Muratov_V_G_Metrologia_tekhnol_izmer_i_pribor

механічно зв’язаний з відповідним вбудованим проміжним вимірювальним перетворювачем переміщення.

Усі прилади тиску можна розділити на ЗВТ із пружними чутливими елементами й рідинні ЗВТ з видимим рівнем.

8.1. Рідинні прилади тиску з видимим рівнем

Найпоширеніші U-подібні манометри й дифманометри (рис. 8.1), що представляють собою зігнуту скляну трубку, заповнену залежно від діапазону вимірювання підфарбованим спиртом, водою або ртуттю. В одну з гілок трубки подають вимірюваний тиск Р1, іншу залишають відкритою щодо атмосфери. При вимірюванні різниці тисків у другу гілку подають тиск Р2. При рівності тисків Р1 і Р2 рівні рідини в обох гілках трубки перебувають на одному рівні — нуля шкали приладу. Коли Р1 стає більшим за Р2, рідина з однієї гілки витісняється в іншу. Відлік показань здійснюють за відомою формулою:

де ρ — густина рідини, що заповнює; g — прискорення вільного падіння; h1, h2 — рівні рідини в правій і лівій гілках.

U-подібні прилади тиску виготовляють із трубок внутрішнього діаметра не менш 10 мм, тому що зниження діаметра приводить до росту похибки вимірювання. Це пояснюється впливом поверхневого натягу, що спричиняє меніск на поверхні рідини, висота якого збільшується із зменшенням діаметру трубки. Максимальна розв’язна здатність таких приладів становить 1 мм водяного або ртутного стовпа.

Для збільшення точності використовують чашкові мікроманометри (рис. 8.2), що є різновидом U-подібних і часто застосовуються не лише як технічні, але і як зразкові ЗВТ.

Вимірюваний тиск подають у чашку 1, заповнену рідиною (спиртом, водою або ртуттю) і встановлену на станині 2. Тут же за допомогою планки 3 затискачем кріпиться поворотна скляна трубка 4 з поділками нанесеної на неї шкали. Чашка з’єднана із трубкою гнучким шлангом 5. Трубку 4 установлюють в одному з фіксованих положень, кожному з яких відповідає певний кут нахилу трубки й, відповідно, коефіцієнт К, що входить у формулу відліку показань:

де L — показання шкали похилої трубки. Чим менше кут нахилу трубки до горизонту, тем вища чутливість ЗВТ і точність показань.

Рис. 8.1. U-подібний прилад тиску

Рис. 8.2. Чашковий прилад тиску

8.2. Пружні чутливі елементи приладів тиску

До пружних чутливих елементів тиску відносять трубчасту пружину, мембрану й сильфон, які виготовляються із бронзи або легованої сталі залежно від агресивності робочого середовища.

Трубчаста пружина Бурдона (рис. 8.3а) являє собою сплюснуту трубку 1, що зазвичай перебуває при атмосферному тиску Р0, і вільний (рухомий) кінець її запаяний. В інший, нерухомо закріплений кінець трубки, подають тиск Р1. При зростанні тиску Р1 пружина прагне розвернутися, а при зниженні — згорнутися, що призводить до переміщення Х рухомого кінця пружини й пов’язаного

чином, пружина Бурдона являє собою ПП тиску в переміщення. Мембраною (рис. 8.3б) називають плоску або гофровану пласти-

ну 3, що розділяє дві порожнини ЗВТ, куди підводять вимірювані тиски Р1 і Р2. Закріплена по краях мембрана прогинається убік меншого тиску, що приводить до переміщення Х штока 2, жорстко з’єднаного з її центром.

Застосовують також мембранні коробки 4 (рис. 8.3в), що являють собою дві спаяні мембрани, у внутрішню порожнину яких подають вимірюваний тиск Р1. Зовні на коробку діє тиск Р2. Зміна одного з тисків приводить до переміщення Х штока 2 мембранної коробки. У такий спосіб мембрани служать вимірювальними перетворювачами різниці тисків у переміщення штока.

б)

Рис. 8.3. Пружні чутливі елементи приладів тиску: а — трубчаста пружина; б — мембрани; в — мембранна коробка; г — сильфон

Сильфоном (рис. 8.3г) називають гофровану трубку 5, що перебуває під тиском Р2. Вона одним кінцем нерухомо закріплена, а інший вільний кінець закритий. Усередину сильфона подають тиск Р1. Зміна вимірюваного тиску (Р1 або Р2) приводить до переміщення Х вільного кінця й, відповідно, жорстко з’єднаного з ним штока 2.

Залежно від виду використовуваного чутливого елемента манометр, вакууметр або дифманометр називають, відповідно, пружинним, мембранним або сильфонним.

8.3. Манометри, що показують і сигналізують

Більшість технічних показуючих і сигналізуючих манометрів є пружинними. На рис. 8.4а показано один з манометрів, що показує і випускається в Україні на Харківському СП «Манометр».

