книги из ГПНТБ / Кулаков М.В. Технологические измерения и приборы для химических производств учебник

щается тяга 6 и поворачивается рычаг 5 с закрепленным на нем сектором 7. Гибкие металлические ленты 8, закрепленные одним концом на секторе 7 и охватывающие ролики 11, заставляют последний поворачиваться на угол, пропорциональный изме­ нению давления воздуха (изменению измеряемого параметра). При повороте ролика поворачивается рычаг 9 и скрепленный с ним рычаг 10, оканчивающийся пером и стрелкой.

Вторичные приборы для записи и показания двух параметров (2РЛ-29Б) имеют два подобных механизма, а для записи и пока­ зания трех параметров (ЗРЛ-29В) — соответственно три меха­ низма.

Рис. 75. Схема вторичного прибора системы «Старт» (тип ПВ):

1 — силовой элемент; 2 и 4 — рычаги; 3 — сильфон; 5 — пружина

Вторичные приборы системы «Старт» построены на элементах и блоках универсальной системы элементов промышленной пнев­ матической автоматики (УСЭППА).

На рис. 75 приведена схема вторичного регистрирующего прибора системы «Старт» для записи и показания одного пара­ метра (тип ПВ), принцип действия которого основан на компенса­ ции усилий. Усилие на рычаге 4, возникающее при деформации приемного сильфона 3, компенсируется усилием, возникающим от силового элемента 1 и передаваемого через рычаг 2 и пружину 5 на рычаг 4. При повороте рычага 2 на определенный угол стрелка и перо, укрепленные на тросике, перемещаются по шкале при­ бора.

§ 33« Электропневматические и нормирующие преобразователи

Электропневматические преобразователи служат для пре­ образования электрического сигнала постоянного тока в унифи­ цированный пневматический сигнал.

120

На рис. 76 показана принципиальная схема преобразователя, работающего по принципу силовой компенсации. Входной ток проходит через катушку 3, которая находится в поле постоянного магнита 4 и может перемещаться вдоль среднего сердечника 5. При прохождении тока по катушке возникает усилие, стремя­ щееся втянуть ее внутрь магнита. Это усилие через рычаг 6 действует на механизм пневматической дистанционной передачи. На конце рычага есть заслонка 2, изменяющая свое положение относительно сопла 1 при изменении усилия на катушке 3. Воз­ дух к соплу поступает через дроссель постоянного сечения 14 и камеру а вторичного пневмореле 11.

Рис. 76. Принципиальная схема электропневматического преобразователя температуры:

I — сопло; 2 — заслонка; 3 — катушка; 4 — постоянный магнит; 5 — сердечник; 6 — рычаг; 7 — гидравлический демпфер; 8 — сильфон обратной связи; 9 и 10 — пружины; II — вторичные пневмореле; 12 — мембрана; 13 — клапан; 14 — дроссель постоянного сечения; М х и М 2 — манометры

Изменение давления в пневмолинии перед заслонкой и в при­ емной (измерительной) камере а через мембрану 12 вызывает изменение положения клапана 13 и, следовательно, изменение давления в камерах б и в, а также в пневмолинии за вторичным пневмореле. Это изменение давления будет продолжаться до тех пор, пока заслонка не займет такое положение относительно сопла, при котором усилие на противоположном конце рычага 6, создаваемое сильфоном обратной связи 8 и пружинами 9 и 10, не станет равным усилию на катушке 3. Таким образом, усилие на катушке 3 преобразуется в унифицированный пневматический сигнал, который передается на вторичный измерительный прибор. На входе и выходе давление воздуха контролируется манометрами М г и М 2. Для сглаживания пульсаций давления служит гидра­ влический демпфер 7.

