книги из ГПНТБ / Боронихин А.С. Основы автоматизации производства и контрольно-измерительные приборы на предприятиях промышленности строительных материалов учеб. для техникумов

и стрелка стоит на нуле. При подводе давления жидкость смещается под действием разности давлений Лр = Рі — /?2> °Дна половина кольца становится тяжелее другой и поворачивает кольцо и стрел­ ку прибора вправо. Измеряемая разность давлений при равновесии кольца определяется равенством

где G —- масса груза; а — расстояние от центра кольца до центра тяжести груза; R — средний радиус кольца; f — площадь внутреннего сечения коль­ ца; а — угол поворота кольца.

Вращающий момент, создаваемый жидкостью, уравновешива­ ется моментом, который создает груз. Сменный груз дает возмож­ ность изменять пределы прибора. Манометры типа «кольцевые весы» работают, как напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры и дифферен­ циальные манометры. Изготовляют манометры типа «кольцевые ве­ сы» показывающими, самопишущими и бесшкальными с электри­ ческим преобразователем.

Поплавковые манометры чаще всего применяют как дифферен­ циальные для измерения разности двух давлений. Поплавковые диф­ манометры можно также использовать для измерения избыточного давления и разрежения. Их применяют и в устройствах, измеряющих уровень и расход различных жидкостей и газов.

Схема механического поплавкового дифманометра показана на рис. II.5. Прибор состоит из двух герметических стальных со­ судов: поплавкового 1 (плюсового), к которому подводится большее давление, и сменного 2 (минусового), к которому подводится мень­ шее давление. В поплавковом сосуде на поверхности ртути плавает стальной поплавок 3, перемещающийся по вертикали при измене­ нии уровня ртути. Разность давлений, измеряемая прибором, уравновешивается массой столба жидкости и определяется разно­ стью ее уровней в сменном и поплавковом сосудах. Перемещение поплавка передается измерительному устройству. Сменный сосуд соединен с поплавковым сосудом U-образной трубкой.

Плюсовый и минусовый сосуды соединяют с трубками для под­ вода давления при помощи игольчатых вентилей. Для всех модифи­ каций поплавковых дифманометров ход поплавка при предельном перепаде давления равен 30,5 мм, внутренний диаметр поплавко­ вого сосуда 78 мм. Максимальный перепад, измеряемый прибором, можно менять, подбирая сменный минусовый сосуд.

§ П.З. ПОРШНЕВЫЕ (ГРУЗОВЫЕ) МАНОМЕТРЫ

Эти приборы применяют как образцовые для поверки техниче­ ских и контрольных манометров и градуировки шкалы при изго­ товлении манометров. Принцип действия их заключается в уравно­ вешивании силы давления измеряемой среды на свободно пере­ двигающийся в цилиндре поршень силой, создаваемой калибро­ ванным грузом.

20

Грузопоршневые манометры изготовляют двух классов точности — 0,05 и 0,2. Манометры класса 0,05 предназначены для поверки образцовых и других манометров точных измерений, манометры клас­ са 0,2 — для поверки технических манометров.

лонки с поршнем, снабженным устройством для наложения на него

Рис. 11.6. Схема грузопоршневого манометра

игольчатым вентилем 5, сообщается с горизонтальным каналом 6, который соединен со штуцерами 7, снабженными игольчатыми вентилями 8. С этим же каналом 6 сообщается прессовая часть манометра, представляющая собой цилиндр 9 со стальным поршнем 10, шток которого выполнен в виде винта со штурвалом И.

Всю систему каналов, цилиндр и ствол прибора заполняют мас­ лом через воронку 12 и перекрывают игольчатым вентилем 13. При заполнении маслом вентили вначале оставляют открытыми до тех пор, пока масло не покажется у сливного вентиля 14, после чего его закрывают. Когда масло появится в штуцерах 7, закрыва­ ют вентили 8 и продолжают заливать до заполнения ствола 1. Затем закрывают вентиль 13, вставляют поршень 2 и при помощи штур­ вала 11 перемещают поршень 10 справа налево (по рисунку) до тех пор, пока поршень 2 с тарелкой не опустится в ствол примерно наполовину. После этого закрывают вентиль 5, открывают вентиль 13 и продолжают выводить поршень 10 из цилиндра 9 примерно

21

до половины его хода, следя за тем, чтобы в воронке 12 оставалось масло. После этой операции вентиль 13 закрывают.