Нерухомий кінець трубчастої пружини 1 закріплений в корпусі 2 манометра і з’єднаний із приєднувальним штуцером 3, за допомогою якого манометр на різьбленні встановлюють у точці вимірювання, наприклад, у трубопроводі. При подачі тиску у внутрішню порожнину трубчастої пружини 1 її вільний кінець переміщається й через шток 4, зубчастий сектор 5 повертає трибку (шестерню) 6, на вісь якої насаджена вказівна стрілка 7 чорного кольору. Ці манометри випускаються класів точності 1.0, 1.5 і 2.5.

Рис. 8.4. Пружинні манометри: а — манометр із одновитковою трубчастою пружиною типу ДМ 10010У2, б — електроконтактний пристрій пружинного манометра типу ДМ2010 СгУ2.

Конструкція сигналізуючих (електроконтактних) манометрів складається з вимірювальної частини і сигнального пристрою (рис. 8.4 б), що забезпечує сигналізацію (або регулювання) верхньої і нижньої меж вимірюваного тиску. Задатчик цього пристрою — натискний гвинт 8 у центрі скла манометра, об'єднаний з поворотним важелем 9 і не пов'язаний із вказівною стрілкою 7, призначений для установки сигнальних стрілок 10, 11 (синього або червоного кольору) у будь-якому бажаному місці шкали манометра.

За допомогою викрутки гвинт 8 натискають з одночасним зачепленням важеля 9 за виступи 12 або 13 й подальшим поворотом установлюють стрілки 10 та 11 на необхідні поділки шкали, указуючи гранично припустимі (верхнє й нижнє) значення вимірюваного тиску. Кожна сигнальна стрілка має свою контактну групу з рухомим 14, (16) і нерухомим 15 (17) контактами, що змонтовані на ізоляторах (не показаних) на одній вісі зі стрілками 7, 10 і 11 манометра. Нерухомі контакти з’єднані з вихідною клемою «А» приладу, а рухомі, які притиснуті до нерухомих пружинками 18, з'єднані відповідно з вихідними клемами «Б» і «В». До цих клем підключають зовнішні електричні кола сигналізації. В залежності від виду сигнального пристрою рухомі контакти розташовують праворуч або ліворуч відносно нерухомих і, відповідно до цього, розрізняють манометри з двома нормально закритими чи відкритими контактами, або одним відкритим і одним закритим. У випадку двох нормально закритих контактів, як показано на рис. 8.4 б, при збільшенні вимірюваного тиску за верхню межу, вказівна стрілка 7 проходить під сигнальною стрілкою 11 вправо, а її важіль 19 з електроізоляційного матеріалу натискає рухомий контакт 14. Подальший поворот вказівної стрілки 7 приводить до відриву контакту 14 від упору нерухомого контакту 15 і розриву електричного кола між клемами «А» і «В». Повернення тиску у норму призводить до зворотного замкнення контактів 14, 15 і відновлення електричного кола схеми сигналізації. Аналогічно працює і контактна група сигнальної стрілки 10, коли при зменшенні вимірюваного тиску за нижню межу важіль 19 вказівної стрілки 7 розриває електричне коло між контактами 16, 17 і відповідно, клемами «А», «Б». При підвищенні вимірюваного тиску до норми вказане електричне коло відновлюється.

Клас точності вимірювальної частини більшості електроконтактних манометрів, становить 1.0, 1.5, або 2.5, а їхнього сигналізуючого пристрою — 1.5 або 2.5.

8.4. Безшкальні прилади тиску

До безшкальних відносять прилади тиску, що не мають шкали і виробляють аналоговий або дискретний вихідний сигнал, який використовують у вимірювальних каналах для подальшого перетворення.

До манометра (вакууметру) типу МЭД підключають вторинний прилад дифтрансформаторної системи вимірювання, наприклад, типу КСД3, утворюючи схему, наведену на вказаному рисунку.

Автоматичний компенсаційний вторинний прилад КСД3 реалізує нульовий метод вимірювання й має вбудований дифтрансформатор зворотного зв’язку, первинна обмотка 1б якого живиться напругою ≈24 В і, з метою зниження перешкод, послідовно включена з первинною обмоткою 1а дифтрансформатора ПП.

Для уніфікації й настроювання діапазону вихідного сигналу вторинні обмотки ІІа, ІІб дифтрансформатора манометра МЭД шунтованірезисторомR іпотенціометромRР. Дляаналогічногонастроювання вхідного сигналу КСД3 вторинні обмотки ІІв, ІІг його дифтрансформатора також шунтовані постійним R1 і змінним RР1 опорами.

Вторинні обмотки ІІa, ІІб ПП включені зустрічно вторинним обмоткам ІІв, ІІг ВП. Різницева напруга надходить на вхід пісилювача П, керуючого роботою реверсивного електродвигуна РД. Вал двигуна за допомогою кулачка 1 механічно з’єднаний зі стрілкою 2 на шкалі і штоком 3 осердя 4 зворотного зв’язку приладу. Профіль кулачка 1 приладів КСД3 може бути лінійним, степеневим, наприклад, квадратичним. При вимірюванні тиску використовують кулачок, що реалізує лінійну залежність переміщення осердя 4 від величини сигналу розбалансу ε на вході підсилювача П.

