книги из ГПНТБ / Петунин А.Н. Измерение параметров газового потока. (Приборы для измерения давления, температуры и скорости)

Рычаг при помощи гибкого шарнира 4 соединен со станиной весового элемента. Для компенсации присоединенных к измери­ тельному рычагу жесткостей упругих шарниров и сильфонов ве­ совой элемент имеет компенсатор 5. Для регистрации положе­ ния груза, перемещающегося по измерительному рычагу и урав­ новешивающего усилия давлений, весовой элемент содержит реостат 7, по которому скользит ползунок 8, укрепленный на грузе. Ход груза, пропорциональный перепаду давлений, преоб­ разуется в изменение электрического напряжения. Параметры реостата: сопротивление 6000 Ом, напряжение питания 150 В по­ стоянного тока, длина 500 мм. Схема включения реостата — по­ тенциометрическая.

Изменение диапазона манометра достигается изменением ве­ са груза за счет размещения на нем калиброванных по весу накладок. Градуировочные характеристики прибора линейны.

Датчик мембранного манометра низких абсолютных давлений

сдинамической компенсацией силы давления силой тяжести уравновешивающего груза

Принцип действия датчика (рис. 1.43) основан на компенса­ ции силы давления переменной составляющей силы тяжести уравновешивающего груза, возникающей при повороте чувстви­ тельного элемента относительно поперечной оси О, перпендику­ лярной плоскости рисунка. Стальная или бронзовая плоская мембрана 2 делит внутреннюю полость датчика на две полови­ ны. В первую подается измеряемое давление, а из второй воздух откачивается до давления, не превышающего порог чувствитель­ ности прибора. Мембрана натянута и зажата между двумя по­ ловинами латунного корпуса датчика. С мембраной жестко свя­ зан уравновешивающий груз 3, который другим концом подве­ шен на тонкой перфорированной диафрагме 4, обеспечивающей грузу беспрепятственное осевое перемещение под действием дав­ ления, испытываемого мембраной. При повороте датчика возни­ кает составляющая силы тяжести груза Gx, величина которой определяется массой груза, ускорением силы тяжести и углом поворота. Эта сила направлена вдоль оси х—х. Она прижимает контакты 5 и 6 друг к другу. При воздействии на мембрану из­ меряемого давления возникает сила, стремящаяся разорвать контакты. Они разрываются при равенстве силы давления и си­ лы Gх.

Прибор работает по принципу динамической компенсации. Перед измерением датчик повернут на максимальный угол а, при котором сила Gx заведомо прижимает подвижный контакт к неподвижному. После того как в измерительную полость пода­ но измеряемое давление, датчик при помощи электродвигате­ ля 3 (рис. 1.44) начинает возвращаться в исходное положение. Угол а уменьшается до нуля. В процессе этого движения систе­ ма проходит через положение равновесия, отмечаемое разрывом

73

контактов, включенных в сигнальную цепь, управляющую элект­ ромагнитами 6 печатающего счетчика 5. По силе Gx, соответст­ вующей моменту размыкания, определяется измеряемое давле­ ние.

В многоточечном манометре, работающем по описанной схеме, группа датчиков давления устанавливается на общей поворотной раме с единой системой автоматической регистрации показа­ ний.

Манометр, датчик которого имеет бронзовую мембрану тол­ щиной 5- 10~5 м и диаметром 0,14 м, груз с массой 0,13 кг и в котором в качестве регистрирующего устройства используется печатающий счетчик 5, имеет линейную характеристику. Погреш­ ность в диапазоне 530... 2660 Па не превышает ±1°/о-

Сильфонный манометр с маятниковой компенсацией

На рис. 1.45 приведена схема манометра, в котором в каче­ стве компенсирующей силы используется сила тяжести [25]. Давления, разность между которыми подлежит измерению, под­ водятся в сильфон 2 и в герметичный корпус 1. Сильфон установ­ лен внутри камеры на рычаге маятника 3. Сам рычаг крепится к стенке камеры на упругом крестообразном шарнире 4. В ниж­ ней части рычага маятника установлен груз 5 и контакты 6, уп­ равляющие сигнальными цепями манометра. При отклонении

74

маятника от вертикального положения зажигается одна из сиг нальных лампочек 7. Восстановление равновесия маятника до стигается поворотом камеры относительно оси шарнира 11, пер пендикулярной плоскости чертежа. При этом контакты размыка

автоматического уравновешивания силы давления, но, осущест­ вив дополнительный поворот, изменять в широких пределах диа­ пазон прибора [30]. Принцип работы манометра с маятником, в котором осуществлены эти возможности, заключается в том, что при применении двух независимых угловых перемещений плоскости действия измеряемой силы в пространстве (в частно­ сти, это может быть сила давления) изменяется взаимное распо­ ложение оси маятника х—х (см. рис. 1.46) и линии действия силы тяжести уравновешивающего груза (вертикали у—у) и воз­ никает переменный момент постоянной силы тяжести груза отно­ сительно оси а—а. При этом один из поворотов используется для изменения уравновешивающего момента до величины, обеспе­ чивающей равновесие, а другой — для изменения цены деления указателя измеряемой величины.

