книги из ГПНТБ / Овчаренко, В. М. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы учебник

§6. ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ РЕЛЕ

реле — это устройство, в котором при достижении определенного значения входной величины выходная величина изменяется скач­

ком. Реле подразделяются на две основные группы: контактные и бесконтактные. К первым относятся э л е к т р о м е х а н и ч е ­ с к и е , а ко вторым — э л е к т р о н н ы е и м а г н и т н ы е

ре л е .

Вэлектромеханических реле электрический ток вызывает меха­

ническое перемещение, приводящее к замыканию или размыканию

контактов. В зависимости от принципа работы электромеханические реле в свою очередь подразделяются на электромагнитные, полу­ чившие наибольшее применение, магнитоэлектрические, электро­ динамические, индукционные и тепловые.

Н е п о л я р и з о в а н н о е э л е к т р о м а г н и т н о е р е л е (рис. 32, а ) состоит из неподвижного железного сердечника 1, подвижного железного якоря 2, обмотки 3, контактных пружин 4 и изоляционных штифтов 5. При отсутствии тока в обмотке сердечник размагничен, якорь к нему не притянут и контактные пружины разомкнуты. При поступлении тока в обмотку сердечник намагни­ чивается и притягивает к себе якорь. Когда сила притяжения пре­

60

пружины возвращаются в исходное положение. Работа неполяризованного реле не зависит от направления тока, проходящего через его обмотку.

пружины 3—4 размыкаются, а пружины 5—6—7 переключаются: пружина 6 размыкается с 5 и замыкается с 7.

П о л я р и з о в а н н о е э л е к т р о м а г н и т н о е р е л е (рис. 33) состоит из постоянного магнита 1, создающего магнитные потоки Ф1и Ф 2, железного сердечника 2, двух обмоток 3, подвижного железного якоря 4 с гибким медным язычком 5 и неподвижных кон­ тактов 6. Поляризованные реле обычно регулируются нейтрально; контакты 6 уда­ лены от линии, проходящей посередине между полюсами сердечника, на одинако-

•вые расстояния. При нейтральной регули­ ровке и отсутствии тока в обмотке язычок реле может находиться у любого из кон­ тактов. Если язычок перевести, например,

клевому контакту, то воздушный зазор между якорем и левым полюсом сердеч­

язычка в левый контактный винт. В этом положении якорь останется, пока его не переведут к правому контакту.

Работа поляризованного реле зависит От направления тока, проходящего через его обмотки. Если ток проходит в направлении от зажима а к зажиму б, то, пользуясь правилом правой руки, можно определить, что магнитный поток, созданный током в левом стержне сердечника, направлен против постоянного магнитного потока Фи а в правом стержне сердечника — в том же направлении, нто и постоянный магнитный поток Фа. В результате сила притяже­ ния левого полюса сердечника уменьшится, а правого полюса уве­ личится и якорь переместится до упора язычка в правый контактный винт. При прекращении тока якорь не возвращается в исходное положение, как в неполяризованном реле, а остается у правого кон­ такта. Для переброски язычка к левому контакту через обмотку реле надо пропустить ток противоположного направления, т. е. от за­ жима б к зажиму а.

Поляризованные реле срабатывают быстрее и от меньших токов,

61

В основе работы т е п л о в ы х реле лежит явление расширения твердого тела, жидкости или газа при нагревании их электрическим током.

Г л а в а 3

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТИ И ГАЗА

§ 1. МАНОМЕТРЫ ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО ТИПА

Давлением называется сила, нормально приложенная к единице

площади.

В международной системе единиц (СИ) за единицу давления при­ нята сила в один ньютон, приложенная к поверхности в 1 м2 (Н/м2).

Для технических измерений применяют следующие внесистемные единицы давления.

1.Техническая атмосфера (ат) или килограмм-сила на квадрат­ ный сантиметр (кгс/см2).

2.Физическая атмосфера (атм).

3.Миллиметр ртутного столба (мм рт. ст.).

4.Миллиметр водяного столба (мм вод. ст.).

Соотношения между единицами давления приведены в табл. 9.

Т а б л и ц а 9

Соотношения между единицами измерения давления

Различают следующие виды давления: атмосферное, или баро­ метрическое (р6), избыточное (р), абсолютное (ра) и разрежение (рр) (при определенных значениях — вакуум).

Б а р о м е т р и ч е с к о е , и л и а т м о с ф е р н о е , д а в л е ­ н и е — давление окружающего воздуха (переменная величина).

62

С удалением от поверхности земли атмосферное давление снижается до глубокого вакуума.