Порядок поверки манометров на грузопоршневом манометре следующий. В один или оба штуцера 7 устанавливают поверяемые манометры. На тарелку 3 кладут грузы 4. Величину грузов подби­ рают таким образом, чтобы стрелка поверяемых манометров повер­ нулась до первого оцифрованного деления шкалы. Вентили 5 и 8 плавно открывают. Если при этом тарелка с грузами опустится, то ее следует вернуть в прежнее (взвешенное) положение, перемещая поршень 10 штурвалом вправо. При поверке манометров тарелку с поршнем 2 следует вращать от руки со скоростью 60—100 об/мин. Вращать тарелку необходимо для того, чтобы поршень находился во взвешенном положении в пределах своего рабочего хода. Дав­ ление в системе грузопоршневого манометра равно:

где р — давление; g — сила тяжести грузов и поршня; 5 — рабочая площадь поршня.

Технические манометры поверяют, как правило, без применения грузовой части. В один из штуцеров 7 устанавливают образцовый манометр, а в другой штуцер — технический манометр. Манометры поверяют путем сравнения показаний образцового и технического манометра. Давление в системе создают вращением штурвала 11.

§П.4. ПРУЖИННЫЕ МАНОМЕТРЫ

Кпружинным манометрам относят трубчатые, пружинные и мембранные манометры. Эти приборы получили широкое распрост­ ранение благодаря большому диапазону измеряемых давлений, простоте ухода и надежности работы в эксплуатационных условиях. Пружинные манометры изготавливают показывающими, самопи­

шущими, электроконтактными, с пневмо- и электропередачей на расстояние.

Пружинные манометры подразделяют на четыре группы: А —■ с одновитковой пружиной; Б — с многовитковой геликоидальной пружиной; В — с плоской гофрированной мембраной; Г — с гар­ моникообразной сильфонной мембраной.

Манометры с одновитковой трубчатой пружиной (трубкой Бур­ дона) широко применяют для измерения давления (рис 11.7). За­ паянная с одного конца одновитковая трубчатая пружина 1 эллип­ тического или овального сечения закреплена другим концом в дер­ жателе, соединенном с сосудом, в котором измеряют давление. Под действием избыточного давления трубка разгибается и свобод­

22

Пружинные манометры изготовляют трех типов: технические, контрольные и образцовые. Технические манометры выпускают на большой интервал давлений, в корпусах, имеющих диаметр от

вентилем, который при помощи струбцины присоединяют к фланцу трехходового крана технического манометра. Образцовые манометры применяют для поверки технических и контрольных манометров, а также для измерения давления в лабораториях, когда необходимы особо точные показания. Шкала образцового манометра разделена на 100 или 300 равных делений.

С одновитковой трубчатой пружиной изготовляют манометры (нуль шкалы слева), вакуумметры (нуль шкалы справа), манова­ куумметры (нуль шкалы посредине); манометры с контрольной стрелкой (две концентрически расположенные шкалы и две стрел­

ходе основной стрелки красная стрелка останавливается, указы­ вая максимальное значение давления, которое было измерено прибо­ ром). Одновитковые пружинные манометры изготовляют с электри­

23

ческой и пневматической передачей показаний на расстояние (дис­ танционные манометры).

Для сигнализации при достижении заданных значений давления применяют манометры с одновитковой трубчатой пружиной, имею­ щие контактное .устройство — электроконтактные манометры ЭКМ (рис. II.8). При достижении заданного давления электрическая цепь замыкается за счет контактирования стрелки прибора и двух передвижных указателей. Подвижные указатели (контакты) на лю­ бые два значения в пределах всей шкалы устанавливают ключом.

