Приборы для измерения давления

Давление и его виды, единицы измерения. Давлением жидкости, газа или пара называют силу, действующую равномерно на единицу площади. При измерении различают барометрическое, избыточное и абсолютное давление.

Барометрическое (атмосферное) давление р_б — давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы. Величина превышения дав­ления измеряемой среды над барометрическим составляет избыточное дав­ление р. Показаниями подавляющего большинства приборов, измеряющих давление, является именно избыточное давление. Абсолютное |полное) дав­ление — это давление жидкости или газа в закрытом сосуде, т. е. это абсо­лютное давление среды р_а, которое может быть больше или меньше бароме­трического. В первом случае абсолютное давление равно сумме барометри­ческого и избыточного давлений (р_а = р₆ + р_из6), во втором случае абсолютное давление меньше барометрического на величину р_р, называемую разрежением (р_а = р₆ + р_р)•

Жидкостные стеклянные манометры. Различают двухтрубные (U-образные) и однотрубные (чашечные) жидкостные стеклянные манометры, они исполь­зуются для измерения давления газа или воздуха до 5 кПа (500 мм вод. ст.). В качестве рабочего вещества в них используются жидкости — вода, этило­вый спирт, ртуть.

Тягомеры и напоромеры. Для измерения небольших разрежений и из­быточных давлений (продуктов горения, газа, воздуха) применяются тяго­меры (для разрежения), напоромеры (для давления) и тягонапоромеры (для разрежения и давления). Эти приборы широко используются для определе­ния давления, разрежения в топках, газоходах и воздуховодах котла и имеют одностороннюю или двустороннюю (тягонапоромеры) шкалу, градуи­рованную в Па, кгс/м² или мм вод. ст.

Так как между этими приборами нет существенного различия, доста­точно рассмотрения, например, тягонапоромеров. Наибольшее распростра­нение получили жидкостные стеклянные и мембранные тягонапоромеры.

Жидкостные тягонапоромерыпо сути не отличаются от жидкостных одно- и двухтрубных манометров. Приборы заполняются чаще всего этило­вым спиртом или дистиллированной водой.

При относительно точных измерениях небольших избыточных давле­ний или разрежений до 2 кПа (до 200 кгс/м²) применяются жидкостные однотрубные (чашечные) тягонапоромеры с наклонной измерительной труб­кой типа ТНЖ-Н и ТНЖ-Щ (соответственно для настенного и щитового монтажа).

Жидкостный однотрубный тягонапоромер типа ТНЖ-Н (рис. 1.8) по­казан со снятой передней крышкой. Он состоит из стеклянного сосуда 14 и присоединенной к нему стеклянной измерительной трубки 12 внутренним диаметром 2...2,5 мм, укрепленных при помощи скоб и винтов в металли­ческом корпусе 11. Около трубки расположена шкала 13, которую можно перемещать с помощью ходового винта 5 с головкой 9. Ходовой винт с го­ловкой служит для корректировки нуля, позволяя при установке и экс­плуатации прибора совмещать нулевую отметку шкалы с меткой рабочей жидкости в измерительной трубке. В верхней части корпуса закреплены штуцеры 3 и 6, соединенные резиновыми трубками 2 и 10 соответственно с сосудом 14 и измерительной трубкой 12.

Рис 1.8. Жидкостный однотрубный тягонапоромер типа ТНЖ-Н:

1,8 — ушки; 2,10 — резиновые трубки; 3,6 — штуцеры; 4 — уровень; 5 — ходовой винт; 7 — винт для установки прибора на уровень; 9 — головка винта; 11 — корпус; 12 — измерительная трубка; 13 — шкала; 14 — стеклянный сосуд

При измерении давления прибор сообщается со средой через штуцер 3, а при измерении разрежения — через штуцер 6.

Для установки тягонапоромера под определенным углом наклона слу­жит уровень 4. Установка прибора производится при помощи ушек 1 и 8, из которых последнее позволяет менять угол наклона корпуса с помощью винта 7.

