный манометр

1 – корпус; 2 – мембрана; 3 – дифференциально-трансформаторный преобразователь (ДТП); 4 – сердечник ДТП.

К

1 – рычаг; 2 – соленоид; 3 – сердечник ДТП.

где F₁ – сила на левом плече рычага; F₂ – на правом; p₁ и p₂ – давление на входе дифференциального манометра; S – площадь мембраны; W – число витков соленоида.

омпенсационный манометр

Сильфонный манометр

При изменении давления внутри сильфона его высота или увеличивается, или уменьшается. Перемещение верхнего края сильфона преобразуется в электрический сигнал.

Промышленные датчики давления

Состоят из чувствительного элемента и преобразователя (преобразует деформацию мембраны в электрический сигнал)

Принципы преобразования: Оптический; Емкостной; Индуктивный (магнитный); Тензометрический; Пьезорезистивный; Резонансный.

Виды сигналов датчиков: Медленноменяющиеся (область низких частот); Быстроменяющиеся (область высоких частот).

Магнитный (индуктивный)

Оптоэлектронный датчик давления

5. Методы и приборы измерения расхода.

По принципу действия:

• Расходомеры переменного перепада давления;

• Турбинные расходомеры жидкости:

• Турбинный расходомер с механическим съемным механизмом;

• Турбинный расходомер с индукционным узлом съема сигнала;

• Ультразвуковой расходомер жидкостной;

• Электромагнитный расходомер жидкостной;

• Вихревой расходомер жидкостной:

• С индуктивным преобразователем сигнала;

• С электромагнитным преобразователем сигнала;

• С ультразвуковым преобразователем сигнала.

• Расходомеры постоянного перепада давления;

• Кориолисовы расходомеры

Расходомеры переменного перепада давления

График изменения давления при прохождении потока через сужающее устройство:

1 – сужающее устройство; 2 – импульсные трубки; 3 – дифференциальный манометр; 4 – рабочие вентили; 5 – уравнительный вентиль

Вид сужающих устройств:

а – диафрагма; б – сопло; в – труба Вентури.

Преимущества:

• Не требует основных средств измерения расхода. В процессе поверки проверяются геометрически размеры сужающих устройств;

• Простота механической конструкции;

• Измерения стандартизированы.

Недостатки:

• Потеря давления на сужающем устройств;

• Малый динамический диапазон измерения расхода.

Тахометрический (турбинный) расходомер

1 – турбинка (вертушка); 2 – подшипники; 3 – электромагнитный преобразователь (для измерения частоты вращения)

Ультразвуковой расходомер (время-импульсный метод)

1 – излучатель ультразвука; 2 – приемник ультразвука; V – скорость движения среды (потока); с – скорость распространения ультразвука в среде; l – расстояние между излучателем и приемником ультразвука

Ультразвуковой (доплеровский) расходомер

с – скорость УЗ сигнала; V – скорость потока; f₀ – частота УЗ сигнала; f₁ – частота отраженного сигнала.

Преимущества: отсутствуют потери напора; отсутствуют подвижные элементы; возможность измерения расхода специфических сред – нефтепродукты, агрессивные, неэлектропроводные, непрозрачные; легкая имитация проверки без демонтажа; возможность монтажа расходомера без остановки технологического процесса.

Недостатки: необходимо знать возможные режимы течения среды в трубе; не рекомендуется применять на трубопроводах малого диаметра; необходимо точное определение параметров трубы (материал, овальность, шероховатость).

Э

U_e – напряжение сдвига; B – магнитная индукция; D – расстояние между электродами; V – средняя скорость потока; q_V – объемный расход

Преимущества: отсутствует гидравлическое сопротивление движущихся частей; отсутствует влияние физико-химических свойств измеряемых жидкостей; высока точность; быстродействие.

Недостатки: чувствителен к паразитным токам заземления; забивает сечение трубы металлическим мусором; непригоден для измерения расхода газа, а также жидкостей с низкой электропроводностью (легкие н/продукты, спирты).

лектромагнитный расходомер

Вихревой расходомер

f – частота образования вихрей; V – скорость потока; d – диаметр тела обтекания; Sh – число Струхаля

1 – корпус расходомера; 2 – тело обтекания; 4 – фланцы расходомера; 5 – трубопровод.

К

ориолисовы расходомеры

Преимущества: 1) высокая точность; 2) не зависит от направления потока; 3) не требует прямолинейных участков трубопровода; 4) отсутствуют движущиеся и изнашивающиеся части; 5) измерение расхода среды с высокой точностью; 6) большой диапазон измерений; 7) устойчивая работа при наличии вибрации трубопровода.