книги / Теплотехнические измерения и приборы

давления был не менее 3/4 верхнего предела измерения при постоян­ ном давлении и не менее 2/3 верхнего предела измерения при пере­ менном давлении (ГОСТ 2405-63).

10-4. Электроконтактные приборы и реле давления

Электроконтактные приборы и реле давления применяют при автоматизации технологических процессов в схемах сигнализации, устройствах тепловой защиты агрегатов и ряде других устройств. Электроконтактные приборы выпускают обычно с показывающим отсчетным устройством, поэтому они могут быть использованы одновременно для целей измерения и сигнализации избыточного или вакуумметрического давления. Реле (или сигнализаторы)'давления для целей измерения не могут быть использованы, так как они не имеют отсчетиых устройств.

Рис. 10-4-1. Электроконтактный манометр типа ЭКМ.

а — схема прибора; 6 — внешний вид манометра.

Электроконтактные приборы. Приборы этого типа изготовляют в виде мано­ метров, мановакуумметров и вакуумметров. На рис. 10-4-1 показаны принципи­ альная схема и внешний вид электроконтактного манометра типа ЭКМ. В этом приборе в качестве упругого чувствительного элемента используется одновитковая трубчатая пружина. По своему устройству прибор типа ЭКМ отличается от рас­ смотренного выше манометра (рис. 10-3-4) лишь наличием специальных электро­ контактов 1 — dé Установка электроконтактов 1 и 2 может быть произведена на любые отметки рабочей части шкалы манометра вращением винта в головке 5, находящейся на наружной стороне стекла (рис. 10-4-1,6).

Если измеряемое давление среды в объекте уменьшится и достигнет того минимального значения шкалы, на которое установлен контакт /, стрелка 4 с помощью контакта 3 замкнет цепь и включит лампу Л3 определенного цвета, например зеленого. Если же давление среды увеличится до верхнего заданного значения, то стрелка с помощью контакта 3 замкнет контакт 2, а следовательно, и цепь красной лампы Л к.

Устройство электроконтактных мановакуумметров и вакуумметров ничем не отличается от рассмотренного манометра. Электроконтактные манометры ЭКМ выпускают с верхними пределами измерения от 1 до 1600 кгс/см2 (0,1—160 МПа). Мановакуумметры типа ЭКМ изготовляют с верхним пределом измерения вакуумметрического давления до 1 кгс/сма (0,1 МПа), а избыточного давления— от 1 до 25 кгс/см3 (0,1—2,6 МПа), Электроконтактные вакуумметры выпускают

с верхним пределом измерения до 1 кгс/см3 (0,1 МПа). Разрывная мощность кон­ тактов 10 В • А при максимальном токе 1 А. Приборы типа ЭКМ выпускаются класса точности 2,5. Имеются модификации электроконтактных манометров,

мановакуумметров и вакуумметров типа ВЭ-16РБ взрывобезопасного исполнения на те же верхние пре­ делы измерения.

Реле давления сигнальное типа РДС. На рис. 10-4-2 схематично по­ казано устройство реле давления типа РДС. В этом реле в качестве упругого чувствительного элемента используются две одновитковые трубчатые пружины б, впаянные в общий держатель 1 и работающие одновременно от одного штуцера. Перемещение свободных концов этих пружин посредством тяги 2 и рычага 3 передается контактному устройст­ ву, состоящему из двух ртутных пе­ реключателей (нормально замкну-

Рис. 10*4-2. Реле давления типа РДС.

того 5 и нормального разомкнутого 4). Регулировка настройки срабатывания по давлению осуществляется с помощью тяги и винта.

Диапазон настройки срабатывания по давлению от 5 до 25 кгс/см2 (0,5—2,5МПа) с погрешностью ±0,25 кгс/см3 (0,025 МПа). Разрывная мощность контактов 300 В • А.

10-5. Приборы давления с электрическими и пневматическими преобразователями

Приборы давления с электрическими и пневматическими преоб­ разователями, или так называемые первичные приборы давления, получили широкое применение в различных отраслях промышлен­ ности для дистанционного измерения избыточного, вакуумметрического и абсолютного давления газа и жидкости, не агрессивных по отношению к сплавам на медной основе и углеродистым сталям.

Первичные приборы давления применяются в комплекте с вто­ ричными приборами и автоматическими регуляторами, а приборы с унифицированным выходным сигналом постоянного тока исполь­ зуются также и с информационно-вычислительными машинами при создании АСУ ТП. Ниже рассмотрим приборы давления с электри­ ческим и пневматическим выходными сигналами, широко приме­ няемые в энергетике и других отраслях промышленности. Эти при­ боры относятся к группе унифицированной системы электрических и пневматических взаимозаменяемых приборов ГСП.

