2 Измерение давления
Под давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей усилия к площади, на которую действует усилие.
Важен как сам параметр, так и его функция для косвенного отображения другого параметра, например, уровня, расхода.
В системе СИ измеряется в Па.
Обычно измеряют избыточное давление (манометрическое):
РИЗБ = РАБС – РАТМ,
где РАБС – абсолютное давление (полное);
РАТМ – атмосферное давление (начало отсчета), равное 760 мм.рт.ст. или 0,1 МПа (бараметрическое).
При измерении РАБС за начало отсчета принимается нулевое давление, которое можно себе представить как давление внутри сосуда после полной откачки воздуха. Естественно, достигнуть РАБС = 0 невозможно.
Если абсолютное давление меньше атмосферного, то их разница называется вакуумом или разряжением:
РВАК = РАТМ – РАБС.
В большинстве случаев датчик давления имеет неэлектрический выходной сигнал в виде силы или перемещения и объединены в единый блок с измерительным прибором. Если результаты измерений необходимо передавать на расстояние, то применяются промежуточные преобразователи этого неэлектрического сигнала в унифицированный электрический или пневматический. При этом первичный и промежуточный преобразователи объединены в один блок.
Приборы для измерения давления условно делят
|
-0,04МПа |
-0,02МПа |
АТМ = 0,1МПа |
+0,02 МПа |
+0,04МПа |
|
||||||||
Вакууметры |
Барометры |
Маномерты |
||||||||||||
|
Тягомер |
|
Напоромер |
|
||||||||||
|
|
Тягонапоромер |
|
|
||||||||||
Средства измерения давления |
||||||||||||||
10-2 |
100 |
101 |
102 |
104 |
106 |
108 |
109 |
1010 |
||||||
|
|
Деформационные |
|
|||||||||||
|
|
Поршневые |
||||||||||||
|
Тепловые |
|
|
|
|
|||||||||
Жидкостные |
|
|
|
|||||||||||
Ионизационные |
|
|
|
Электрические |
||||||||||
Дифференциальные манометры – средства измерений разности давлений.
Классификация по принципу действия:
жидкостные (основанные на уравновешивании давления столбом жидкости);
поршневые (измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень);
пружинные (давление измеряется по величине деформации упругого элемента);
электрические (основанные на преобразовании давления в какую-либо электрическую величину).
Приведенное подразделение средств измерения давления по принципу действия не является исчерпывающим и может быть дополнено средствами измерений, основанными на иных физических явлениях.
Рассмотрим средства измерения, наиболее широко применяемые в качестве рабочих, а именно деформационные.
Принцип действия деформационных средств измерений давления основан на использовании упругой деформации чувствительного элемента или развиваемой им средой. Различаются три основные формы элементов, получивших распространение в практике измерения: трубчатые пружины, сильфоны, мембраны.
Основные упругие деформационные элементы
1. Мембрана – зажатый между фланцами гофрированный диск, чаще всего из прорезиненной ткани с жестким диском в центре.
преобразователь
давления в силу.
Статическая характеристика – линейная: F = PS,
Где S – площадь, на которую действует давление.
2. Трубчатая пружина – согнутая в виде дуги трубка овального сечения, один конец которой запаян, а другой – неподвижно закреплен и через него подается измеряемое давление.
преобразователь
давления в перемещение.
Под действием давления трубка пытается распрямиться, вследствие чего ее свободный запаянный конец перемещается. Это перемещение пропорционально измеряемому давлению: l= kP, где k – коэффициент передачи трубчатой пружины.
Сильфон – гофрированная трубка, один конец которой закрыт (дно сильфона), а к другому подводится давление.
преобразователь
давления в перемещение.
Под действием давления сильфон растягивается. Статическая характеристика линейная: l=kP.
Если перемещению дна сильфона препятствует неподвижная опора, то выходным сигналом будет не перемещение, а действующая на опору сила.
Основные требования к упругому элементу – коррозийная стойкость, стабильность, отсутствие гистерезиса.
Достоинства деформационных средств измерения: простота, удобство и безопасность в работе.