Содержание
Читайте также:
- U-образные манометры
- ГЛУБИННЫЕ МАНОМЕТРЫ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ МАНОМЕТРЫ
- Деформационные манометры (манометры с упругим элементом)
- Деформационные манометры.
- Жидкостные манометры.
- Манометры. Единицы давления
- Мембранные манометры
- Мембранные патроны
- Мембранные потенциалы и их ионная природа
- Механотронные манометры (манотроны)
- Над- и субмембранные комплексы животных клеток. Гликокаликс. Кортикальный слой цитоплазмы.
1 – упругий чувствительный элемент;
4 – устройство индикации;
5 – предохранительная трубка.
Конструкцию мембранного и сильфонного манометра образует упругий чувствительный элемент 1, размещенный в корпусе 2. В мембранных манометрах в качестве чувствительного элемента используют гофрированную мембрану, в сильфонных манометрах – поперечно гофрированную трубку – сильфон.
Под действием измеряемого давления pизм чувствительный элемент 1 манометра деформируется, что приводит к перемещению его торца. Это перемещение передается через шток 3 в устройство индикации 4, где преобразуется в перемещение стрелки указателя относительно шкалы.
Используя мембранный или сильфонный манометр, можно измерять относительное давление pотн с погрешностью не более ±2 %. Диапазон измеряемых давлений для мембранных манометров – от –0,1 до 2,5 МПа; для сильфонных манометров – от –0,1 до 60 МПа.
Уравнение шкалы деформационных манометров. Для упругого перемещения х чувствительного элемента можно записать:
где kp – жесткость по давлению чувствительного элемента. Жесткость kp рассмотренных упругих элементов постоянна в широком диапазоне давлений, поэтому манометры на их основе имеют линейную шкалу.
Свойства деформационных манометров:
– хорошо видимая шкала;
– широкий диапазон измеряемых давлений;
– возможность регулирования, сигнализации, дистанционной передачи и автоматической записи показаний;
– старение упругого элемента уменьшает точность измерений.
Манометры могут дополнительно оснащаться:
– контактными группами для сигнализации и позиционного регулирования давления;
– устройством дистанционной передачи показаний – преобразователем угла поворота (линейного перемещения) в электрический сигнал на основе резистивного или индукционного преобразователя.
| | следующая лекция ==> | |
Деформационные манометры (манометры с упругим элементом) | | | Тензоэлектрические и пьезоэлектрические манометры |
Дата добавления: 2014-01-14 ; Просмотров: 2441 ; Нарушение авторских прав? ;
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
1 – упругий чувствительный элемент;
4 – устройство индикации;
5 – предохранительная трубка.
Конструкцию мембранного и сильфонного манометра образует упругий чувствительный элемент 1, размещенный в корпусе 2. В мембранных манометрах в качестве чувствительного элемента используют гофрированную мембрану, в сильфонных манометрах – поперечно гофрированную трубку – сильфон.
Под действием измеряемого давления pизм чувствительный элемент 1 манометра деформируется, что приводит к перемещению его торца. Это перемещение передается через шток 3 в устройство индикации 4, где преобразуется в перемещение стрелки указателя относительно шкалы.
Используя мембранный или сильфонный манометр, можно измерять относительное давление pотн с погрешностью не более ±2 %. Диапазон измеряемых давлений для мембранных манометров – от –0,1 до 2,5 МПа; для сильфонных манометров – от –0,1 до 60 МПа.
Уравнение шкалы деформационных манометров. Для упругого перемещения х чувствительного элемента можно записать:
где kp – жесткость по давлению чувствительного элемента. Жесткость kp рассмотренных упругих элементов постоянна в широком диапазоне давлений, поэтому манометры на их основе имеют линейную шкалу.
Свойства деформационных манометров:
– хорошо видимая шкала;
– широкий диапазон измеряемых давлений;
– возможность регулирования, сигнализации, дистанционной передачи и автоматической записи показаний;
– старение упругого элемента уменьшает точность измерений.
Манометры могут дополнительно оснащаться:
– контактными группами для сигнализации и позиционного регулирования давления;
– устройством дистанционной передачи показаний – преобразователем угла поворота (линейного перемещения) в электрический сигнал на основе резистивного или индукционного преобразователя.