Тягонапоромеры типов ТНЖ-Н и ТНЖ-Щ имеют верхний предел из­мерения 0,25; 0,4; 0,6; 1,0 и 1,6 кПа (25; 40; 63; 100 и 160 кгс/м²). В каче­стве рабочей жидкости используется подкрашенный этиловый спирт плот­ностью 850 кг/м³.

Для технических измерений применяется жидкостный дифференци­альный тягонапоромер типа ТДЖ (рис. 2.11). Прибор имеет стеклянную измерительную трубку 1 внутренним диаметром 10 мм, расположенную вертикально и соединенную резиновой трубкой 4 с сосудом 6 с жидкостью. Для установки нулевого положения мениска жидкости по шкале 2 сосуд 6 можно перемещать по вертикали при помощи ходового винта 5. Тягонапо­ромер комплектуется из отдельных приборов на несколько (до шести) точек измерения с общей фронтальной рамой 3.

Тягонапоромеры типа ТДЖ имеют шкалу с верхним пределом измере­ния 1,6... 6,3 кПа (160... 630 кгс/м²). Рабочей жидкостью является подкра­шенная дистиллированная вода.

Рис. 1.9. Жидкостный дифференциалкный тягонапоромер типа ТДЖ:

1 — измерительная трубка,

2 — шкала; 3 — фрон­тальная рама;

4 — резиновая трубка;

5— ходовой винт;

6 — сосуд с жидкостью

Мембранные тягонапоромеры явля­ются показывающими приборами. Боль­шое распространение получили мембранные тягонапоромеры типов TM-II1 (тягомер), НМ-111 (напоромер) и THI1- П1 (тягонапоромер) с горизонтальной профильной шкалой и рычажным пере­даточным механизмом. Их устройство принципиально одинаковое за исклю­чением передаточного механизма, фор­мы шкалы и корпуса.

На рис. 1.10 изображен мембран­ный тягомер типа ТМ-П1. В прямо­угольном корпусе (на рисунке не по­казан) при помощи штуцера 8 плена упругая мембранная коробка 1, состоящая из двух спаянных по краям гофрированных дисковых мембран, выполненных из бериллиевой бронзы. Внутренняя полость мембранной коробки сообщается с измеряемой средой (в данном случае со средой меньщ_его давления), а полость корпуса прибора — с атмосферой (со средой большего давления). С помощью поводка 4 верхняя часть мембранной коробки соеди­нена с фасонным рычагом 2, сидящим на оси 3. Для увеличения жесткости упругой системы ось 3 закреплена на скобообразной плоской пружине 5.

Под воздействием переменной разности давлений мембранная коробка сжимается и разжимается, вызывая перемещение рычага 2, тяги 14 и ры­чага 9у сидящего на оси 12. На этой же оси закреплена стопорным винтом 10 указывающая стрелка 13 с противовесом 11. Конец стрелки передвига­ется вдоль горизонтальной профильной шкалы (на рисунке не показана). Спиральная пружина (волосок 15), закрепленная одним концом на оси стрелки и другим на неподвижной части прибора, служит для устранения влияния зазоров (люфтов) в сочленениях рычажного механизма.

Для установки стрелки прибора на начальную отметку шкалы служит корректор нуля 6. При вращении винта корректора происходят изгиб пру­жины 5 и передвижение рычажной системы, связанной со стрелкой.

Рис. 1.10. Показывающий мембранный тягомер типа ТМ-П1 с профильной шкалой:

1 — мембранная коробка; 2 — фасонный рычаг; 3,12 — оси; 4 — поводок;
5 — пружина; 5 — кор­ректор нуля; 7 — соединительная трубка; 8 — штуцер; 9 — рычаг; 10 — стопорный винт, противовес; 13 — стрелка; 14 — тяга, 15 — волосок

Пружинные манометры.Наиболее широкое применение для измерения из­быточного давления жидкости, газа и пара получили пружинные манометры.

