Измерение давления (90

В элементе из керамики или кремния пространство между обкладками обычно заполнено маслом или другой органической жидкостью (рис. 6).

Рис. 6. Емкостный керамический преобразователь давления

Пьезоэлектрический датчик давления

На рис. 7 показано устройство пьезоэлектрического датчика

обычно расположены таким образом, что в измерительную схему по- дается отрицательный потенциал. Положительный потенциал подает- ся на корпус датчика. Для уменьшения утечки зарядов необходима очень качественная изоляция. С этой же целью поверхность кварце- вых пластин тщательно полируют. Использование двух (а иногда и

11

больше) пластин повышает выходную ЭДС, поскольку выходные сиг- налы пластин складываются [4].

Пьезоэлектрический датчик подобен электрическому конден- сатору. Количество электричества q, появившееся под воздействием механической силы, заряжает грани пьезоэлемента и соединенные с ним проводники до напряжения U, определяемого как

где С – емкость между проводниками (включая емкость пьезоэлемен- та).

Устройство и принцип действия датчика избыточного давления «Сапфир-22 ДИ»

Датчик САПФИР-22ДИ (рис.8) для измерения избыточного давления состоит из измерительного блока 4 и унифицированного электронного устройства 5. Внутри основания 2 блока 4 размещен мембранный тензопреобразователь 7, полость 8 которого заполнена кремнийорганической жидкостью и отделена от измеряемой среды гофрированной мембраной 10. Мембрана приварена по наружному контуру к основанию 2. Чувствительным элементом тензопреобразо- вателя является пластина из монокристаллического сапфира с крем- ниевыми пленочными тензорезисторами, прочно соединенная с мем- браной 10. Основное свойство тензорезисторов – способность изме- нять свое электрическое сопротивление в зависимости от степени прогиба мембраны тензопреобразователя [5].

Измеряемая величина (давление среды в технологическом аппарате или трубопроводе) подается в камеру 11 фланца 9 измери- тельного блока и через жидкость, заполняющую тензопреобразова- тель, воздействует на мембрану, вызывая ее прогиб и изменение электрического сопротивления тензорезисторов. Электрический сиг- нал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство 5 по проводам через вывод 6. Электронное устройство преобразует этот сигнал в токовый выходной сигнал ма- нометра, значение которого зависит от измеряемого давления [5].

12

Рис. 8. Датчик САПФИР – 22 ДИ:

1 – прокладка ; 2 – основание ; 3 – полость ; 4 – измерительный блок ; 5 – электронное устройство;

6 – гермовывод ; 7 – мембранный тензопреобразователь;

8 – полость тензопреобразователя; 9 – фланец;

10 – мембрана; 11 – камера

Методы и средства поверки манометров

Под поверкой понимается определение метрологическими организациями погрешностей средств измерений и установление пригодности их к дальнейшей эксплуатации. Поверка измеритель- ных приборов может осуществляться двумя способами [2].

Первый способ заключается в измерении при помощи пове- ряемого прибора соответствующих физических величин, воспроиз- водимых их мерами. При этом меры должны иметь определенный разряд и класс точности. Значения мер выбираются равными значе- ниям контролируемых отметок шкалы поверяемого прибора. За ос- новную погрешность прибора принимается наибольшая разность между его показанием и соответствующим этому показанию разме- ром образцовой меры [2].

Второй способ состоит в сличении показаний поверяемого и образцового приборов при подаче на их вход одних и тех же вели-

13

чин. За основную погрешность поверяемого прибора в этом случае принимается максимальное отличие его показания от соответствую- щего показания образцового прибора.

При поверке важным является вопрос выбора оптимального соотношения между классами точности поверяемого и образцового средств измерений. Считается, что предел основной допускаемой приведенной относительной погрешности поверяемого прибора должен втрое-вчетверо превышать класс точности образцового при- бора [2].

Содержание работы

1.Изучить устройство и принцип действия деформационных манометров.

2.Произвести поверку технического или образцового мано- метров с трубчатой одновитковой пружиной по образцовому пружин- ному манометру.

Описание экспериментальной установки

1.Подать сжатый воздух к стенду поворотом маховичка вен- тиля 1 против часовой стрелки. Очистка воздуха осуществляется фильтром 2 (рис. 9).

2.Плавно поворачивая маховичок редуктора 3 по часовой стрелке, установить давление, соответствующее первой поверяемой числовой отметке шкалы прибора.