ЗмінавимірюваноготискуРприводитьдопереміщенняосердядифтрансформатора МЭД, що викликає зміну його вихідного сигналу. Це, в свою чергу, призводить до виникнення відмінного від нуля сигналу розбалансу ε ≠ 0, який за допомогою підсилювача П і реверсивного електродвигуна РД перетворюється в переміщення осердя дифтрансформатора вторинного приладу КСД3. Це переміщення спрямоване у бікзменшеннясигналурозбалансу(ε→0). Колирозбалансзнижується до нуля (ε = 0), двигун зупиняється, і оператор зчитує показання.

Для зручності налагодження і експлуатації в дифтрансформаторі КСД3 передбачена третя додаткова обмотка III, яка шунтована потенціометром RР2 опором 100 Ом і призначена для корекції нульового положення осердя 4 зворотного зв’язку. Ця обмотка включена послідовно із вторинними обмотками ПП і ВП і виробляє додаткову напругу (зсуву), яка подається на вхід підсилювача приладу.

й у вимірювальну камеру 3, призводить до переміщення штока 4 мембранної коробки й, відповідно, осердя 5 дифтрансформатора, вихідний сигнал якого нормують за допомогою резистора R і потенціометра RР. Слід пам’ятати, що подача всередину мембранної коробки тиску Р1, значення якого перебуває за межами верхньої границі діапазону вимірювання, може привести до розриву мембранної коробки й виходу приладу з ладу.

Дифманометр типу ДМ3574, розрахований на високий тиск робочого середовища, відрізняється від попереднього тим, що чутливий елемент являє собою систему мембранних коробок 2, заповнених рідиною 6 і зв’язаних між собою сполучним каналом 7. Коробки установлені у вимірювальних камерах 3 і 8, куди подають вимірювані тиски Р1 і Р2. При цьому мембранна коробка, установлена у вимірювальній камері з більшим тиском, стискується, а з меншим — розширюються за рахунок перетікання частини рідини між коробками. Зміна вимірюваної різниці тисків перетворюється в переміщення штока 4 і осердя 5 дифтрансформатора, а потім у нормований вихідний сигнал, який подають на вхід, наприклад, розглянутого компенсаційного приладу типу КСД3.

Мембранні коробки допускають перетікання всієї рідини з однієї коробки в іншу. При цьому гофри однієї мембрани стислої коробки входять у гофри іншої, що запобігає руйнуванню мембранної коробки дифманометра при неприпустимо високих (аварійних) значеннях вимірюваних параметрів.

ДифманометритипівДТ-2 іДМ3574 маютькласиточності1.0 або1.5.

8.4.3 Манометри з резистивним виходом

Безшкальні перетворювачі тиску типу ПМП-10М у якості чутливого елемента використовують гофровану металеву мембрану 1 (рис. 8.7).

Корпус манометра (вакууметра) розділений мембраною на дві порожнини, в одну з яких через штуцер 2 надходить вимірюваний тиск, а в другій розташований проміжний ПП переміщення з резистивним вихідним сигналом. Важільна система 3 зв’язує шток 4 центру мембрани з повзунком реохорда 5. Кінці реохорда підведені до вихідних клем. При збільшенні вимірюваного тиску мембрана 1 прогинається і шток 4, повертаючи важіль 3, переміщує повзунок

Рис. 8.7. Бесшкальный манометр типу ПМП-10М с резистивным вихідним сигналом

реохорда 5. Це приводить до зміни значення вихідного опору Rвих. Клас точності манометра 1.0.

8.4.4 Тензометричні прилади тиску

Сучасні тензометричні перетворювачі тиску з уніфікованим струмовим вихідним сигналом у якості чутливого елемента використовують штучні сапфіри, агати та ін.

УХаркові на СП «Манометр» випускають прилади тиску серій «САФІР» і «Агат», у Рязані на АТВТ «Теплоприбор» — прилади серії «Сапфир 22Р». Ці перетворювачі відрізняються конструктивними особливостями, але мають спільний принцип дії, який полягає

вперетворенні тиску (розрідження, різниці тисків) на прогин мембрани, що вимірюється тензоперетворювачем з подальшим посиленням і нормуванням для одержання вихідного уніфікованого струмового сигналу.

Укомплект кожного перетворювача входить ПП і блок живлення, що поєднує в собі функції живлення датчика і нормування вихідного сигналу. Залежно від вимірюваного параметра, блоки живлення випускаються з лінійною або квадратичною характеристикою. Блоки живлення з лінійною характеристикою, наприклад, 22БП-36 застосовують при вимірюванні тиску, розрідження, рівня і т.д. Блоки живлення із квадратичною характеристикою (блок добування кореня БИК-1) застосовують при вимірюванні витрат методом змінного перепаду тиску (розділ 12.1). Блоки живлення, залежно від модифікації, допускають підключення від одного до шести ПП.