2.3.3. Измерение давления

Давление измеряется с помощью манометров и измерительных преобразователей давления.

Различают абсолютное, атмосферное, избыточное давление и разряжение или вакуум.

Манометр – это измерительный прибор для измерения давления или разности давлений с непосредственным отсчетом (отображением) значений. Измерительный преобразователь давления имеет выходной сигнал, функционально связанный с измеряемым давлением.

По функциональному назначению различают манометры: напоромеры (избыточные давления до 40 кПа); тягомеры- вакуумметры (не более 40 кПа), тягонапоромеры-мановакууметры (-20 … +20 кПА), вакуумметры глубокого вакуума (менее 200 Па), дифманометры – для измерения разности давлений.

По принципу действия чувствительного элемента манометры и измерительные преобразователи давлений (ИПД) принято делить на три группы:

1 – поршневые, жидкостные – основаны на прямых методах измерения давления;

2 – деформационные, тензорезисторные и др., основанные на прямых относительных методах измерения;

3 – термопарные и ионизационные вакуумметры, ультразвуковые манометр, основанные на косвенных методах измерений.

Непосредственно на технологическом оборудовании или на щитах (дистанционные измерения) устанавливаются деформационные манометры с трубчатой пружиной. Диапазон измерений от 10 Па до 2 ГПа. Широко применяются различного вида ИПД с тензочувствительным элементом, отделенным от измерительной среды типовой мембраной, ИПД с сухим керамическим емкостным чувствительным элементом с утопленной мембраной или сухим пьезорезистивным чувствительным элементом, со встроенным электронным блоком.

2.3.4. Измерения расхода и массы вещества

Измерение расхода и массы веществ необходимо осуществлять как при учетных и отчетных операциях (поступление сырья, отгрузка продукции), так и при контроле, регулировании и управлении технологическими процессами. Измерять приходится расход самых разнообразных веществ: жидких, сыпучих, твердых, например, при смешивании разных компонентов в строго определенных рецептурой пропорциях; воды, газа (работа котельной).

Основные понятия данной темы: расход вещества – это масса или объем вещества, проходящего через определенное сечение канала СИ в единицу времени. Различают объемный расход (м³/с; м³/ч и т.д.) и массовый (кг/с; кг/ч; т/ч и т.д.).

Расход вещества измеряется с помощью расходомеров. Расходомеры могут быть предназначены не только для измерения расхода, но и для измерения массы или объема вещества, проходящего через СИ в течение любого промежутка времени, тогда они называются расходомерами со счетчиками или просто счетчиками. Масса (W) или объем вещества (V) прошедшего через счетчик, определяется по разности двух последовательных во времени показаний отсчетного устройства.

В пищевой промышленности применяются следующие группы расходомеров жидких и газообразных веществ: переменного перепада давления; обтекания – постоянного перепада давления; тахометрические; электромагнитные (индукционные); переменного уровня; тепловые; вихревые; акустические.

Большое распространение получают измерительные устройства для счета отдельных единиц готовой продукции (бутылок, коробок и т.д.).

Широко распространены различные автоматические весы и весовые дозаторы.

Расходомеры переменного перепада давления

Применяются для измерения расхода жидкости или газа (воздуха, пара), протекающих по трубопроводам. Измерительные устройства состоят из стандартного сужающего устройства, дифференциального манометра (дифманометра), приборов для измерения параметров среды и соединительных линий. Сужающее устройство необходимо для создания перепада (разности давления), зависящего от расхода. В качестве стандартных сужающих устройств применяются измерительные диафрагмы, сопла, сопла и трубы Вентури.

Измерительная диафрагма – это диск с отверстием, устанавливается в трубопроводе строго по оси. Давление перед диафрагмой больше, чем после нее. Разность этих давлений (перепад) служит мерой расхода протекающего через суженное устройство жидкости или газа (следует из уравнения Бернулли: ρ₁v₁F₁ = ρ₂v₂F₂, где v_1, v₂ – средние скорости м/с; F₁ , F₂ – площадь поперечного сечения потока, ρ_1, ρ₂ – плотности жидкости, кг/м³, так как плотность жидкости практически не изменяется при прохождении через диафрагму, то объемный расход равен произведению скорости на площадь сечения потока.). См. рис. 2.14.

Рис. 2.14. Схема распределения статического давления в потоке при установке в трубопроводе сужающего устройства — диафрагмы

Методика и порядок расчета стандартных сужающих устройств расходомеров определены нормативным документом «Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами». Материал диафрагмы может быть сталь или керамика – он должен хорошо сохранять форму и остроту кромки.

Основные достоинства расходомеров этого типа:

• высокая механическая прочность;

• простота конструкции;

• наличие подробных инструкций по установке и применению;

• хорошая воспроизводимость результатов.

Основные недостатки:

• ограниченный динамический диапазон (4 : 1);

• многокомпонентность системы;

• требует прямых участков трубопровода;

• необходимо обеспечивать регулировку нуля;

• из-за износа первичного измерительного элемента снижается точность измерения.