Устройство и принцип работы электронных датчиков давления.
Датчик давления — устройство, физические параметры которого изменяются в зависимости от давления измеряемой среды (жидкости, газы, пар). В датчиках давление измеряемой среды преобразуется в унифицированный пневматический, электрический сигналы или цифровой код.
Принципы реализации
Датчик давления состоит из первичного преобразователя давления, в составе которого чувствительный элемент – приемник давления, схемы вторичной обработки сигнала, различных по конструкции корпусных деталей, в том числе для герметичного соединения датчика с объектом и защиты от внешних воздействий и устройства вывода информационного сигнала. Основными отличиями одних приборов от других являются пределы измерений, динамические и частотные диапазоны, точность регистрации давления, допустимые условия эксплуатации, массогабаритные характеристики, которые зависят от принципа преобразования давления в электрический сигнал: тензометрический, пьезорезистивный, ёмкостный, индуктивный, резонансный, ионизационный, пьезоэлектрический и другие.
Тензометрический метод
Чувствительные элементы датчиков базируются на принципе изменения сопротивления при деформации тензорезисторов, приклеенных к упругому элементу, который деформируется под действием давления.
Пьезорезистивный метод
Основан на интегральных чувствительных элементах из монокристаллического кремния. Кремниевые преобразователи имеют высокую чувствительность благодаря изменению удельного объемного сопротивления полупроводника при деформировании давлением. Для измерения давления чистых неагрессивных сред применяются, так называемые, Low cost — решения, основанные на использовании чувствительных элементов либо без защиты, либо с защитой силиконовым гелем. Для измерения агрессивных сред и большинства промышленных применений используется преобразователь давления в герметичном металло-стеклянном корпусе, с разделительной диафрагмой из нержавеющей стали, передающей давление измеряемой среды посредством кремнийорганической жидкости.
Мкостный метод
"Сердцем" датчика давления является ёмкостная ячейка. Ёмкостный метод основан на зависимости изменения электрической ёмкости между обкладками конденсатора и измерительной мембраны от подаваемого давления. Основными преимуществом ёмкостного метода является защита от перегрузок (изм. мембрана при перегрузке ложится на стенки «обкладки» конденсатора, длительное время не подвергаясь деформации, при снятии перегрузки, мембрана восстанавливает исходную форму, при этом дополнительная калибровка сенсора не требуется), также обеспечивается высокая стабильность метрологических характеристик, уменьшение влияния температурной погрешности за счет малого объема заполняющей жидкости непосредственно в ячейке.
Резонансный метод
В основе метода лежит изменение резонансной частоты колеблющегося упругого элемента при деформировании его силой или давлением. Это и объясняет высокую стабильность датчиков и высокие выходные характеристики прибора. К недостаткам можно отнести индивидуальную характеристику преобразования давления, значительное время отклика, невозможность проводить измерения в агрессивных средах без потери точности показаний прибора.
Индуктивный метод
Основан на регистрации вихревых токов (токов Фуко). Чувствительный элемент состоит из двух катушек, изолированных между собой металлическим экраном. Преобразователь измеряет смещение мембраны при отсутствии механического контакта. В катушках генерируется электрический сигнал переменного тока таким образом, что заряд и разряд катушек происходит через одинаковые промежутки времени. При отклонении мембраны создается ток в фиксированной основной катушке, что приводит к изменению индуктивности системы. Смещение характеристик основной катушки дает возможность преобразовать давление в стандартизованный сигнал, по своим параметрам прямо пропорциональный приложенному давлению.
Пьезоэлектрический метод
В основе лежит прямой пьезоэлектрический эффект, при котором пьезоэлемент генерирует электрический сигнал, пропорциональный действующей на него силе или давлению. Пьезоэлектрические датчики используются для измерения быстроменяющихся акустических и импульсных давлений, обладают широкими динамическими и частотными диапазонами, имеют малую массу и габариты, высокую надежность и могут использоваться в жестких условиях эксплуатации.