Для согласования аппаратуры электронной агрегатной уни­ фицированной системы приборов (ЭАУС) с преобразователями, не имеющими унифицированного выхода (термопары, термометры сопротивления и т. п.), применяются электронные преобразова­ тели постоянного тока (нормирующие преобразователи). Введе­

121

Раздел третий

ИЗМ ЕРЕНИ Е ДАВЛ ЕН И Я

Глава IX

Основные понятия при измерении давления

§ 34« Единицы измерения

Давление является одним из важнейших параметров химико­ технологических процессов. От величины давления часто зависит правильность процесса химического производства. Под давле­ нием в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которую действует сила. При равномерном распределении сил давление равно частному

123

от деления нормальной составляющей силы давления на площадь, на которую эта сила действует. Величина единицы давления за­ висит от выбранной системы единиц.

В табл. 4 приведены соотношения некоторых (наиболее часто) применяемых единиц давления.

Различают абсолютное и избыточное давление. Абсолютное

где рв — давление (разрежение), измеренное вакуумметром.

§ 35, Классификация приборов для измерения давления 1

Приборы для измерения давления обычно классифицируются по принципу действия и по роду измеряемой величины.

По принципу действия приборы для измерения давления де­ лятся на:

1) жидкостные, основанные на уравновешивании измеряемого давления гидростатическим давлением столба жидкости;

2) грузопоршневые, в которых измеряемое давление уравно­ вешивается внешней силой, действующей на поршень;

3)деформационные (пружинные), измеряющие давление по величине деформации различных упругих элементов .или по раз­ виваемой ими силе;

4)электрические, основанные либо на преобразовании давле­ ния в какую-нибудь электрическую величину, либо на изменении электрических свойств материала под действием давления.

По роду измеряемой величины приборы для измерения давле­ ния и разрежения делятся на:

1)манометры — приборы для измерения абсолютного и избы­ точного давления;

2)вакуумметры — приборы для измерения разрежения (ва­ куума);

3)мановакуумметры — приборы для измерения избыточного давления и вакуума;

4)напоромеры (микроманометры) — приборы для измерения малых избыточных давлений;

5)тягомеры (микроманометры) — приборы для измерения малых разрежений;

6)тягонапоромеры (микроманометры) — приборы для изме­

рения малых давлений и разрежений;

1 Классификация приводится по ГОСТ 15115—69.

124

7)дифференциальные манометры — приборы для измерения разности двух давлений, ни одно из которых не является давле­ нием окружающей среды;

8)барометры — приборы для измерения барометрического давления атмосферного воздуха.

Для систематического описания приборов наиболее удобна классификация по принципу действия, которая и принята ниже.

Глава X

Жидкостные приборы

Жидкостные приборы отличаются простотой устройства и отно­ сительно высокой точностью измерения; они широко применяются как для лабораторных, так и для технических измерений. Жидко­ стные приборы служат для градуировки и поверки приборов других систем, для измерения небольших избыточных давлений, разрежений; разности давлений, а также атмосферного давления.

§ 36* Переносные (лабораторные) приборы

Двухтрубный U-образный манометр (рис. 78) состоит из стек­ лянной трубки, изогнутой в виде буквы U. Трубка укреплена на доске со шкалой, расположенной между ветвями трубки. Трубка манометра заполнена жидкостью (ртутью, водой, спиртом).

Система находится в равновесии, если гидростатическое давле­ ние столба жидкости в открытом колене манометра уравновеши­ вается давлением в другом колене:

125

Если над жидкостью в манометре газ, то

Pn = P » — P6 = H g P -

Если давление в пространстве, присоединенном к манометру, ниже атмосферного, то жидкость в трубках манометра переместится в обратном направлении и высота ее столба будет соответство­ вать разрежению (вакууму). Присоединив оба свободных конца трубки манометра к двум полостям с разными давлениями, можно

счета — снижения в одном колене, подъема в другом — и сум­ мировать замеренные величины, т. е.

Н = h1 - f Л2.

Однотрубный (чашечный) манометр представляет собой моди­ фикацию двухтрубного, одно из колен которого заменено широ­ ким сосудом (чашкой). Устройство манометра показано на рис. 79. Сосуд 1 соединен с вертикальной стеклянной трубкой 2. Резер­

О величине давления или разрежения судят по высоте столба жидкости в вертикальной трубке прибора.