Рис. 11.10. Схема самопишущего силь­ фонного манометра

Рис. II.9. Схема самопишущего мано­ метра с ' геликоидальной пружиной

При переходе стрелки прибора за большее или меньшее из установ­ ленных значений давления соответствующий контакт замыкается и остается замкнутым, а указывающая стрелка может перемещаться дальше. В диапазоне между установленными граничными значения­ ми давления электрическая сигнальная цепь разомкнута.

Манометры с многовитковой трубчатой пружиной в качестве ра­ бочего органа имеют многовитковую трубчатую пружину (геликс), внутренний диаметр которой равен 30 мм; число витков колеблется от 6 до 9. Вследствие большой длины пружины ее свободный конец под действием давления может перемещаться на расстояние до 15 мм, в результате чего угол раскручивания такой пружины составляет 30—60°. Большие усилия, развиваемые пружиной, дают возможность перемещать не только указывающие стрелки, но и стрелки, имеющие перо для записи показаний, а также осуществлять дистанционную передачу показаний.

При увеличении давления-геликоидальная пружина 1 (рис. II.9) за счет внутреннего давления разворачивается и при помощи пере-

24

даточного механизма 2 поворачивает рычаг 3, на котором находится держатель 4 пера, записывающего кривую давления на равномерно движущейся бумаге 5. Диск с диаграммной бумагой в самопишущих манометрах перемещается синхронным электродвигателем или ча­ совым механизмом. Диаграммная бумага регистрирующих приборов имеет координатную сетку. Концентрические окружности, нанесен­ ные на бумагу, представляют собой деления шкалы. Количество окружностей определяется пределом измерения манометра и ценой деления. Радиальные дуги соответствуют промежуткам времени

в1 ч и 15 мин. Выпускают приборы со скоростью вращения диска

сдиаграммной бумагой 1 оборот за 8 ч, 1 и 3 суток.

Манометры, мановакуумметры и вакуумметры с гармониковой мембраной применяют для измерения и записи давления (как первич­ ные приборы) и при пневматической передаче показаний на расстоя­ ние (как вторичные приборы). Чувствительный элемент приборов это­ го типа—гармониковая пружина (сильфон) размещена в мембранной коробке. Принцип действия приборов основан на уравновешива­ нии измеряемого давления или разрежения силой упругой дефор­ мации металлического сильфона и винтовой цилиндрической пру­ жины. На рис. 11.10 приведена схема самопишущего манометра с гармониковой пружиной.

•В металлическом глухом стакане 1 помещен гармоникообразный цилиндрический сильфон 2, который верхним концом прикреплен к крышке 3. Второй свободный конец сильфона выполнен глухим. Внутри сильфона установлена спиральная пружина 4, стремящая­ ся растянуть сильфон. На крышке сильфона закреплена опора вер­ тикального штока 5. Если рабочую полость стакана соединить с из­ меряемым давлением, то это давление сожмет сильфон. При этом выравнятся величины усилия, с которым сжат сильфон, и сопротив­ ления сжатию пружины. Наступит равновесие. Шток прибора при этом переместится по вертикали и через рычаги 6, 7, 8 и тягу 9 приведет в движение стрелку 10.

Мембранные напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры изготов­ ляют с концентрической, горизонтально- и вертикальнопрофильной

25

укреплена неподвижно, другая под действием давления или разре­ жения перемещается. Перемещение мембраны передается на стрел­ ку прибора 2 передаточным механизмом. В передаточный механизм входят: коленчатый рычаг 3, тяга с рычагом 4 и ось 5 стрелки. Для выравнивания прогиба мембраны и обеспечения равномерности шка­ лы в тягомерах служат установочные винты 6, которые расположе­ ны у пластинчатой пружины 7. Корректировку нуля производят поворотом винта 8, который перемещает опорный рычаг 9.

