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

Иногда поплавковые показывающие дифманометры изгото­ вляются с контактным устройством (для сигнализации), выполнен­ ным в виде ртутно-стеклянных переключателей.

При необходимости передачи показаний на расстояния больше 50 м, а также в тех случаях, когда приборы устанавливаются на щитах управления, применяются дифманометры с электрической или пневматической передачей (см. раздел второй). В обоих случаях устройство собственно дифманометра аналогично пока­

необходимо обеспечить однозначность зависимости перемещения колокола от давления под ним. Для этого в систему должна быть введена переменная противодействующая сила, функционально зависящая от перемещения колокола. В существующих коло­ кольных приборах для создания противодействующей силы

/гх— глубина погружения колокола при избыточном давле­ нии р.

130

Вычитая уравнение (96) из уравнения (95), получим

Из этого уравнения видно, что перемещение колокола зависит только от величины избыточного давления и его геометрических размеров и не зависит от массы колокола.

1 Для данного прибора его геометрические размеры являются постоянными величинами, постоянна также и плотность затвор­ ной жидкости, поэтому уравнение (100) можно представить в форме

Ай = k p .

На рис. 83 показана принципиальная схема колокольного дифференциального манометра с уравновешиванием грузом (пунк­ тиром показано положение колокола при р г — р 2 — 0). В этом положении уравнение равновесия моментов будет

Решая уравнения (101), (102) и (103) совместно, найдем зави­ симость угла ф от величины р х — р 2 и конструктивных размеров колокола:

k3— % ( Ф - S ) - ■Ss

Ф — s — S

132

Так как в колокольных приборах с уравновешиванием грузом толщина стенок колокола мала, а значит мала и площадь s, то членом k 2 можно пренебречь.

«Тогда

Уравновешивание пружиной' применяется в дифференциаль­ ных манометрах. Чувствительным элементом дифманометра явля­

где dy — dh — dx.

Решая эти уравнения совместно и интегрируя полученное дифференциальное уравнение в пределах от р х — р 2 — 0 до P i — р 2, получим зависимость перемещения колокола от изме­ нения давления:

13 3

Если в уравнении (104) умножить числитель и знаменатель

Верхние пределы измерения давления от 98,1 до 392,4 Н/м2 (10—40 мм вод. ст.).

Передача показаний на расстояние в колокольных приборах осуществляется электрическими (дифференциально-трансформа­

Под действием этого момента кольцо поворачивается вокруг точки опоры по часовой стрелке. Поворот кольца создает противо­ действующий момент:

M G — Ga sin ср,

где G — сила тяжести груза;

а — расстояние центра тяжести груза от точки опоры; Ф — угол поворота кольца.

134

Так как сила тяжести груза и геооетрические размеры кольца являются постоянными величинами, то уравнение (105) можно представить в форме

р х — р 2 — k sin cp.

Измеряемое давление (или разность давлений) пропорцио­ нально синусу угла поворота кольца. Поэтому шкала прибора не­ равномерная. Кроме того, по конструктивным соображениям угол поворота кольца нельзя сделать больше 60°, что ограничивает длину шкалы при непосредственном соединении кольца с ука­ зывающей стрелкой. Для увеличения длины шкалы между стрел­ кой прибора и кольцом вводят передачу, увеличивающую пере­ мещение стрелки и одновременно выравнивающую шкалу прибора.

Приборы кольцевого типа изготовляются показывающими, показывающе-самопишущими и с дистанционной передачей пока­ заний. Наибольшая возможная величина верхнего предела изме­ рения определяется главным образом размерами кольца и плот­ ностью затворной жидкости и обычно составляет 0,033325 МН/м2 (250 мм рт. ст.) для приборов с ртутным заполнением и 2,425 кН/м2 (250 мм вод. ст.) для приборов с водяным или масляным заполне­ нием. Изменение пределов измерения осуществляется сменой

тиводействующий момент, которым можно пренебречь. В при­ борах среднего давления измеряемая среда подводится через бронзовые или стальные трубки, витки которых направлены противоположно. Усилия, возникающие в спиралях при повороте кольца, действуют в разные стороны и взаимно уравновешиваются.

Преимущества кольцевых приборов перед поплавковыми и ко­ локольными заключаются в отсутствии уплотнительных устройств в передаточном механизме (особенно важно для приборов высокого давления) и независимости чувствительности прибора от изме­ нений плотности рабочей жидкости и среды над ней.

К недостаткам кольцевых приборов можно отнести наличие трубок, подводящих давление, которые могут вносить погреш­ ность в измерения.

1 Без учета противодействующего момента от спиральных подводящих тру­

бок.

135

Г л а в а X I

Грузопоршневые манометры

§ 38* Общие сведения

Грузопоршневые манометры в основном применяются для градуировки и поверки различных видов пружинных манометров, так как отличаются высокой точностью и широким диапазоном измерений — от 0,098 до 980 МН/м2 (1— 10 000 кгс/см2).

