2. Измерение и регулирование давления

В процессе приготовления какого-либо продукта (например охладительного напитка) в системе остаются ненужные вещества, которые накапливаясь, нарушают процесс приготовления и безотказность работы оборудования, поэтому необходимо осуществлять их вымывание. С помощью нашей системы регулирования промывной воды осуществляется смешивание холодной и горячей воды для получения вымывной жидкости.

В нашей системе на линии подачи холодной воды установлен мембранный контрольный клапан. Он играет важную роль – автоматически регулирует давление холодной воды. При регулировании давления часто применяют регуляторы давления. Эти устройства имеют небольшую стоимость, высоконадежны и просты в эксплуатации. В нашей системе для поддержания давления на определенном уровне также будем использовать регулятор давления. Он относится к регуляторам давления прямого действия и поддерживает постоянное давление в трубопроводе после регулятора.

В зависимости от параметров измеряемой среды и условий применяют различные средства и методы измерения и регулирования давления.

В настоящее время существует большой парк средств измерения и регулирования давления, позволяющий осуществить измерение и регулирование давления в диапазоне 10^-12-10¹¹ Па.

Далее рассмотрены средства измерений давления, применяемые в качестве рабочих при технологических измерениях.

2.1 Классификация приборов для измерения давления

По ГОСТ 2405—80 (СТ СЭВ 1641—79) приборы для измерения давления классифицируются по принципу действия, по назначению и по роду измеряемой величины.

По принципу действия чувствительного элемента приборы для измерения давления подразделяются на следующие:

жидкостные, основанные на уравновешивании измеряемого давления давлением соответствующего столба жидкости;

деформационные, измеряющие давление по величине дефор­мации различных упругих элементов или по развиваемой ими силе;

грузопоршневые, в которых измеряемое давление уравнове­шивается внешней силой, действующей на поршень;

электрические, основанные или на преобразовании давления в одну из электрических величин или на изменении электриче­ских свойств материала под действием давления;

комбинированные, принцип действия которых имеет смешанный характер.

Такое подразделение не является исчерпывающим и может быть дополнено средствами измерений, основанными на иных физических явлениях.

По роду измеряемой величины приборы для измерения дав­ления делятся на:

манометры избыточного давления — для измерения избыточного давления;

манометры абсолютного давления — для измерения давления, отсчитанного от абсолютного нуля;

барометры — для измерения атмосферного давления;

Кроме перечисленных средств измерений в практике измерений получили распространение:

напоромеры — манометры малых избыточных давлений (до 40кПа);

тягомеры — вакуумметры с верхним пределом измерения не бо­лее — 40 кПа;

тягонапоромеры — мановакуумметры с диапазоном измерений ±20 кПа;

вакуумметры остаточного давления — вакуумметры, предназна­ченные для измерения глубокого вакуума или остаточного давле­ния, т. е. абсолютных давлений менее 200 Па;

дифференциальные манометры — средства измерений разно­сти давлений.

По своему назначению приборы подразделяются на рабочие, контрольные и образцовые.

На рисунке 2 приведена классификация приборов для измерения давления, где за основной классификационный признак принят принцип действия чувствительного элемента. Такое подразделение не является исчерпывающим и может быть дополнено средствами измерений, основанными на иных физических явлениях.

В настоящее время существует большой парк средств измерения и регулирования давления, позволяющий осуществить измерение и регулирование давления в диапазоне 10^-12-10¹¹ Па.

Далее рассмотрены средства измерений давления, широко при­меняемые в качестве рабочих при технологических измерениях.

Рисунок 1. Диапазон давлений (в Па), охватываемый существующими средствами измерения давления.

2.2 Жидкостные средства измерения давления с гидростатическим уравновешиванием

В жидкостных приборах с гидростатическим уравновешиванием мерой измеряемого давления является высота столба рабочей жид­кости. В качестве рабочей жидкости, называемой затворной или ма­нометрической, применяются дистиллированная вода, ртуть, этило­вый спирт, трансформаторное масло. Выбор рода рабочей жидкости определяется диапазоном измеряемого давления, условиями экс­плуатации и требуемой точностью измерений.

