4 Лабораторная работа № 4 «Изучение и проверка работоспособности приборов измерения давления»

Цель работы: Изучение устройства принципа действия приборов измерения давления; приобретение навыков при проверке работоспособности манометров.

4.1 Общие сведения

Для измерения давления жидкостей, а также давления и разряжения газов и паров в промышленной практике наиболее широко используются деформационные манометры. Принцип их действия основан на преобразовании деформации чувствительных элементов под действием измеряемого давления в пропорциональное перемещение или усилие. Другими словами, в деформационных приборах измеряемое давление (усилие) уравновешивается механическим напряжением в материале чувствительного элемента. В качестве чувствительных элементов широко применяются трубчатые манометрические пружины, мембраны (жесткие и вялые) и сильфоны.

В трубчатом манометре (рисунок.4.1) измеряемое давление уравновешивается силой упругой деформации одновитковой манометрической пружины 1, наглухо запаянной с одной стороны. При увеличении избыточного давления внутри трубки эллиптическое сечение ее деформируется, стремясь к круглому, т.е. малая ось эллипса увеличивается, а большая уменьшается, что ведет к раскручиванию трубки. Перемещение запаянного конца трубки 1 через тягу 2 передается сектору 3, который вращается на оси 4. Угловое перемещение сектора 3 с помощью зубчатого зацепления вызывает вращение зубчатого колеса 5, на оси которого укреплена стрелка отсчетного устройства манометра.

Электроконтактные манометры и вакуумметры типа ЭКМ предназначены для измерения давления разряжения жидкостей, газов и паров, а также для сигнализации при достижении минимального или максимального рабочего давления или для автоматического двухпозиционного регулирования давления. Работают только при плавной, не пульсирующей нагрузке. По принципу действия электроконтактный манометр аналогичен манометру с одновитковой трубчатой пружиной. Для сигнализации служат электрические контакты, связанные с двумя указателями, которые могут быть установлены вручную на два заданных значения в пределах шкалы прибора.

Рисунок.4.1 — Схема манометра с одновитковой трубчатой пружиной

Указатели с контактами электрически изолированы друг от друга и от рабочей стрелки прибора. При достижении давления, соответствующего одному из предельных значений, на которые установлены указатели, контакт, связанный со стрелкой прибора, соприкасается с контактом указателя и замыкает электрическую цепь. При переходе стрелки прибора за максимальное или минимальное значение давления, на котором стоят указатели, соответствующий контакт остается замкнутым. В диапазоне между контактами,цепь управления разомкнута.

Наряду с показывающими манометрами широко применяются приборы, преобразующие измеряемое давление в стандартный электрический или пневматический сигнал. Примером может служить пружинный манометр типа МПЭ, предназначенный для пропорционального преобразования избыточного давления жидкостей, газов и паров в унифицированный токовый сигнал 0-5 мA. Принцип действия преобразователя (рисунок.4.2) основан на электрической силовой компенсации.

Измеряемое давление Р_вх преобразуется в чувствительном элементе —пружине 1 — в пропорциональное усилие q. Это усилие через рычажную систему 2 и 3 передаточного механизма уравновешивается усилием обратной связи q_ос, развиваемым электромагнитом 4. При протекании выходного постоянного тока I_вых через обмотку магнита возникает усилие обратной связи q_ос. При изменении измеряемой величины Р_вх, а следовательно, и усилия q, происходит незначительное перемещение рычажной системы 2 и 3 и связанного с рычагом 5 управляющего сердечника 6 дифференциально-трансформаторного преобразователя 7, преобразующего это перемещение в сигнал напряжения переменного тока. Этот сигнал поступает на усилитель 8, служащий для усиления и преобразования ЭДС в унифицированный выходной сигнал постоянного тока I_вых. Последний поступает в линию дистанционной передачи и одновременно в обмотку магнита 4 обратной связи, где и преобразуется в усилие q_ос.

Рисунок 4.2 — Схема манометра

Изменение передаточного отношения рычажной системы при ее настройке достигается перестановкой подвижной опоры 9. Корректировка «нуля» устройства осуществляется с помощью пружины 10.

При проверке и градуировке приборов для измерения давления широко применяются грузопоршневые манометры (рисунок.4.3). В гидравлической системе грузопоршневого манометра 1, заполненной маслом, с помощью ручного пресса 2 создается избыточное давление, которое уравновешивается массой поршня 3 с грузовой площадкой и накладываемых на нее грузов 4.

Р исунок.4.3 — Схема грузопоршневого манометра

Вертикальный поршень 3 пригнан к цилиндру 5 так, что зазор между ними не превышает нескольких микрометров, что исключает необходимость применения уплотнительных устройств. Пренебрегая силами трения, можно записать условие равновесия (фиксируется по индикатору подъема поршня с грузами):

mg = P_изб F (4.1)

где m — масса поршня с площадкой и грузами,

g — ускорение свободного падения,

Р_изб — избыточное давление в гидравлической системе грузопоршневого манометра,

F — эффективная площадь поршня.

Создавая таким образом в гидравлической системе грузопоршневого манометра требуемое давление, определяемое массой установленных на поршень грузов, можно осуществить поверку других приборов для измерения давления (6 и 7). Грузопоршневой манометр может быть использован и в качестве устройства для создания избыточного давления при проверке одного манометра другим. В этом случае колонка с поршнем отключается от гидравлической системы грузопоршневого манометра запорным устройством.