Первичные приборы типа МЭД. Эти приборы, выпускаемые заво­ дом «Манометр», предназначены для измерения и непрерывного преобразования избыточного или вакуумметрического давления в унифицированный выходной сигнал переменного тока. Эти при­

боры (показывающие) изготовляются с отсчетными устройствами и без них в следующих модификациях: манометры с верхними пределами измерения избыточного давления от 1 до 1600 кгс/см2 (от 0,1 до 160 МПа); вакуумметры с верхним пределом измерения вакуумметрического давления 1 кгс/см2 (0,1 МПа); мановакуумметры с верхними пределами измерения вакуумметрического дав­ ления до 1 кгс/см2 (до 0,1 МПа) и избыточного — от 0,6 до 24 кгс/см2 (от 0,06 до 2,4 МПа).

В приборах МЭД применяется унифицированный взаимозаменяе­ мый передающий дифференциально-трансформаторный преобразо­ ватель с нормированной взаимной индуктивностью между первич­

торой, связанный с сердечником 2 дифференциально-трансформа­ торного преобразователя 3, перемещается пропорционально изме­ ряемому давлению среды.

Изменение положения сердечника дифференциально-трансфор­ маторного преобразователя вызывает изменение взаимной индук­ тивности между его обмотками, а следовательно, и электрических параметров (напряжения и фазы) сигнала на выходе прибора.

В приборах типа МЭД с отсчетными устройствами (показываю­ щих) свободный конец трубчатой пружины, кроме того, соединен с помощью секторного передаточного механизма с показывающей стрелкой. Подвод измеряемого давления к прибору МЭД осуществ­ ляется через резьбовой штуцер держателя 4. Для подключения к линии связи вторичного прибора применяют четырехштырьковый штепсельный разъем, который на рис. 10-5-1 не показан.

Приборы давления МЭД работают в комплекте с взаимозаменяе­ мыми вторичными приборами дифференциально-трансформаторной системы КПД1, КВД1, КСД1, КСД2 и КСДЗ с нормированным входным параметром 0—10 мГ. Следует отметить, что взаимозаме­ няемость'приборов обеспечивает возможность работы одного вто-

ричного прибора (например, КПД1 или КВД1) с несколькими пер­ вичными приборами МЭД. В этом случае периодическое подключе­ ние приборов МЭД к вторичному прибору осуществляется с по­ мощью переключателя.

Приборы давления с преобразователями, основанными на прин­ ципе компенсации магнитных потоков. Приборы давления, снаб­ женные преобразователями с магнитной компенсацией, разработаны НИИТеплоприбором совместно, с ВТИ и предназначены для изме­ рения давления газа или жидкости [56]. Эти приборы, выпускаемые казанским заводом «Теплоконтроль» [58], изготовляются без отсчетных устройств в виде следующих первичных измерительных устройств: манометров абсолютного давления мембранных (МАДМЭ)

ройство манометра мембранного электрического типа ММЭ в упрощенном виде. Манометр состоит из чувствительного элемента 1, выполненного в виде мембранной коробки, передающего линейного преобразователя с магнитной компенсацией 2 и полупроводникового усилителя 3 типа УП-МК. На крышке 7 корпуса измерительного блока жестко укреплена раз­ делительная трубка 4 из немагнитной нержавеющей стали. Внутри разделительной трубки находится магнитный плунжер 5, который жестко связан с центром дна мембранной коробки. В приборе пре­ дусмотрена возможность перемещения преобразователя относительно магнитного сердечника, что позволяет производить первоначаль­ ную настройку нулевого значения выходного сигнала манометра. При эксплуатации манометра регулировка нулевого значения вы­ ходного сигнала производится с помощью корректора нуля 6. Подвод измеряемого давления осуществляется через штуцер 8 внутрь корпуса измерительного блока. Штуцер выполняют с резь­ бой и снабжают гайкой и ниппелем.

Измеряемое давление среды преобразовывается мембранной ко­ робкой в пропорциональное перемещение магнитного плунжера,

который создает магнитный управляющий поток и вызывает изме­ нение намагниченности сердечников преобразователя. При этом возникает сигнал рассогласования в виде напряжения, который управляет выходным сигналом усилителя. Выходной сигнал по­ стоянного тока с выхода усилителя поступает в линию дистанцион­ ной передачи и одновременно в обмотку обратной связи преобразо­ вателя, которая создает магнитный поток, компенсирующий воз­

Конструктивно он выполнен аналогично с манометром ММЭ. В ка­ честве чувствительного элемента используется специальной конст­ рукции мембранная коробка.