При проектировании и эксплуатации систем отопления наиболее важным показателем и параметром является давление теплоносителя. При нормальном давлении, находящемся в пределах гидравлического графика, рабочий процесс идет без нарушений, теплоноситель доходит до самых отдаленных точек системы отопления. При превышении давления выше критической точки возникает опасность разрыва трубопроводов. При понижении давления ниже допустимого возникает угроза кавитации – образования пузырьков воздуха, приводящих к коррозии и разрушению трубопроводов. Для того, чтобы удерживать показатели давления на требуемом уровне, нужно постоянно за ними наблюдать. Именно для этого и применяются манометры – приборы, которые это самое давление измеряют.
Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. Давлением во многом определяется ход технологического процесса, состояние технологических аппаратов и режимы их функционирования.
ВИДЫ ДАВЛЕНИЯ:
- Атмосферное (барометрическое) давление – давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы.
- Абсолютное давление – полное давление с учетом давления атмосферы, отсчитываемое от абсолютного нуля.
- Избыточное давление – разность между абсолютным и барометрическим давлениями.
- Вакуум (разрежение) – разность между барометрическим и абсолютным давлениями.
- Дифференциальное давление – разность двух измеряемых давлений, ни одно из которых не является давлением окружающей среды.
По виду измеряемого давления манометры подразделяют на:
- манометры избыточного давления,
- манометры абсолютного давления,
- барометры,
- вакуумметры,
- мановакуумметры – для измерения избыточного и вакуумметрического давления;
- напоромеры – манометры малых избыточных давлений (до 40 кПа);
- тягомеры – вакуумметры с верхним пределом измерения до 40 кПа;
- дифференциальные манометры – средства измерений разности давлений.
Общий принцип действия манометров основан на уравновешивании измеряемого давления некоторой известной силой. По принципу действия манометры подразделяют на:
- жидкостные манометры;
- пружинные манометры;
- мембранные манометры;
- электроконтактные манометры (ЭКМ);
- дифференциальные манометры.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЖИДКОСТНОГО МАНОМЕТРА
В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости. В приборах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давлений над ними, а при неравенстве занимают такое положение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом. Большинство жидкостных манометров имеют видимый уровень рабочей жидкости, по положению которого определяется значение измеряемого давления. Эти приборы используются в лабораторной практике и в некоторых отраслях промышленности.
Существует группа жидкостных дифманометров, в которых уровень рабочей жидкости непосредственно не наблюдается. Изменение последнего вызывает перемещение поплавка или изменение характеристик другого устройства, обеспечивающих либо непосредственное показание измеряемой величины с помощью отсчетного устройства, либо преобразование и передачу ее значения на расстояние.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРУЖИННОГО МАНОМЕТРА
Наиболее широкое применение среди приборов для измерения давления нашли пружинные манометры. Их достоинства в том, что они просты по конструкции, надежны и пригодны для измерения давления среды в широком диапазоне от 0,01 до 400 МПа (от 0,1 до 4000 бар).
Упругие чувствительные элементы деформационных манометров:
а — трубчатые пружины;
в, г — плоские и гофрированные мембраны;
д — мембранные коробки;
е — вялые мембраны с жестким центром
Чувствительным элементом пружинного манометра является полая изогнутая трубка эллипсоидного или овального сечения, деформирующаяся под действием давления. Один конец трубки запаян, а второй соединен со штуцером, через который соединяется со средой, в которой измеряется давление. Закрытый конец трубки соединен с передаточным механизмом, смонтированным на стойке, который состоит из поводка, зубчатого сектора, шестеренки с осью и стрелки манометра. Для устранения мертвого хода между зубцами сектора и шестеренки служит спиральная пружина. Шкала проградуирована в единицах давления (паскаль или бар) и стрелка показывает непосредственную величину избыточного давления измеряемой среды. Механизм манометра помещен в корпус. Измеряемое давление поступает внутрь трубки, которая под действием этого давления стремится распрямиться, так как площадь наружной поверхности больше площади поверхности внутренней. Перемещение свободного конца трубки через передаточный механизм передается стрелке, которая поворачивается на определенный угол. Между измеряемым давлением и деформацией трубки существует прямолинейная зависимость и стрелка, отклоняясь относительно шкалы манометра, показывает величину давления.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МЕМБРАННОГО МАНОМЕТРА
Принцип действия мембранного манометра основан на пневматической компенсации, где сила развиваемая измеряемым давлением уравновешивается силой упругости мембранной коробки.
