Электрические манометры
ЛЕКЦИЯ 4
КОНТРОЛЬ ДАВЛЕНИЯ
Определение понятия «давление» и соотношение между единицами давления
Под давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей усилия к площади, на которую действует усилие.
Давление является одним из важнейших параметров химико-технологических процессов. От величины давления зависит протекание технологического процесса. Величина единицы давления зависит от выбранной системы единиц (табл. 4.1). Различают абсолютное и избыточное давление. Абсолютное давление Pа – давление, отсчитанное от абсолютного нуля. Избыточное давление Ри представляет собой разность между абсолютным давлением Pа и барометрическим давлением Рб (т.е. давлением воздушного столба земной атмосферы) Ри = Ра – Рб [3]. Если абсолютное давление ниже барометрического, то РВ = Рб – Ра, где Pв – разрежение. Единицы измерения давления: Па (Н/м2), кгс/см2, мм вод.ст., мм рт.ст.
В зависимости от природы контролируемого процесса нас интересует абсолютное давление Ра или избыточное Ри. При измерении Ра за начало отсчета принимается нулевое давление, которое можно себе представить как давление внутри сосуда после полной откачки воздуха. Естественно, достигнуть Ра = 0 невозможно.
Барометрическое давление Рбар - давление, оказываемое атмосферой на все находящиеся в ней предметы.
Избыточное давление представляет собой разность между абсолютным и барометрическим давлениями:
Ри = Ра - Рбар
Если Рабс < Рбар, то Ри называется давлением разряжения.
Единицы измерения давления: Па (Н/м2), кгс/см2, мм вод.ст., мм рт.ст.
Соотношение между единицами давления
| Единицы давления | кгс / м2 или мм вод. ст. | атм. (физичеcкая атмосфера) | мм рт. ст. | Н/м2 |
| 1 кгс/см2 или 1 атм. (техническая атмосфера) | 104 | 0,9678 | 735,56 | 98066,5 |
4.2 Классификация приборов для измерения давления:
Классификация приборов для измерения давления по виду измеряемого давления
Приборы для измерения давления по виду измеряемого давления подразделяются на:
а) манометры – для измерения абсолютного и избыточного давления;
б) вакуумметры – для измерения разряжения (вакуума);
в) мановакуумметры – для измерения избыточного давления и вакуума;
г) напоромеры – для измерения малых избыточных давлений (до 40 кПа);
д) тягомеры – для измерения малых разряжений (до -40 кПа);
е) тягонапорометры – для измерения разряжений и малых избыточных давлений;
ж) дифференциальные манометры – для измерения разности давлений;
з) барометры – для измерения барометрического давления атмосферного воздуха [3].
Классификация приборов для измерения давления по принципу действия
По принципу действия приборы для измерения давления делятся на:
а) жидкостные, основанные на уравновешивании измеряемого давления гидростатическим давлением столба жидкости;
б) деформационные (пружинные), измеряющие давление по величине деформации различных упругих элементов или по развиваемой ими силе;
в) электрические, основанные либо на преобразовании давления в какую-нибудь электрическую величину, либо на изменении электрических свойств материала под действием давления [3].
Жидкостные манометры.
Широко применяются в качестве образцовых приборов для лабораторных и технических измерений. В качестве рабочей жидкости используется спирт, вода, ртуть, масла.
Один конец трубки соединен с полостью, в которой измеряется давление, другой конец трубки сообщается с атмосферой. Под действием измеряемого давления жидкость в трубке перемещается из одного колена в другое до тех пор, пока измеряемое давление не уравновесится гидростатическим давлением столба жидкости в открытом колене. Если давление в полости, с которой соединен прибор, ниже атмосферного, то жидкость в коленах переместится в обратном направлении, и высота ее столба будет соответствовать вакууму. Присоединив оба колена трубки к полостям с различными давлениями Р1 и Р2, можно определить разность давлений.
Пружинные манометры.
Классификация пружинных приборов для измерения давления по типу
чувствительного элемента
1) приборы с трубчатой пружиной, или собственно пружинные (рис.4.2а, б);
2) мембранные приборы, у которых упругим элементом служит мембрана (рис.4.2в), анероидная или мембранная коробка (рис.4.2г, д), блок анероидных или мембранных коробок (рис.4.2е, ж);
3) пружинно - мембранные с гибкой мембраной (рис.4.2з);
4) приборы с упругой гармониковой мембраной (сильфоном) (рис.4.2к);
5) пружинно - сильфонные (рис.4.2и).
Рис. 1. Типы пружинных устройств
Рис. 4.2. Виды упругих чувствительных элементов
Действие пружинных приборов основано на измерении величины деформации различного вида упругих элементов. Деформация упругого чувствительного элемента преобразуется передаточными механизмами того или иного вида в угловое или линейное перемещение указателя по шкале прибора.
Наиболее широко применяются приборы (манометры, вакуумметры, мановакуумметры и дифманометры) с одновитковой трубчатой пружиной.
Основная деталь прибора с одновитковой трубчатой пружиной – согнутая по дуге окружности трубка эллиптического или плоскоовального сечения (рис. 4.3). Одним концом трубка заделана в держатель, оканчивающийся ниппелем с резьбой для присоединения к полости, в которой измеряется давление. Внутри держателя есть канал, соединяющийся с внутренней полостью трубки. Если в трубку подать жидкость, газ или пар под избыточным давлением, то кривизна трубки уменьшится, и она распрямляется; при создании разрежения внутри трубки кривизна ее возрастает, и трубка скручивается. Так как один конец трубки закреплен, то при изменении кривизны трубки ее свободный конец перемещается по траектории, близкой к прямой, и при этом воздействует на передаточный механизм, который поворачивает стрелку показывающего прибора. Свойство изогнутой трубки некруглого сечения изменять величину изгиба при изменении давления в ее полости, является следствием изменения формы сечения. Под действием измеряемого давления внутри трубки эллиптическое или плоскоовальное сечение, деформируясь под действием силы F=P*S, где S – площадь воздействия давления, приближается к круговому сечению (малая ось эллипса или овала увеличивается, а большая уменьшается)
Электрические манометры.
Манометр сопротивления. Действие манометра основано на изменении сопротивления проводника под действием внешнего давления ;
Емкостной манометр. Действие прибора основано на изменении емкости плоского конденсатора при изменении расстояния между обкладками;
Пьезоэлектрический манометр. Его действие основано на свойстве некоторых кристаллических веществ, создавать электрические заряды под действием механической силы;
Ионизационный манометр. Его действие основано на ионизации молекул газа потоком электронов, испускаемых раскаленным катодом
Преобразователи давления типа "Сапфир".
Эти манометры обеспечивают непрерывное преобразование значение измеряемого параметра (давления избыточного, абсолютного, разряжения, разности давлений нейтральных и агрессивных сред) в унифицированный токовый сигнал для дистанционной передачи (0 - 5 мА, 0 - 20 мА и др.). СРС