7.7 Засоби вимірювання
У процесі експлуатації гідроприводів застосовують засоби вимірювання, що мають нормовані метрологічні властивості й призначені для знаходження значень фізичних величин, які характеризують роботу цих гідроприводів.
Засоби вимірювання, що застосовуються, характеризуються ціною поділки, абсолютною похибкою й класом точності.
Ціна поділки шкали – різниця значень величин, які відповідають двом сусіднім відміткам шкали приладу.
Абсолютна похибка – різниця між показанням приладу й істинним значенням вимірюваної величини.
Клас точності – узагальнена характеристика засобів вимірювання, обумовлена відношенням максимально припустимої похибки Δ до кінцевого значення n шкали приладу, виражена у відсотках, тобто
. (7.3)
При експлуатації й випробуваннях гідроприводів і окремих гідроагрегатів вимірюють тиск, витрату й температуру робочої рідини, швидкість руху, зусилля, крутні моменти, що розвиваються на вихідних ланках гідродвигунів.
Вимірювання тиску. Для вимірювання надлишкового тиску застосовують манометри. Манометри за своїм призначенням поділяються на прилади загального призначення (типу М, МТ, ОБМ) і зразкові (типу МО). Робочі манометри загального призначення мають клас точності 1; 1,5; 2,5 і 4. Зразкові манометри мають більш високі класи точності (0,15; 0,25; 0,4), їх застосовують для перевірки манометрів загального призначення та в дослідних стендах.
За принципом дії манометри поділяються на рідинні, вантажопоршневі, деформаційні й електричні.
Рідинні манометри застосовують для вимірів невеликих тисків, і найчастіше вони являють собою скляну трубку, приєднану до резервуара (рисунок 7.29).
Рисунок 7.29 – Рідинний манометр
Рисунок 7.30 – Вантажопоршневий манометр
Вантажопоршневі манометри (рисунок 7.30), що складаються із циліндра 1 і поршня 2, перетворюють тиск робочої рідини на зусилля, що розвивається поршнем.
Деформаційні манометри одержали в гідроприводі найбільше поширення. Принцип їхньої дії заснований на залежності деформації чутливого елемента (мембрани, трубчастої пружини, сильфона) від вимірюваного тиску.
У мембранних манометрах тиск із боку робочої рідини передається на мембрану (рисунок 7.31, а, б, в). На мембрані встановлені тензорезистори, які, вигинаючись разом із мембраною, змінюють свій електричний опір. Зміна опору реєструється електричними приладами й перетворюється в показання значення відповідного тиску.
У сильфонних манометрах (рисунок 7.31, г) тиск робочої рідини приводить до розтягування гофрованої пружної трубки пропорційно тиску.
Мембранний і сильфонний манометри призначені для вимірювання невеликих тисків.
Рисунок 7.31 – Деформаційні манометри:
а – мембранний; б – мембранний із подвійною мембраною;
в – із консольною балкою; г – сильфонний;
1 – мембрана; 2, 4 – активний і компенсувальний тензорезистор;
3 – консольна балочка
Пружинний манометр (рисунок 7.32) має пружину у вигляді вигнутої латунної трубки (трубка Бурдона) 1 еліптичного поперечного перерізу. Верхній кінець трубки запаяний, а нижній припаяний до штуцера 2, через який манометр приєднується до гідросистеми. При заповненні трубки робочим середовищем під тиском вона прагне випрямитися. Через важільний механізм 3, що підсилює деформацію трубки, переміщення її вільного кінця передається на стрілку 4, розташовану по центру шкали приладу. Пружинні манометри прості за конструкцією, ними можна вимірювати тиск у широкому діапазоні.
Шкала всіх манометрів градуюється в паскалях або мегапаскалях. На старих зразках тиск указується в кілограмсилах, поділених на сантиметри квадратні. На шкалі наноситься заводське позначення; клас точності;
Рисунок 7.32 – Пружинний манометр:
а – будова; б – умовне позначення; 1 – латунна трубка; 2 – штуцер;
3 – важільний механізм; 4 – стрілка
номер нормативного документа; рік випуску; номер манометра й назва робочого середовища (рідина, пар, газ), у якому виміряється тиск.