§II.5. РЕЛЕ ДАВЛЕНИЯ

Вразличных технологических установках иногда необходимо знать только максимально допустимые величины давления. Для этой цели применяют устройства, носящие название реле давления. Промышленность выпускает различные реле давления. Так, напри­

мер, мембранный сигнализатор падения давления СПДМ (рис. II. 12)

служит для подачи электрического сигнала при повышении или по­ нижении давления воздуха или газа. Выпускают его с различными

1 я 2 зажата кожаная мембрана 3 с укрепленным на ней штоком 4. Нижняя полость под мембраной соединена с импульсной линией, по которой подается измеряемое давление р, а верхняя — с атмо­ сферой. Внутри трубки 5 расположена пружина 6, которая действу­ ет на мембрану в обратном направлении, чем давление р. Трубка 5

26

ГЛАВА ІИ

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

§ III.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕМПЕРАТУРЕ

Температурой называют величину, характеризующую тепловое состояние тела. Согласно молекулярно-кинетической теории, со­ общаемая телу тепловая энергия, вызывающая повышение его тем­ пературы, преобразуется в энергию движения молекул. Измерить эту энергию непосредственно, как длину, массу или объем, не пред­ ставляется возможным, поэтому ее нельзя выразить в абсолютных единицах измерения. При изменении температуры тела изменяются и его физические свойства: объем, давление в замкнутом объеме, электрическое сопротивление, термоэлектродвижущая сила в замк­ нутом контуре цепи, интенсивность излучения. Эти свойства тел берут в основу устройства приборов для измерения температуры.

В промышленности строительных материалов, как и во многих других отраслях промышленности, температура является одним из важнейших параметров, характеризующих состояние тела или процесса в целом. Чтобы технологический процесс, например получение цементного клинкера, варка стекла, обжиг и сушка керамических изделий, твердение асбестоцементных и железобетон­ ных изделий или др., протекал нормально и экономически более выгодно, в большинстве случаев необходим постоянный контроль его теплового режима.

ГОСТ 8550—61 предусматривает применение двух температурных шкал — абсолютной термодинамической температурной (шкалы Кельвина) с единицей измерения кельвин (Т , К) и международ­ ной практической температурной (шкалы Цельсия) с единицей изме­

венной экспериментальной реперной точки X Генеральная конфе­ ренция по мерам и весам в 1954 г. постановила принять температуру тройной точки воды, равную 273,16 К и лежащую выше точки тая­ ния льда на 0,01 К. Нижним пределом абсолютной термодинами­ ческой шкалы является точка абсолютного нуля температуры (0, К).

Международная практическая температурная шкала принята IX Генеральной конференцией по мерам и весам в 1948 г. Эта шка­ ла основана на постоянных температурах фазового равновесия не-

28

которых веществ и воспроизводится по следующим реперным точ­ кам в °С:

Соотношение, устанавливающее связь между температурой, вы­ раженной по абсолютной термодинамической шкале, и той же темпе­ ратурой по международной шкале, таково:

7 = 7 + 273,15,

где Т — температура по абсолютной термодинамической шкале в К; t — тем­ пература по международной практической шкале в °С.

Существующие в настоящее время методы и средства измерения температуры классифицируют главным образом с точки зрения фи­ зических явлений, происходящих в веществах при изменении тем­ пературы. Суть этих явлений определяет принцип действия соот­ ветствующих измерительных средств и объединяет их в следующие группы:

1)термометры расширения — для измерения температур в пре­ делах от —200 до +650° С;

2)манометрические термометры — для измерения температур

впределах от —60 до +650° С;

3)электрические термометры сопротивления — для измерения

температур в пределах от —200 до +650° С; 4) термоэлектрические пирометры — для измерения температур

впределах от —50 до +2000° С;

5)пирометры излучения: радиационные — для измерения тем­

ператур в пределах от +400 до +2500° С, оптические — от +800 до +6000° С.

§ II 1.2. ТЕРМОМЕТРЫ РАСШИРЕНИЯ

Принцип работы термометров расширения основан на свойстве тел при изменении температуры изменять свой объем, а следова­ тельно, и линейные размеры. К числу этих термометров относятся:

1) жидкостные стеклянные термометры, действие которых осно­ вано на различии при изменении температуры коэффициентов объемного расширения термодинамической жидкости (ртуть, спирт)

истекла;

2)дилатометрические (стержневые) термометры, действие кото­

рых основано на различии при изменении температуры коэффициен­ тов линейного удлинения двух стержней, когда они расположены рядом или один в другом;

3) биметаллические термометры, действие которых основано на различных коэффициентах линейного удлинения пластины, состоя­

29