Чувствительный элемент прибора состоит из двух спаянных между собой мембран образующих мембранную коробку 1. Измеряемое давление через штуцер подводится к внутренней полости коробки. Под действием разности атмосферного и измеряемого давления коробка изменяет свой объем, что вызывает перемещение жёсткого центра верхней мембраны которая через поводок 2 и рычаг 3 перемещает стрелку прибора 4.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО МАНОМЕТРА
Электроконтактные манометры (ЭКМ) применяют в системах автоматического контроля, регулирования и сигнализации. В две специальные стрелки, устанавливаемые на минимальное и максимальное давление в пределах шкалы, вмонтированы контакты электрической цепи. При достижении подвижной стрелки одного из контактов цепь замыкается, что вызывает подачу сигнала либо соответствующее действие системы, в которую подключен манометр.
1 — указательная стрелка; 2 и 3 — электроконтактные уставки; 4 и 5 — зоны замкнутых и разомкнутых контактов соответственно; 6 и 7 — объекты воздействия.
Исполнение 1 — одноконтактная на замыкание;
Исполнение 2 — одноконтактная на размыкание;
Исполнение 3 — двухконтактная на размыкание-размыкание;
Исполнение 4 — двухконтактная на замыкание-замыкание;
Исполнение 5 — двухконтактная на размыкание-замыкание;
Исполнение 6 — двухконтактная на замыкание-размыкание.
Электрический манометр имеют типовую схему функционирования, которая может быть проиллюстрирована на рис.а). При увеличении давления и достижении им определённого значения указательная стрелка 1 с электрическим контактом входит в зону 4 и замыкает с помощью базового контакта 2 электрическую цепь прибора. Замыкание цепи, в свою очередь, приводит к вводу в работу объекта воздействия 6.
- Электроконтактные манометры на микровыключателях: виброустойчивые (жидконаполненные), промышленные, в нержавеющем корпусе, коррозионностойкие с плоской мембраной или трубчатой пружиной.
- Электроконтактные манометры с магнитомеханическими контактами: коррозионностойкие с плоской или трубчатой мембраной, промышленные.
- Электроконтактные манометры взрывозащищённые: с взрывонепроницаемой оболочкой из нержавеющей стали или сплава алюминия, а также используемые для малых давлений.
- Дифференциальные мембранные манометры применяются для измерения перепада давления в газовых фильтрах или в сужающих устройствах расходомеров.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО МАНОМЕТРА
В большинстве манометров технология определения и расчета данных базируется на деформационных процессах в специальных измерительных блоках, например, в сильфонном. Этот элемент выступает индикатором, воспринимающим перепады давления. Блок становится и преобразователем разности в показателях давления – пользователь получает информацию в виде перемещения стрелки указателя на приборе. Кроме того, данные могут быть представлены в Паскалях, охватывая весь измерительный спектр. Такой способ отображения информации, к примеру, обеспечивает дифференциальный манометр Testo 510, который в процессе измерения избавляет пользователя от необходимости держать его в руке, так как на задней стороне прибора предусмотрены специальные магниты.
Сильфонный дифманометр типа ДС:
а — схема сильфонного блока; б — внешний вид; 1 — рабочий сильфон; 2 — кремний органическая жидкость; 3 — внутренняя полость сильфона; 4 — шток; 5 — пружины; 6 — неподвижный стакан; 7 — рычаг; 8 — тореной; 9 — ось; 10 — резиновые кольца; 11 — гофры; 12, 13 — вентили запорные и уравнительный
В механических же устройствах главным индикатором служит расположение стрелки, контролируемое рычажной системой. Движение указателя происходит до момента, пока перепады в системе не перестанут оказывать воздействие определенной силы. Классический пример данной системы показывает дифференциальный манометр ДМ серии 3538М, который обеспечивает пропорциональное преобразование дельты (разности давления) и предоставляет результат оператору в виде унифицированного сигнала.