3.Записать показания поверяемого прибора 4 и образцового манометра 5 в таблицу результатов поверки.

4.Повторить операции 2 и 3 на других поверяемых числовых отметках шкалы прибора.

5.Выдержать поверяемый прибор под давлением, равным верхнему пределу измерений, в течение пяти минут.

6.Продолжить поверку на тех же числовых отметках шкалы поверяемого прибора, но при плавном понижении давления (обратный ход). Понижение давления достигается поворотом маховичка редук- тора 3 против часовой стрелки.

14

Рис. 9. Пневматический стенд для поверки манометров

7. После проведения поверки выключить питание стенда сжа- тым воздухом поворотом маховичка вентиля 1 по часовой стрелке.

Обработка и оформление результатов поверки

Обработка и оформление результатов поверки производится в следующей последовательности.

1. Определить основную абсолютную погрешность при пря- мом 1 и обратном 2 ходе стрелки прибора:

1=Р – Р 1,

2=Р – Р 2,

где Р – показания поверяемого прибора; Р1, Р2 – показания образцово- го прибора соответственно при прямом и обратном ходе.

2. Найти вариацию показаний:

V=| Р1 – Р 2 |.

15

3. Вычислить приведенную наибольшую погрешность:

где max – наибольшая из абсолютных погрешностей, полученных экс- периментально; РШК. MAX – верхний предел измерения поверяемого прибора.

4. Рассчитать приведенную наибольшую вариацию:

,

где Vmax – наибольшая из вариаций, полученных экспериментально. 5. Установить предел допускаемой основной абсолютной по-

грешности поверяемого прибора:

где К – класс точности поверяемого прибора.

6.По результатам поверки и расчетов сделать вывод о соот- ветствии поверяемого прибора классу точности, указанному на его шкале. Заполнить протокол по образцу (таблица).

7.Составить отчет по лабораторной работе, который включа- ет дату выполнения, номер, название и цель работы, протокол поверки

сзаключением о годности поверяемого прибора.

16

ПРОТОКОЛ

поверки манометра типа_______ №_______ с пределами измерения от

_______до________кгс/см2 класса точности _____.

Поверка производилась по образцовому манометру типа

______, № ___________ с верхним пределом измерений

______________.

Таблица

Заключение:

Наибольшая приведенная основная погрешность прибора

_____%, наибольшая приведенная вариация _____%, предел допус- каемой основной абсолютной погрешности поверяемого прибора

_____кгс/см2.

Прибор (не)соответствует классу точности, указанному на его

шкале.

17

Контрольные вопросы

1.Классификация приборов для измерения давления по типу чувствительного элемента.

2.Дать определение понятия «давление». Единицы измерения давления и соотношения между ними.

3.Классификация манометров по виду измеряемого давления.

4.Определение понятия «поверка». Способы поверки средств измерения.

5.Возможные источники систематических погрешностей приборов с упругим чувствительным элементом.

6.Классификация погрешностей измерения.

7.Систематические погрешности, причины их возникновения

испособы устранения.

8.Что понимается под абсолютной, относительной и приве- денной относительной погрешностями? Что такое вариация показания прибора?

9.Что такое класс точности прибора?

10.Устройство и принцип действия грузопоршневого мано- метра МП – 2,5.

11.Порядок выполнения поверки.

12.Устройство, принцип действия и область применения при- боров с упругими пружинными чувствительными элементами.

13.Требования к специальным приборам для измерения дав-

ления.

18

ЛИТЕРАТУРА

1.Кулаков, М.Н. Технологические измерения и приборы для химических производств / М.Н. Кулаков. – М.: Машиностроение, 1974. – 464 с .

2.Приборы измерения и контроля систем управления техно- логическими процессами: метод. указания к лабораторным работам / сост. В.М. Анкудинов [и др.]; Казан. гос. технол. ун-т. – Казань, 2002.

–60 с .

3.Герке, А.Р. Технические средства контроля в системах

управления технологическими процессами: учебное пособие / А.Р. Герке [и др.] – Казань: Казан . гос. технол. ун-т, 2007. – 80 с .

4.Келим, Ю.М. Типовые элементы систем автоматического управления: учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования / Ю.М. Келим. – М.: ФОРУМ;

ИНФРА-М, 2002. – 384 с .

5.Ившин, В.П. Интеллектуальная автоматика в курсовых и дипломных проектах: учебное пособие / В.П.Ившин [и др.] – Казань: Казан. гос. технол. ун-т, 2009. – 298 с.

19