Принцип действия грузопоршневых манометров следующий. На поршень, свободно движущийся в цилиндре, действуют две силы: сила от давления жидкости, с одной стороны, и сила тя­ жести положенных на поршень грузов, с другой стороны. При равновесии поршня давление

Эта формула справедлива лишь в том случае, когда можно пренебречь силами трения, действующими на поршень при его движении в цилиндре. В действительности в цилиндре имеется масло. При опускании поршня в зазоре двигается (поднимается)

где г и г0— радиусы цилиндра и поршня; А — зазор между цилиндром и поршнем.

Подставляя значение Т в формулу (106), получим

_ .

Рs + лг0Д ’

следовательно, площадь поршня, воспринимающая давление (эффективная или рабочая площадь), больше физической пло­ щади на величину, равную половине площади кольцевого зазора.

136

Величину зазора с достаточной точностью можно определить по величине скорости опускания погруженого поршня в цилиндре (рис. 86). Эта скорость равна

Л*

v = р бЦГq/q см/с,

где р — давление на поршень в Н/м2; [т — динамическая вязкость масла в Н с/м2; г0— радиус поршня в см; /0 — длина поршня в см;

Д — зазор между поршнем и цилиндром в см. Отсюда зазор

д __ 3/ 6t>pr0/„

—СМ.

§39» Виды грузопоршневых манометров

грузов. Верхняя часть колонки снабжена воронкой для сбора масла, просачивающегося через зазор между поршнем и цилинд­ ром.

В станине высверлен горизонтальный канал, в расширенной части которого движется посредством винтового штока поршень 7, уплотненный манжетами. Канал в станине соединяется с каналом колонки и каналами двух бобышек, предназначенных для укреп­ ления поверяемых манометров. Кроме того, с каналом станины соединен канал воронки 8, которая служит для заполнения системы маслом.

Каналы снабжены игольчатыми вентилями 9— 12 для от­ соединения их от канала станины. Назначение вентиля 13 — спуск масла из прибора. Максимальное давление, создаваемое грузами, 4,90 МН/м2 (50 кгс/см2). Для поверки манометров на большее давление пользуются поршневым прессом, отсоединив от прибора поршневую колонку 1 вентилем 10. В качестве при­ бора сравнения применяют образцовый пружинный манометр, присоединяя его к одной из бобышек 4, а поверяемый прибор —■ к другой бобышке.

Для измерения высоких давлений (до 980 МН/м2) применя­ ются грузопоршневые манометры с гидравлическим мультиплика­ тором (системы Жоховского), схема которого показана на рис. 88.

Такой манометр состоит из грузопоршневого манометра с пре­ делом измерения 4,9 МН/м2 (50 кгс/см2) и двухпоршневого гидра-

137

Рис. 87. Схема образцового поршневого манометра:

1 — колонка; 2 — поршень; 3 и 8 — воронки; 4 — бобышки; 5 — канал; 6 — тарелка; 7 — поршень; 9 — 13 — вентили

Рис. 88. Поршневой манометр с гидравлическим мультипликатором:

/ — трубка; 2 — корпус мультипликатора; 3 и 7 — цилиндры; 4 — поршень высокого давления; 5 — шкив; 6 — поршень низкого давления; 8 — колонка поршневого мано­ метра

влического мультипликатора. Колонка 8 поршневого манометра установлена в верхней части корпуса 2 мультипликатора. Послед­ ний имеет цилиндр низкого давления 7 и цилиндр высокого давле­ ния 3. Эти цилиндры различных диаметров. Шток поршня 6 низкого давления опирается на головку поршня 4 высокого давления. Пространство цилиндра 7 над поршнем 6 и соеди­ ненный с ним канал колонки 8 поршневого манометра заполнены маслом. Цилиндр 3 находится в полости корпуса и также запол­ нен маслом. Поршни 4 я 6, расположенные соосно и соединенные муфтой, во время работы приводятся во вращение электродви­ гателем, соединенным со шкивом 5.

Трубка 1 соединяет полость корпуса с прессом высокого давления (на схеме не показан), к которому присоединяется поверяемый пружинный манометр. Жидкость, нагнетаемая прес­ сом высокого давления в полость корпуса, поднимает поршень 4, и его головка отходит <?т опорной поверхности торца цилиндра высокого давления. При этом жидкость в полости корпуса под поршнем высокого давления в трубке 1 и сообщающихся с ней каналах пресса будет находиться под давлением

р = kp1 + р о,

где

уравновешивания с каким-либо поршневым манометром с извест­ ной эффективной площадью поршня или по результатам измере­ ния диаметров поршней и их взвешивания.

Глава X I I

Пружинные приборы

Пружинные манометры, вакуумметры, мановакуумметры, тяго­ меры, напоромеры, дифференциальные манометры и барометры составляют обширную группу приборов для технических изме­ рений.

139