книги / Теплотехнические измерения и приборы

ностью между первичной и вторичной цепями дифтрансформатора 10—0—10 Мг, дифманометры колокольные выпускаются также и с ферродинамическими преобразователями (гл. 8), например типа ДКОФМ 117].

12-3. Дифманометры кольцевые

Дифманометры кольцевые применяют в промышленности для измерения расхода газа по перепаду давления в сужающем устрой­ стве* Дифманометры этого типа используются также для измерения малого вакуумметрического и избыточного давления газа.

Схема дифманометра кольцевого показана на рис. 12-3-1. Дифманометр представляет собой замкнутое полое кольцо, разделенное

Рис. 12-3-1. Схема дифманометра кольцевого.

вверху непроницаемой перегородкой, а в нижней своей части на угол, равный а, заполненное разделительной жидкостью (водой или транс­ форматорным маслом). Кольцо может поворачиваться на некоторый угол ср (обычно 40—50° С) около оси, перпендикулярной плоскости окружности. Осью кольца является опорная призма (одна или две), расположенная в центре кольца и опирающаяся на стальную подуш­ ку (одну или две), заделанную в кронштейне, который на схеме не показан. К нижней части кольца прикреплен груз G, который соз­ дает противодействующий момент* и определяет максимальное зна­ чение угла поворота кольца при заданном верхнем пределе измере­ ния разности давлений.

Давления рх и р2 к обеим полостям кольца, образованным пере­ городкой и разделительной жидкостью, подводятся посредством гибких резиновых трубок. Противодействующий момент, создавае­ мый резиновыми трубками, мал и не оказывает существенного влия­ ния на угол поворота кольца. Подвижная система дифманометра до заполнения кольца разделительной жидкостью и снятом грузе G балансируется с помощью специальных грузов так, чтобы центр тяжести подвижной системы совпадал с осью вращения. На схеме

и плотности среды, находящейся над ней, и температурный коэффи­ циент кольцевого днфманометра с замкнутым кольцом практически равен нулю.

Однако плотность разделительной жидкости при заданных раз­ мерах кольца определяет верхний предел измерения разности давле­ ний, которая может быть измерена данным дифманометром. Увели­ чить этот верхний предел измерения разности давлений при данной

рень квадратный из перепада, т. е. величину, прямо пропорцио­ нальную расходу (гл. 14). В этом случае шкала прибора, градуиро­ ванная в единицах расхода, получается равномерной.

Дифманометры кольцевые изготовляются с отсчетиыми устрой­ ствами или без них и снабжаются одним или двумя передающими ферродинамическими преобразователями. Эти дифманометры могут быть использованы для работы в комплекте с одним или двумя вто­ ричными ферродинамическими приборами (гл. 8).

Дифманометры ДК-Ф с кольцом, изготовленным из стали, и с ре­ зиновыми подводящими трубками рассчитаны на предельно допус­ каемое рабочее избыточное давление не более 0,25 кгс/см2 (0,025 МПа).

Кольцевые дифманометры-расходомеры ДК-Ф выпускаются на предельные номинальные перепады давления 40,63, 100 и 160 кгс/м2 (400, 630, 1000 и 1600 Па). Дифманометры ДК-Ф выпускаются также

вкачестве тягомеров, напоромеров и тягонапоромеров. Тягомеры

ииапоромеры имеют те же верхние пределы измерения, что и диф-

манометры-расходомеры ДК-Ф. Тягонапоромеры выпускаются с верхними пределами измерения избыточного и вакуумметрического давлений ± 2 0 кгс/м2 (±200 Па).

12-4. Дифманометры поплавковые

Дифманометры поплавковые изготовляют по типу жидкостных чашечных приборов, рассмотренных выше. Сосуды поплавковых дифманометров располагают обычно U-образио. У дифманометров этого типа измеряемый перепад давления уравновешивается давле­ нием столба рабочей жидкости (ртути или трансформаторного мас­ ла), залитой в прибор. Измерение высоты этого столба осуществ­

измерения: расхода жидкости, газа и пара по перепаду давления в су­ жающем устройстве; перепада давления жидкости и газообразных сред; уровня жидкости, находящейся под атмосферным, вакуумметрическим или избыточным давлением.