Манометр пружинный электрический типа МПЭ показан в упро­ щенном виде на рис. 10-5-3. Принцип его действия не отличается от описанных выше приборов (ММЭ).

Манометры типа МПЭ выпускаются класса точности 1; другие технические характеристики аналогичны приведенным для при­ бора ММЭ.

Первичные приборы давления ММЭ, МАДМЭ и МПЭ могут рабо­ тать в комплекте с миллиамперметрами, выполненными на базе авто­ матических показывающих или показывающих и самопишущих по­ тенциометров (гл. 4), а также с другими типами миллиамперметров. Кроме того, эти приборы могут быть использованы для работы с ав­ томатическими регуляторами и информационно-вычислительными машинами.

Приборы давления электрические с силовой компенсацией. При­ боры давления электрические с силовой компенсацией, разрабо­ танные ИИИтеплоприбором при участии завода «Манометр», по-

строены по блочному принципу с использованием унифицирован­ ного электросилового преобразователя, полупроводникового уси­ лителя УП-20 и измерительных блоков с различными по назначе­ нию упругими чувствительными элементами.

Рассматриваемые приборы давления без отсчетных устройств с унифицированным выходным сигналом постоянного тока 0—5 или О—20 мА изготавливаются заводом «Манометр» в виде следующих модификаций: тягомеров сильфонных (ТС-Э) с верхними пределами измерения вакуумметрического давления газа от 40 до 4000 кгс/м2 (от 0,4 до 40 кПа); напоромеров сильфонных (НС-Э) с верхними пределами измерения избыточного давления газа от 40 до 4000 кгс/м2 (от 0,4 до 40 кПа); тягонапоромеров сильфонных (ТНС-Э) с верхним пределом измерения избыточного и вакуумметрического давления газа от ±20 до ±2000 кгс/см2 (от ±0,2 до ±20 кПа); вакуумметров сильфонных (ВС-Э) с верхним пределом измерения вакуумметриче­ ского давления газа от 0,25 до 1 кгс/см2 (от 25 до 100 кПа); мановакуумметров сильфонных (МВС-Э) с диапазонами измерения избы­ точного и вакуумметрического давления газа от —1 -s- 0,6 до

—1 -s- 24 кгс/см2 (от—0,1 -s- 0,06 до—0,1 -f- 2,4 МПа); манометров абсолютного давления сильфонных (МАС-Э) с верхними пределами измерения абсолютного давления газа от 0,06 до 25 кгс/см2 (от 0,006 до 2,5 МПа); манометров сильфонных (МС-Э) с верхним пределом измерения избыточного давления газа от 0,25 до 25 кгс/см2 (от 0,025 до 2,5 МПа); манометров пружинных (МП-Э) с верхним пре­ делом измерения избыточного давления газа и жидкости от 25 до 1000 кгс/м2 (от 2,5 до 100 МПа); манометров пружинных сверхвы­ сокого давления (МСв-Э) с верхним пределом измерения избыточ­ ного давления газа и жидкости от 1000 до 10 000 кгс/см2 (от 100 до 1000 МПа). В манометрах типа МП-Э используются трубчатые пру­ жины, показанные на рис. 10-2-9, а в приборах типа МСв-Э приме­ няется прямолинейная трубчатая пружина с эксцентричным кана­ лом (см. рис. 10-2-13). Все эти приборы давления выпускаются клас­ сов точности 0,6; 1 и 1,5, кроме манометров типа МАС-Э, имеющих классы точности 0,6; 1; 1,5 и 2,5 в зависимости от диапазона изме­ рения.

Кроме перечисленных приборов давления электрических с си­ ловой компенсацией завод «Манометр» выпускает манометры узко­ предельные сильфонные с верхним пределом измерения избыточ­ ного давления газа и жидкости от 2,5 до 600 кгс/см2 (от 0,25 до 60 МПа). Эти манометры выпускаются классов точности 0,25; 0,4; 0,6 и 1 в зависимости от диапазона измерения.

На рис. 10-5-4 приведена схема устройства напоромера силь­ фонного типа НС-Э, где 1 — сильфон измерительного блока; 2 — электросиловой линейный преобразователь, работающий в ком­ плекте с полупроводниковым усилителем УП-20. Принцип работы электросилового преобразователя и схема усилителя описаны выше (гл. 8). Обозначения отдельных элементов и узлов электросилового преобразователя соответствуют принятым на рис. 8-8-1. Изме­

рительный блок манометра сильфонного МС-Э выполнен анало­ гично.

В тягомерах или вакуумметрах рычаг сильфона в измеритель­ ном блоке соединяется с верхним плечом Т-образного рычага 3. В этом случае момент М, возникающий на Т-образном рычаге при измерении вакуумметрического давления, будет иметь то же напра­ вление, что и в манометрах или напоромерах, выполненных по схеме рис. 10-5-4. В этих приборах в зависимости от верхнего пре­ дела измерения избыточного или вакуумметрического давления применяются сильфоны с различными эффективными площадями.