Существует следующая номенклатура жидкостных средств измерений давления с гидростатическим уравновешиванием.

2.2.1 Переносные лабораторные приборы

П

а - U-образный двухтрубный манометр, б - однотрубный манометр,

в - ртутный барометр, г - микроманометр с наклонной трубкой

Рисунок 2.1- Схемы действия жидкостных манометрических приборов

ростейший жидкостный манометрический прибор состоит из U-образной стеклянной трубки и прямолинейной шкалы с равномерными делениями. Наименьшее деление шкалы 1 мм. Шкала обычно двухсторонняя с нулевой отметкой посередине. Оба конца трубки заполнены жидкостью до нулевой отметки (рисунок 2.1,а).

При подводе давления к одному концу трубки жидкость перетекает и сквозь стекло видна разница в уровнях жидкости. Разность уровней, выраженная в миллиметрах, дает значение измеряемого давления. Разница в

диаметрах левой и правой частей трубки не влияет на результат измерения. Диапазон измерений около 50 мм столба жидкости. Точность около 1 мм

Если увеличить площадь поперечного сечения одной поло­вины U-образного манометра в 10—20 раз по сравнению с дру­гой половиной, то во столько же раз изменится соотношение величин отклонения уровня в каждом колене от нулевого. В уз­кой трубке уровень поднимается на большую высоту, в то время как в широкой трубке он опустится незначительно. Величиной изменения уровня в широкой трубке при достаточно большом диаметре можно пренебречь и отсчитывать показания прибора только по изменению уровня в узкой трубке. Такой манометр называют однотрубным (рисунок 2.1,6).

Однотрубный и U-образный (двухтрубный) манометры изме­ряют разность подведенного и атмосферного давлений, если одна трубка манометра открыта и жидкость сообщается с окру­жающим воздухом.

Если же давления подводят к обеим трубкам, то манометр измеряет разность этих давлений и в этом случае будет назы­ваться дифференциальным манометром.

Диапазон измерения дифференциального манометра 10-1000 мм рт. ст. Точность 0,5 мм.

Разновидностью однотрубного манометра является чашеч­ный стеклянный ртутный барометр, применяемый для измере­ния атмосферного давления (рисунок 2.1, в).

Он представляет собой стеклянную трубку с запаянным концом, наполненную ртутью и опущенную открытым концом в чашку с ртутью. В пространстве между уровнем ртути в трубке и запаянным концом получается вакуум (давление равно нулю). Следовательно, столб ртути уравновешивается только ат­мосферным давлением. При изменении атмосферного давления меняется высота уравновешивающего столба ртути. Атмосфер­ное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба.

Диапазон измерений ртутного барометра- любо давление атмосферы, точность около 0,1 мм.

При измерении малых давлений и разряжений порядка миллиметров или десятков миллиметров столба жидкости ошибка отсчета становится весьма значительной. Например, при измерении давления 10 мм ошибка отсчета 0,5 мм дает погрешность измерения, рав­ную 5% измеряемой величины. Поэтому при измерении малых давлений приходится применять приборы, обеспечивающие большую точность измерения, чем U-образные или чашечные манометры.

В лабораторной практике для измерения малых давлений и разрежений применяются жидкостные микроманометры с на­клонной трубкой (рисунок 2.1,г), которые представляют собой раз­новидность чашечного однотрубного манометра. Наклонное по­ложение трубки повышает точность измерения, так как при одном и том же давлении и разности уровней h длина столба жидкости в трубке увеличивается при уменьшении угла наклона к горизонтали. Микро­манометры с наклонной трубкой изготовляют обычно для из­мерения давления в пределах 160—1000 Па.

В тех случаях, когда приходится измерять давление или разрежение в более широких пределах, пользуются микромано­метрами с переменным углом наклона. Принцип действия этих приборов аналогичен принципу действия манометра с наклон­ной трубкой. Однако они могут быть использованы для измерения давления и разрежения в неболь­ших пределах, так как при увеличении пределов измерения со­ответственно растут габаритные размеры приборов. Кроме того, эти приборы обладают недостаточной механической прочностью из-за наличия стеклянных трубок. Диапазон их измерений 1-100 мм вод, ст. Точность 0,2 мм.