Рассмотрим принципиальную схему дифманометра поплавко­ вого с цилиндрическими сосудами, расположенными U-образно (рис. 12-4-1). Здесь большее давление рх подается в широкий (плю­ совый) сосуд, а меньшее р2 действует на поверхность рабочей жид­ кости другого сосуда, называемого минусовым или сменным. Для получения необходимой перестановочной силы диаметр поплавка должен иметь достаточные размеры. Диаметр поплавка в свою оче­ редь определяет оптимальные размеры площади поперечного сечения сосуда, в котором он находится. Размеры минусового сосуда (диа­ метр и высота) обычно выбираются в зависимости от измеряемого перепада давления.

Таким образом, изменяя у поплавковых дифманометров этого типа только размеры минусового сосуда, представляется возмож­ ность менять верхние пределы измерений в широком интервале от 0,063 до 1,0 кгс/см2 (от 0,0063 до 0,10 МПа), что является большим достоинством поплавковых дифманометров с сосудами, располо­ женными U-образно.

Если рв ^ Ô,ÔÛl рр, to плотностью рв можно пренебречь вслед­ ствие ее малости.

Решая совместно уравнения (12-4-1) и (12-4-5) относительно h u получаем формулу, позволяющую приближенно определить высоту сменного сосуда, в следующем виде:

= = (12-4-10)

Уравнениями (12-4-8) и (12-4-10) обычно пользуются для расчета сменного (минусового) сосуда поплавковых дифманометров, выпол­ няемых по схеме, показанной на рис. 12-4-1.

Далее уточним, в каких случаях при применении поплавкового дифманометра наибольший измеряемый им перепаддавления А р можно принять равным предель­ ному номинальному перепаду давления А р п дифманометра.

Предельный номинальный перепад давления поплавкового дифманометра согласно выражению (12-4-3) равен:

где Л„ — предельная номинальная разность уровней рабочей жидкости в сосудах дифманометра, м; g — местное ускорение свободного падения, м/с2; 0,102—мно­ житель для перевода значения перепада давления, выраженного в Па, в значение, выраженное в кгс/м2.

При работе поплавкового дифманометра наибольший измеряемый перепад

где р' и р' — плотность соответственно рабочей жидкости и среды над ней при

температуре 20°С и давлении pt.

Подставляя в (12-4-13) Ан (12-4-12), после несложных преобразований в общем

При градуировке и поверке дифманометров «минусовая» камера сообщается с атмосферой, а перепад давления создается путем подачи воздуха поддавлением, равным A p llt в «плюсовую» камеру. Поэтому для поплавковых дифманометров плотностью воздуха рв можно пренебречь, так как р а <^-рр, и формула (12-4-14) примет вид:

Для дифманометров поплавковых с ртутными масляным заполнением можно пренебречь сжимаемостью ртути и масла (р' = рр) и уравнение (12-4-15) написать

Этойформулой можно пользоватьсядля вычисления наибольшего измеряемого перепада давления А р по предельному номинальному перепаду давления А р а дифманометров поплавковых, заполненных ртутью, над которой находится ве­

щество (кроме воды) плотностью р' > 14 кг/м3,илимаслом, надкоторым находится газ плотностью р' > 0,9 кг/м3.

Как показывают расчеты, при применении поплавковых дифманометров, заполненных ртутыо, над которой находится вода, сжимаемость воды можно не учитывать, если одновременно не учитывать сжимаемость ртути. В этом случае

где рв и рр — плотность соответственно воды и ртути при атмосферном давлении и температуре 20°С.