Рис. 10-5-4. Схема устройства сильфонного напоромера НС-Э.

Схема устройства манометра пружинного с силовой компенса­ цией МП-Э показана на рис.. 10-5-5. Здесь неподвижный конец трубчатой пружины 1 закреплен в держателе, а подвижный — в рычаге, связанном через тягу с Т-образным рычагом 3 электро­ силового линейного преобразователя 2. Назначение остальных элементов и узлов рассмотрено при описании схемы преобразова­ теля (см. рис. 8-8-1).

Приборы давления пневматические с силовой компенсацией. Приборы давления пневматические с пневматическим выходным сигналом 0,2—1 кгс/см2 (0,02—0,1 МПа), созданные НИИтеплоприбором при участии завода «Манометр», построены по блочному принципу с использованием унифицированного пневмосилового преобразователя, пневматического усилителя мощности и измери­ тельных блоков с различными по назначению упругими чувстви­ тельными элементами.

Приборы давления пневматические, выпускаемые заводом «Ма­ нометр», изготовляются без отсчетных устройств в виде следующих первичных измерительных устройств: тягомеров сильфонных ТС-П;

напоромеров сильфонных НС-П; тягонапоромеров сильфонных ТКС-П; вакуумметров сильфонных ВС-П; мановакуумметров силь­ фонных МВС-П; манометров абсолютного давления сильфонных МАС-П; манометров сильфонных МС-П; манометров пружинных МП-П; манометров пружинных сверхвысокого давления МСв-П. Все эти приборы выпускаются на те же верхние пределы измерения (или диапазоны измерения) и тех же классов точности, что и соот­ ветствующие им по назначению приборы с электросиловой компен­ сацией.

Кроме перечисленных пневматических приборов завод «Мано­ метр» выпускает манометры пневматические сильфонные узкопре­ дельные на те же верхние пределы измерения давления газа и жид-

Рис. 10-5-5. Схема устройства пружинного манометра МП-Э.

кости и тех же классов точности, что и узкопредельные манометры сильфонные с электросиловой компенсацией.

На рис. 10-5-6 приведена схема устройства тягомера типа ТС-П, где 1 — сильфон измерительного блока, а 6 — пневмосиловой пре­ образователь. Принцип работы пневмосилового преобразователя и пневматического усилителя мощности (см. рис. 8-10-2) описан выше (гл. 8). Обозначения отдельных элементов и узлов пневмосилового преобразователя соответствуют принятым на рис. 8-10-1.

На рис. 10-5-7 показана схема устройства манометра абсолют­ ного давления типа МАС-П. Измерительный блок 1 у этого прибора имеет два одинаковых сильфона с эффективной площадью 0,4 или 2 см2 в зависимости от диапазона измерения абсолютного давления. Сильфон 14 вакууммирован и заварен, а в сильфон 13 подается изме­ ряемое давление. Расстояния сильфонов от опоры рычага 3 при­

Г Л А В А О Д И Н Н А Д Ц А Т А Я

ПРИБОРЫ ДАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ

Общие сведения. Электрические приборы, применяемые в тех­ нике для измерения давления различных сред, используются глав­ ным образом для исследовательских целей. В основу действия этих приборов положены различные физические явления, например возникновение электростатических зарядов при деформации некото­ рых кристаллов в определенном направлении, изменение электри­ ческого сопротивления проводников при воздействии измеряемого давления, изменение индуктивности или электрической емкости и т. д. Следует отметить, что емкостные приборы давления имеют весьма ограниченное применение вследствие малой чувствитель­ ности и зависимости характеристик от температуры.

11-1. Пьезоэлектрические манометры

Действие манометров этого типа основано на использовании пьезоэлектрического эффекта, наблюдаемого у ряда кристаллов (кварца, турмалина, титаната бария, сегнетовой соли и др.). Пье­ зоэлектрические манометры, использующие в качестве первичного преобразователя кварц (двуокись кремния Si02), нашли наиболь­

ребра (их три со сдвигом в 120°); механическую (или нейтральную), которая расположена нормально к граням кристалла (их также три).

Если из кристалла кварца вырезать прямоугольную пластину (рис. 11-1-1, б) с гранями, параллельными осям (срез Кюри), и подвергнуть ее сжатию (или растяжению) вдоль электрической оси, то на гранях, перпендикулярных этой оси, появятся электро­ статические заряды, равные по значению и противоположные по знаку. При переходе от сжатия к растяжению и обратно знаки