торым находится вещество (равное сумме барометрического и избы­ точного)

Жидкостные, пружинные, поршневые, радиоактивные, пьезо­ электрические и тензометрические.

На горно-буровых работах чаще применяют первые три группы приборов.

Жидкостные манометры

В этих приборах измеряемое давление уравновешивается стол­ бом жидкости. Они подразделяются: на манометры с U-образной трубкой, чашечные, с наклонной трубкой и кольцевые весы.

U-o б р а з н ы е м а н о м е т р ы . Эти приборы являются наи­ более простыми по конструкции и надежными в эксплуатации. Их

63

Принцип действия такого прибора основан на уравновешивании измеряемого давления известным давлением, создаваемым столбом рабочей жидкости (ртуть, спирт, реже — масло, вода).

На рис. 34 показана конструкция U-образного манометра. Он

Они зависят от разности высот уровней рабочей жидкости в коленах трубки Н — h x + А2, ее удельного веса у и температуры и не зависят от поперечного сечения трубки.

Лг

I

романометр)

Ч а ш е ч н ы е м а н о м е т р ы (рис. 35) являются разно­ видностью U-образных манометров, отличаясь тем, что у них второе колено заменено сосудом (чашкой) диаметром примерно в 20 раз большим, чем стеклянная трубка. Поэтому незначительное измене­ ние уровня жидкости в чашке приводит к значительному изменению уровня жидкости в трубке. К штуцеру чашки подсоединяется шланг, связанный с измеряемым давлением, а верхний конец стеклянной трубки имеет выход в атмосферу.

Параллельно стеклянной трубке размещена миллиметровая шкала, нулевое деление которой соответствует уровням жидкости в чашке и трубке до начала измерений. При измерении чашечным

64

манометром отсчет Н берется по положению мениска в стеклянной трубке.

Для измерения микродавлений и микроразрежений применяют чашечные манометры с наклонной стеклянной трубкой (рис. 35, б).

Чем меньше угол наклона стеклянной трубки, тем больше ее длина. Поэтому малому снижению уровня жидкости в чашке соответ­ ствует значительное перемещение жидкости по наклонной трубке, что позволяет измерять малые давления. Однако на практике угол ос не делают меньше 15°, так как при меньших углах мениск вытянут, из-за чего усложняется взятие отсчета.

Величина измеряемого микроманомет­ ром давления

Они представляют собой металлическую трубку 3 круглого се­ чения, согнутую в кольцо, которая посредством соединительной планки -5 и призмы опирается на опору 2.

Нижняя часть кольца заполнена рабочей жидкостью, а вверху имеется перегородка 6, по обеим сторонам которой размещены под­ водные штуцеры. Внизу кольца укреплен груз 1. Камера «+» кольца через штуцер и трубку подключена к области измеряемого давления, а камера «—» соединена с атмосферой.

Вследствие разности давлений в камерах «-)-» и «—» изменяется положение уровней жидкости и на перегородку начинает действовать вращающий момент. До восстановления состояния равновесия от действия сил веса груза с одной стороны и разности уровней жид­ кости — с другой кольцо с соединительной планкой и стрелкой бу­ дет поворачиваться вокруг опоры. Отсчет показаний производится по шкале 4.

Пружинные манометры

Для измерения избыточного давления, разрежения и вакуума наибольшее распространение в технике получили пружинные мано­ метры. Они просты по устройству, дешевы и надежны в эксплуата­ ции. Чувствительными элементами этих приборов могут быть: сер­ повидная трубчатая пружина (трубка Бурдона), многовитковая трубчатая пружина (геликс), плоская мембрана и гармониковая мембрана (сильфон).

Общий принцип действия пружинных манометров состоит в том,

механизма деформации преобразуется в круговое движение стрелки вдоль шкалы. При этом перемещение стрелки будет пропорционально деформации чувствительного элемента, а следовательно, и измеря­

емому давлению.

М а н о м е т р с с е р п о в и д н о й т р у б ч а т о й п р у ­ ж и н о й (рис. 37). Чувствительный элемент — трубчатая пру­ жина изготавливается из фосфористой (иногда бериллиевой) бронзы

Практически трубка под действием измеряемого давления ци­ линдрической никогда не становится, а величина ее раскручивания

Для проверки рабочих манометров на месте их установки, а также для проведения более точных измерений используют контроль­ ные манометры. Эти манометры более тщательно изготовлены и имеют класс точности 0,5 и 1,0.

Конструктивно они представляют собой два отдельных мано­ метра с трубчатыми пружинами, вмонтированными в один корпус.