При применении (12-4-17) погрешность при вычислении наибольшего изме­ ряемого перепада давления à p за счет влияния сжимаемости ртути и воды при давлениях до 400 кгс/см3 (40 МПа) не превышает 0,03%.

Если дифманометр заполнен ртутыо, над которой находится газ плотностью

Если предельный номинальный перепад давления Др„ выражен в кгс/см2, то в формулах (12-4-16) — (12-4-18) следует подставлять значение Др„ • 104.

Полученные формулы для определения Др не могут быть использованы, если поплавковые дифманометры применяют с разделительными сосудами, не удовлет­ воряющими указанным в гл. 14 требованиям.

Рассмотрим некоторые типы поплавковых дифманометров. На рис. 12-4-2 показана схема устройства самопишущего поплавкового дифмаиометра-расходомера с ртутным заполнением типа ДП-710Р. Прибор состоит из поплавкового плюсового 4 и сменного минусового 12 сосудов, соединенных U-образно. Меняя сменный сосуд, можно изменять предельные номинальные перепады давления Арп для данного типа прибора в пределах следующих значений: 630; 1000; 1600; 2500 кге/м* (6300; 10 000; 16 000; 25 000 Па) и 0,40; 0,63; 1,00 кгс/см2 (0,040; 0,063; 0,100 МПа). Если этим предельным номи­ нальным перепадам давления присвоить семь порядковых номеров, то номер перепада давления будет соответствовать номеру сменного

сосуда. Диаметр плюсового сосуда этих дифманометров равен 78,0 мм, а высота полного хода поплавка — 35,25 мм.

В рассматриваемом приборе движение поплавка 3 передается рычажно-секторному механизму 5 и 7, преобразующему линейное перемещение поплавка в угловое перемещение шестерни 6. Связь этого механизма, находящегося в сосуде 4 под рабочим давлением, с отсчетным устройством, расположенным в корпусе прибора 1 под атмосферным давлением, осуществляется с помощью шестерни 6 магнитной муфты (рис. 12-4-2, б).

Магнитная муфта состоит из ведущего магнитопровода П-образ- ной формы 13, ведомого ромбовидного постоянного магнита 14 и разделяющего их стакана 17, выполненного из немагнитного мате­ риала. Магиитопровод 13 имеет общую ось с шестерней 6, находя­ щейся в зацеплении с сектором 7, сидящем на оси 11. Ось 11 явля­

мого ромбового магнита, жестко насажено лекало 16, профиль кото­ рого рассчитан по квадратичной зависимости.

На рис. 12-4-2, в показан самопишущий механизм прибора, предназначенного для измерения расхода вещества. По профилю лекала 16, насаженного на оси 15 магнитной муфты, скользит щуп 18, на оси которого жестко насажено перо 19 для непрерывной запи­ си показаний прибора на дисковой диаграммной бумаге. Привод диаграммы осуществляется от синхронного двигателя, а у некото­ рых модификаций приборов — от часового механизма. На оси щупа может быть закреплен кривошип, который соединяют с рычагом интегратора. Этот кривошип используется также для передачи угла

прибора при одностороннем плюсовом давлении. Прибор включается в работу с помощью вентилей 8 и 10, которые имеют устройство для продувки соединительных линий. Для выравнивания давления в сосудах при пуске прибора или поверке его на нуль служит урав­ нительный вентиль 9.

Дифманометры, предназначенные для измерения разности давле­ ний и уровня жидкости, лекалом не снабжаются. У этих приборов на ось 15 магнитной муфты насаживается шестерня, которая с помо­ щью сектора и четырехзвенника сочленяется с держателем (мости­ ком) пера.

Некоторые модификации дифманометров поплавковых могут быть снабжены сигнальным устройством, интегратором или пнев­ матическим преобразователем с унифицированным пневматическим выходным сигналом.