Преимущество чашечного манометра заключаемся в единичном

126

отсчете положения мениска жидкости в трубке. Однако при этом возникает погрешность из-за понижения уровня жидкости в со­ суде, что изменяет положение нуля шкалы. При поднятии жидко­

от отношения площадей сечения трубки и сосуда и может быть сделана сколь угодно малой. Площади сосуда и трубки выбирают

При этом без внесения существенной погрешности можно считать

Р = hjg (р — рх).

Верхний предел измерения давления жидкостными мано­ метрами ограничивается приемлемыми габаритными размерами приборов. На практике двухтрубные и однотрубные приборы изготовляются для измерения давлений не свыше 0,196 Мн/м2 (2 кгс/см2).

При точных измерениях жидкостными лабораторными при­ борами необходимо вводить поправки на величину ускорения силы тяжести и на температуру. Поправка на ускорение силы тяжести равна

gy — ускорение силы тяжести в данной местности. Поправка на температуру включает поправки на изменение

плотности жидкости и изменение длины шкалы от изменения температуры.

127

t0— для ртути 0° С, для воды +4° С;

ht — наблюдаемая высота столба жидкости при температуре t\

а— коэффициент линейного расширения материала шкалы;

Р— коэффициент объемного расширения жидкости.

Микроманометр с наклонной трубкой. При измерении малых

давлений применяют приборы с наклонной трубкой (рис. 80)-

Рис. 80. Микроманометр с наклонной трубкой:

1 — доска; 2 — сосуд; 3 — трубка; 4 — уровень

Прибор состоит из стеклянного сосуда, к которому под некото­ рым углом ф к горизонту припаяна стеклянная трубка. Сосуд с трубкой укреплен на деревянной доске со шкалой. Шкала сде­ лана подвижной, чтобы, при заполнении прибора жидкостью можно было совместить нуль шкалы с мениском жидкости в трубке. Конец трубки присоединяется к полости, в которой измеряется разрежение. Для точной установки прибора в горизонтальной плоскости он снабжен уровнем. Вследствие наклонного положе­ ния трубки высота столба жидкости, уравновешивающая изме­ ряемое давление, равна

Микроманометры с наклонной трубкой изготовляются обычно для измерения давления 157—980 Н/м2(16— 100 мм вод. ст.). По­ грешность этих приборов.не превышает ±1,5% предельного зна­ чения шкалы. В тех случаях, когда приходится измерять давле­ ние или разрежение в более широких пределах, пользуются микроманометрами с переменным углом наклона трубки.

§ 37* Технические приборы

Для технических измерений жидкостные приборы выполняются в виде так называемых комбинированных жидкостно-механи­ ческих приборов. К ним относятся поплавковые, колокольные и кольцевые.

128

Поплавковые приборы представляют собой U-образные жидко­ стные манометры, у которых одно из колен расширено и в нем помещен поплавок, связанный со стрелкой, движущейся вдоль шкалы. Поплавковые приборы чаще всего используют как диф­ ференциальные манометры (дифманометры) для измерения пере­ пада давления.

На рис. 81 показана схема поплавкового дифманометра. Если в левом сосуде давление р ъ а в правом р 2, то при Pi > Ръ УР°- вень жидкости в левом сосуде понизится на высоту h2, а в правом

эти величины постоянными коэффициентами k и кг, получим

P i — Р ч = k k ^ h 2,

т. е. разность давлений может быть выражена величиной пере­ мещения поплавка.

При неизменных размерах широкого сосуда изменением диа­ метра и высоты узкого сосуда можно в известных границах изме­ нить предел измерения разности давлений. Из совместного реше­

По уравнению (94) определяется необходимый диаметр узкого сосуда при заданных значениях Я, h2 и D.

Ход поплавка для всех модификаций дифманометров при максимальном перепаде давления равен 30,5 мм.