Стрелки этих манометров поворачиваются в противоположные сто­ роны вдоль своих шкал.

При пользовании контрольным манометром показания обеих

его стрелок должны быть одинаковыми — в противном случае при­ бор считается неисправным.

Для проверки и градуировки рабочих и контрольных манометров в лабораторных условиях применяют образцовые манометры с клас­

66

сом точности 0,2 и 0,35. Шкала такого манометра расположена по дуге 300° с делениями через 1° и цифровыми отметками через 10°. В паспорте прибора приводятся таблицы для перевода условных делений шкалы в единицы давления.

Манометры для измерения давления газов по конструкции не отличаются от манометров для измерения давления жидкостей, но' имеют некоторые особенности. Так, один и тот же манометр нельзя использовать для измерения давления горючих и негорючих газов. С этой целью циферблаты манометров окрашиваются в разные цвета и на них делается надпись — название газа.

Манометры для измерения давления кислорода тщательно обез­ жириваются, так как соединение масла с кислородом приводит к взрыву. На циферблате этих манометров делается надпись «Кисло­ род, маслоопасно».

В а к у у м м е т р ы имеют конструкцию, аналогичную мано­ метру с трубчатой пружиной (могут быть сильфонные и мембранные), с той лишь разницей, что конец пружины при измерении вакуума не раскручивается, а, наоборот, закручивается. Это происходит вследствие того, что атмосферное давление более высокое, чем давле­ ние внутри трубки, сплющивает ее в еще большей степени, а следо­ вательно, и закручивает свободный конец трубки. Шкала вакуум­ метра отградуирована в мм рт. ст.

М а н о в а к у у м м е т р а м и измеряются давления больше и меньше атмосферного. Правая часть делений шкалы такого при­ бора служит для измерения давления, а левая — для разрежения. Соответственно правая часть шкалы проградуирована в единицах давления (кгс/см2), а левая — в единицах разрешения (мм рт. ст.).

Э л е к т р о к о н т а к т н ы е м а н о м е т р ы (ЭКМ). Для измерения давления и разрежения и одновременно для сигнализа­ ции о достижении измеряемым параметром минимально или макси­ мально допустимого значения применяют манометры с электриче­ скими контактами (ЭКМ).

Измерительная система такого манометра аналогична манометру с трубчатой пружиной. Но помимо одной показывающей стрелки такие манометры имеют еще две стрелки-уставки с электрическими контактами. Положение этих стрелок может меняться оператором путем поворота головки, выведенной за защитное стекло наружу. Обычно одна стрелка-уставка устанавливается на минимально допу­ стимое давление, а вторая — на максимально допустимое. В процессе измерений показывающая стрелка, поравнявшись с одной из стре­ лок-уставок, замыкает контакты, в результате чего посылается импульс в сигнальное устройство или исполнительный механизм.

Класс точности этих манометров — 2,5.

М а н о м е т р с м н о г о в и т к о в о й т р у б ч а т о й п р у ­ ж и н о й . Чувствительным элементом такого прибора является многовитковая трубчатая пружина — геликс, расположенная по спирали с числом витков от 2,5 до 9. В связи с тем, что геликс представляет собой как бы ряд последовательно соединенных серповидных

той многовитковой пружиной. Геликс 5 одним концом припаян к неподвижному основанию, а второй — свободный конец посред­

с плоской, плоско-гофрированной и гармониковой (сильфоны) мем­ браной. Первый тип приборов применяют для измерения невысоких давлений (до 25 кгс/см2 — 2,45 МН/м2) и разрежений (0— 760 мм рт. ст. — 0-f-0,l МН/м2), что вызвано предельно допустимыми значениями остаточных деформаций чувствительного элемента, в ка­ честве которого служит тонкая стальная мембрана с антикоррозион­ ным покрытием. Будучи зажатой между.фланцами корпуса, она вос­ принимает одностороннее действие давления и при этом деформи­ руется. Прогиб мембраны посредством передаточно-множительного устройства преобразуется в движение стрелки. Так как максималь­

68

ное перемещение центральной пасти мембраны не превышает 1,5— 2 мм, то передаточно-множительное устройство имеет большое пере­ даточное число, что снижает чувствительность и точность измерений.

Манометры с плоско-гофрированной мембраной используют для измерения давления в агрессивных или с повышенной вязкостью

Поршневые манометры

Поршневые манометры обладают наибольшей точностью измере­ ний, и с их помощью в основном осуществляют поверку рабочих, контрольных и образцовых пружинных манометров. По точности показаний эти манометры делятся на 3 разряда, соответственно

•с классами точности 0,02; 0,05; 0,2.

69