Рассмотренный дифманометр типа ДП-710Р рассчитан на предель­ ное допускаемое рабочее избыточное давление 250 кгс/см2 (25 МПа). Дифманометры-расходомеры, применяемые для измерения расхода

жидкостей, газов и пара по перепаду давления в сужающем устрой­ стве, имеют класс точности 1, а дифмаиометры-перепадомеры и уров­ немеры— 1 и 1,5.

Далее в качестве примера рассмотрим дифмаиометр поплавковый

Эти дифманометры имеют класс точности 1.

Если дифмаиометр отградуирован вместе с вторичным прибором, то комплекту присваивается класс точности 1,5. Дифманометры ДПЭМ рассчитаны на предельно допускаемое рабочее избыточное давление 2,5 кгс/см2. Они применяются для измерения расхода газа по пе­ репаду давления в сужающем устройстве, разности давлений, раз­ режения (тяги) и небольшого избыточного давления (напора).

Дифманометры ДПЭМ могут работать в комплекте с одним вто­ ричным прибором дифференциально-трансформаторной системы.

12-5. Дифманометры с упругими чувствительными элементами

Общие сведения, Рассмотренные выше дифманометры несмотря на их существенные достоинства (длительный срок службы и др.) и широкое применение в промышленности обладают рядом недостат­ ков, обусловленных главным образом наличием в этих приборах рабочей жидкости. К числу основных недостатков указанных прибо­ ров следует отнести: большое запаздывание показаний, малые рабо-

чие частоты; возможность потери части рабочей жидкости, напри­ мер, из-за односторонней перегрузки; непригодность таких прибо­ ров для нестационарных установок, например судовых. Следует также отметить, что для дифманометров с ртутным заполнением к указанным выше недостаткам добавляются еще вредность ртути

тельной жидкости и особенно ртути. Первыми такими приборами в 40-х годах были предложены дифманометры с упругими чув­ ствительными элементами и, в частности, сильфонные, но широ­ кого распространения они не получили. Дальнейшие работы в этой области позволили создать более совершенные дифманометры с упру­ гими чувствительными элементами, которые получили большое рас­ пространение. Следует также отметить, что за последние годы раз­ работан и освоен приборостроительной промышленностью ряд новых конструкций дифманометров с упругими чувствительными элементами.

Вкачестве упругих чувствительных элементов в выпускаемых

внастоящее время и широко используемых в промышленности дифманометрах применяют мембранные блоки, вялые (неметаллические)

мембраны с жестким центром, сильфоны и сильфонные блоки (гл. 10).

Ниже рассмотрим наиболее характерные типы дифманометров с упругими чувствительными элементами, широко применяемые

вэнергетике и других отраслях промышленности. Дифманометры мембранные типа ДМ. Дифманометры типа ДМ,

выпускаемые Московским приборостроительным заводом «Мано­ метр» и Ивано-Франковским приборостроительным заводом, снаб­ жены унифицированным линейным дифференциально-трансформа­ торным преобразователем, не имеют отсчетных устройств и приме­ няются в комплекте с одним вторичным прибором дифференциально­ трансформаторной системы КПД1, КВД1, КСД1, КСД2 или КСДЗ.

На рис. 12-5-1 показана в упрощенном виде схема устройства дифманометра типа ДМ. Чувствительным элементом прибора являет­ ся мембранный блок (рис. 10-2-4, в), состоящий из двух мембранных коробок Уи с?, закрепленных с обеих сторон в основании 2. Основа­ ние с верхней и нижней крышками корпуса прибора образует две камеры: нижнюю — «плюсовую» и верхнюю— «минусовую». Внут­ ренние полости мембранных коробок, заполненные дистиллирован­ ной водой, сообщаются через отверстие в перегородке.

С центром мембраны верхней коробки с помощью немагнитного штока жестко связан сердечник 4 дифференциально-трансформатор­ ного преобразователя 5. Сердечник находится внутри разделитель­ ной трубки 6, изготовленной из немагнитной нержавеющей стали.

В дифманометре предусмотрено устройство, которое позволяет перемещать преобразователь вдоль разделительной трубки для пер­