На рис. 1.46 приведена схема поворотов плоскости рычага маятника, поясняющая принцип компенсации и изменения чувст­

75

вительности на примере измерения силы Р, приложенной к ры­

чагу маятника.

Сила расположена в плоскости Q и относительно оси а~а, перпендикулярной этой плоскости, создает момент Р1, величина которого зависит от угла поворота плоскости Q в пространстве.

Этот момент уравновешивается моментом проекции силы тяже­ сти груза G на плоскость О

76

Используя «синусные» механизмы, можно получить равно­ мерные шкалы для отсчета показаний и изменения цены деле­ ния. При этом поворот плоскости Q относительно оси х—х ис­ пользуется для получения нужной для равновесия величины G2, а наклон плоскости х (в которой лежит продольная ось рычага) относительно оси 2—2 — для изменения цены деления. Реализа­ ция изложенного принципа компенсации применительно к изме­ рению разности давлений иллюстрируется рис. 1.47, на котором изображена схема дифференциального манометра маятникового типа с автоматическим уравновешиванием. Давления р\ и ц2 по­ ступают в сильфоны 1, установленные на поворотной опоре 3, ось вращения которой у—у связана с рамкой 4, имеющей воз­ можность поворачиваться относительно оси z—2 . Усилия давле­ ния передаются на маятник 2, выполненный в виде рычага с про­ тивовесом. При р \ф р 2 на рычаге возникает момент, пропорцио­ нальный перепаду давления. Маятник выходит из равновесия и замыкает электрические контакты 5, управляющие подачей пита­ ния на реверсивный привод 6 «синусного» механизма 7. Послед­ ний поворачивает опору сильфонов в сторону равновесия. Равно­ весие рычага восстанавливается при условии

Устанавливая рамку 4 в любое положение по углу (3, можно в широких пределах изменять цену деления и диапазон указа­ теля шкалы sin а, расширяя измерительные возможности при­ бора. Использование «синусных» механизмов 7 и 9 дает необхо­ димую для удобства пользования прибором линейность шкал отсчета и значений цены деления. Прибор особенно ценен при измерении малых перепадов или малых'абсолютных давлений. Он обладает повышенным быстродействием из-за малых разме­ ров масс и моментов инерции элементов измерительного рычага и простотой по сравнению с описанными приборами с силовым уравновешиванием при помощи груза, перемещающегося по хо­ довому винту. В устройстве применены опоры крестообразного типа, на работу которых не сказываются перекосы, неизбежные при поворотах маятника.

Манометр с электромагнитной силовой компенсацией [45]

Схема манометра с электромагнитной силовой компенсацией приведена на рис. 1.48.

Давления воспринимаются сильфонами 1, установленными внутри корпуса 8 манометра. К торцу каждого сильфона при­

77

креплена тяга, на которой размещены датчик нейтрального по­ ложения 2 и катушка 3, подключенная к генератору 5 пилооб­ разного тока, общему для всех катушек. Все катушки распола­ гаются в поле неподвижных постоянных магнитов 4. Перед началом измерений под действием силы давления катушки датчи­ ков смещены относительно нейтрального положения. После запуска генератора пилообразного тока в результате взаимодей-

Рис. 1.48. Схема многото­ чечного манометра с элект­ ромагнитной силовой ком­ пенсацией:

1—сильфон; 2—датчик нейтраль­ ного положения; 3—катушка, обтекаемая током; 4—постоян­ ный магнит; 5—генератор пило­ образного тока; 6—счетно-запо­ минающее устройство; 7—ре­ гистрирующее измерительное устройство; 5—‘корпус маномет­ ра; 3—приемник опорного дав­

ления

ствия переменного электромагнитного поля катушек с полем постоянного магнита возникают электромагнитные силы, которые уравновешивают силы давления во всех датчиках. В момен­ ты уравновешивания датчик нейтрального положения вырабаты­ вает сигнал, отсекающий ток, соответствующий уравновешива­ нию. Этот ток запоминается устройствами 6 до окончания процесса уравновешивания во всех сильфонах, а затем последова­ тельно регистрируется измерительным устройством 7. Посколь­ ку между током, питающим катушки, и уравновешивающим уси­ лием прямая связь, регистрирующее устройство выдает величи­ ны, легко преобразуемые в давления. Погрешность манометров с электромагнитной силовой компенсацией может быть доведена до 0,1% максимальной величины диапазона измерения. При изме­ рении давления в диапазоне 4 • 102. .. 8 • 104 Па такие манометры сравнимы по метрологическим характеристикам с жидкостными манометрами.