Електричні манометри застосовують для безперервного вимірювання миттєвого значення тиску в комплекті з осцилографами. Чутливим елементом цих приладів може служити трубка Бурдона (рисунок 7.33, а) чи тонкостінний пустотілий стакан (рисунок 7.33, б) із наклеєними на його стінки тензодатчиками.
Датчики з манганіновим дротом (рисунок 7.33, в), електричний опір якого міняється при об’ємному стисканні, використовуються для вимірювання тиску.
Для вимірювання пульсацій тиску застосовують п’єзоелектричні датчики (рисунок 7.33, г), що реєструють тільки динамічну складову тиску.
Рисунок 7.33 – Електричні манометри:
а – із трубкою Бурдона; б – тонкостінний циліндричний датчик із наклеєними тензодатчиками; в – із манганіновим дротом;
г – п’єзоелектричний; 1 – трубка Бурдона; 2 – тензодатчики;
3 – тонкостінний стакан; 4 – манганіновий датчик; 5 – вузька щілина;
6 – корпус; 7 – заливання епоксидною смолою; 8 – п’єзоелектричний датчик; 9 – перегородка
Вимірювання витрати. Для визначення подачі робочої рідини використовують витратоміри. За принципом дії розрізняють витратоміри лічильникові, струминні, електромагнітні, ультразвукові, тахометричні, а також засновані на перепаді тиску й ін.
У струминних витратомірах (рисунок 7.34, а) на шляху робочої рідини в трубопроводі 3 розташовується певна перешкода типу плоскої мембрани 1, відхилення якої є функцією швидкості струменя, а струм, що реєструє, – функцією взаємного положення мембрани 3 і нерухомого електрода 2.
Тахометричні турбінні витратоміри (рисунок 7.34, в) працюють із малогабаритними електронними перетворювачами. У такому витратомірі потік робочої рідини приводить в обертання турбіну, кожний прохід лопатки якої наводить імпульс ЕРС в обмотці індукційного перетворювача. Швидкість потоку визначається через частоту електричних імпульсів на виході перетворювача шляхом як безпосереднього вимірювання, так і виводу на цифрові прилади або перетворення на аналоговий сигнал. Такими витратомірами можна вимірювати витрати до 360 л/хв.
Рисунок 7.34 – Схеми витратомірів:
а – струминний; б – ультразвуковий; в – турбінний; г – тепловий;
1 – мембрана; 2 – нерухомий електрод; 3 – трубопровід; 4 – напрямна;
5 – корпус; 6 – підшипник; 7 – турбіна; 8 – заспокоювач; 9 – перетворювач сигналу; 10 – випромінювач сигналу; 11 – додатковий випромінювач;
12 – приймач; 13 – додатковий приймач; 14 – пластина; 15 – термопара;
16 – теплоізоляція; 17 – нагрівач
Ультразвукові витратоміри (рисунок 7.34, б) працюють на основі ультразвукових коливань. Завдяки ефекту Доплера частота й фаза ультразвукового сигналу, що проходить від випромінювача 11 до приймача 13, буде змінюватися у функції швидкості протікання робочої рідини. Уведення додаткової пари „випромінювач 10 – приймач 12” забезпечує компенсацію температурної нестабільності.
Тепловий неконтактний витратомір застосовується для визначення подачі насосом робочої рідини без розбирання гідросистеми (рисунок 7.34, г). Він має стабілізоване джерело живлення (СДЖ), датчик і вимірювальний прилад (ВП). СДЖ забезпечує живлення нагрівача й ВП, що включає в себе диференціальну термопару, дозволяє визначити швидкість потоку робочої рідини за різницею температур вхідного потоку робочої рідини та нагрівача.
Вимір температури. Температуру робочої рідини в гідроприводах вимірюють термометрами, які за принципом дії діляться на термометри розширення, опору й теплоелектричні. При діагностуванні гідроприводів найбільше використовуються термометри розширення, що мають границі вимірів від –60 до +250 ˚С.
Крутний момент на валах гідромашин визначають балансирними динамометрами або торсионометрами, перші з яких одержали найбільше поширення. Балансирні динамометри бувають електричні, гальмівні, гідравлічні й механічні.