1.7.2.Многоточечные манометры

спружинной силовой компенсацией

Первые многоточечные измерения давлений в газовых пото­ ках проводились набором образцовых пружинных манометров соответствующих диапазонов, установленных на приборном щи­ те. Размеры таких приборных щитов или, как их часто называ­ ли, пультов определялись количеством и размером манометров

78

(d = 2504-300 мм) и достигали нескольких квадратных метров. Такие пульты были громоздки и неудобны в обслуживании. Регистрация их показаний осуществлялась фотографированием. Расшифровка фотографий была не менее сложной и трудоем­ кой, чем расшифровка фотографий жидкостных манометров. С появлением рычажных весовых элементов с перемещающимся грузом и созданием на их базе измерителей давления они стали применяться и для многоточечных измерений. В [44] описана манометрическая система, состоящая из 50 весовых манометров, предназначенных для измерения давлений в диапазоне от 0 до

— 14 • 104 Па (1800 мм рт. ст.). Громоздкость и сложность об­ служивания такой системы очевидны.

Наиболее совершенны и удобны для использования специаль­ ные многоточечные электромеханические манометры, в которых компенсация сил давления осуществляется не перемещающимся по коромыслу нормированным грузом, а составляющей веса гру­ за при его наклоне, как это сделано в манометре (см. рис. 1.47), или контрольной измерительной пружиной. Эти манометры зна­ чительно компактнее набора стандартных весовых элементов. Их можно размещать в непосредственной близости от места из­ мерения, сокращая до минимума манометрическую трассу и сокращая время выравнивания давления в манометре. Это об­ стоятельство, как отмечалось выше, очень важно при измерении в потоках больших скоростей, в которых статическое давление составляет единицы миллиметров ртутного столба. Выравнива­ ние таких давлений происходит крайне медленно, а энергетиче­ ские затраты на создание потоков большой скорости чрезвычай­ но велики. В силу этого сокращение времени, потребного на про­ ведение измерения, имеет существенный экономический эффект. Если же измерения проводятся в потоках, создаваемых устрой­ ствами кратковременного действия, время, потребное на измере­ ние, может оказаться решающим фактором в возможности про­ ведения самих измерений.

Групповой регистрирующий манометр ГРМ-2

Групповой регистрирующий манометр [15, 24] конструкции Ю. Ю. Колочинского (рис. 1.49) предназначен для измерения и регистрации положительных и отрицательных избыточных дав­ лений, а также разности двух давлений неагрессивного газа од­ новременно в двадцати точках.

Измерение осуществляется автоматическими пружинными элементами, построенными по типу рычажных весов. Измеряемая величина в зависимости от ее характера подводится в один сильфон (при измерении избыточного давления) или в два силь­ фона (при измерении разности двух давлений), установленные на рычаге. Сильфон преобразует давление или разность двух давлений в действующую на рычаг силу, которая непрерывно ав­

79

2. Класс точности прибора по регистрации 0,5. В результате нетрудоемкой доводки класс точности прибораможет быть по­ вышен до 0,3.

Рис. 1.50. Схема группового регистрирующего манометра ГРМ-2:

/ и приемные штуцера; 2 и 2'—сильфоны; 3—измерительный рычаг; 4—основание; 5—упругий шарнир; 6 и 7—контакты; 8—электромагнит; 9—пластинка; 10—ролик; // — фрикционные диски; 12—1‘групповой вал; 13—электродвигатель; 14 и /5—червячная пе­ редача; 16—винт визуального указателя; 17 и 18—винт и гайка измерительной пру­ жины; 19—измерительная пружина; 20, 21 и 22—рычаг, тяга и пружина компенсатора жесткости; 23—пружина регулировки нуля; 24—указатель; 25 и 26—типовые колеса; 27—пружина типового колеса; 28—редуктор; 29—визуальная шкала; 30—указатель; 31—визуальная шкала условных номеров; 32—кнопка включения манометра; 33— электромагнит; 34—привод каретки регистрации; 35—кнопка включения регистрации;

36—кривошип; 37—«каретка; 38—красящая лента; 39—бумажные ленты

3.Основная допустимая погрешность регистрирующей части прибора не превышает ±0,5% предельного значения величины, измеряемой соответствующим чувствительным элементом.

4.Основная допустимая погрешность визуальных указателей

прибора не превышает ±1,5% предельного значения величины, измеряемой соответствующим чувствительным элементом.

81

Д и ф ф е р е н ц и а л ь н ы е м а н о м е т р ы

П р и м е ч а н и е . Шкалы регистрации и визуальные шкалы мано­ метров ГРМ, выпускаемых заводом «Контрольприбор» в г. Москве, про­ градуированы в кгс/см2.

82