Принцип действия пружинных манометров основан на использовании упругой деформации специальных пружин, возникающей под влиянием из­меряемого давления. По роду применяемых пружин манометры подразделяют на трубчатые (с одновитковой и многовитковой трубчатыми пружина­ми) и мембранные (с гармониковой мембраной — сильфоном).

Рис. 1.11. Показывающий манометр с одновитковой трубчатой пружиной:

1 — трубчатая пружина; 2 — стрелка; 3 — зубчатый сектор; 4 — пробка; 5 — поводок; б — корпус; 7 — штуцер; 8 — держатель; 9 — шкала; 10 — спиральная пружина; li — шестеренка

Показывающий манометр с одновитковой трубчатой пружиной при­веден на рис. 1.11. Трубчатая пружина 1 эллиптического сечения одним концом жестко соединена с держателем 8, укрепленным в корпусе 6 мано­метра. Держатель имеет штуцер 7 с резьбой, служащей для сообщения при­бора с измеряемой средой. Свободный конец пружины закрыт запаянной пробкой 4 с шарнирной осью. Посредством поводка 5 он связан с передаточ­ным механизмом, состоящим из зубчатого сектора 3, сцепленного с шесте­ренкой 11, сидящей неподвижно на оси вместе с указывающей стрелкой 2. Спиральная пружина 10 прижимает зубцы шестеренки к зубцам сектора и устраняет «мертвый ход».

Под действием измеряемого давления трубчатая пружина частично раскручивается и тянет за собой поводок, приводящий в движение зубчато­секторный механизм и стрелку манометра, показывающую по шкале 9 ве­личину этого давления.

По функциям различают технические, контрольные и образцовые ма­нометры. Контрольные манометры типа МКО являются переносными при­борами, служащими для периодических точных измерений давления, а также для поверки технических манометров на рабочем месте. Образцовые пружинные манометры типа МО применяются для поверки технических и контрольных манометров.

Электроконтактные манометры. В системах автоматического регулирова­ния технологических процессов, в схемах сигнализации, устройствах тепло­вой защиты нашли применение электроконтактные манометры. На рис. 1.12 показаны внешний вид и принципиальная схема электроконтактного мано­метра. В приборе типа ЭКМ в качестве упругого чувствительного элемента используется одновитковая трубчатая пружина. По устройству прибор типа ЭКМ отличается от рассмотренного на рис. 1.11 пружинного манометра лишь наличием специальных электрических контактов i, 2 и 5. Установка контак­тов 1 и 2 может быть выполнена на любые отметки рабочей шкалы манометра вращением винта в головке 3, расположенной на наружной стороне стекла.

Если измеряемое давление среды в объекте уменьшится и достигнет нижнего значения, заданного на шкале с помощью контакта 1, то стрелка 4 посредством контакта 5 замкнет цепь и включится лампа определенного цвета, например, зеленого JI₃.

Если же давление среды увеличится до верхнего значения, заданного с помощью контакта 2, то стрелка с помощью контакта 5 замкнет цепь красной лампы JI_K.

Приборы типа ЭКМ имеют класс точности 2,5.

Рис. 1.12.

Электроконтактный манометр типа ЭКМ:

а — внешний вид;

6 — схема прибора;

1,2,5 — электрические контакты;

3 — головка с винтом;

4 — стрелка;

Л_к, Л_з — лампы красного и зеленого цвета;

р — измеряемое

давление среды

Манометры электрические дистанционные. В пружинных манометрах элек­трических дистанционных типа МЭД происходит преобразование в электри­ческий сигнал давления измеряемой среды, приводящего к механической деформации измерительной части прибора. Действие прибора типа МЭД осно­вано на использовании деформации одновитковой трубчатой пружины 1 (рис. 1.13), свободный конец которой связан рычагом со стальным сердечником (плунжером) 2 дифференциально-трансформаторного преобразователя 3.

Преобразователь состоит из двух секций первичной обмотки, намотан­ных последовательно (согласно), двух секций вторичной (выходной) обмотки, включенных встречно, и подвижного сердечника. Создаваемый первичной обмоткой преобразователя магнитный поток индуцирует в секциях выходной обмотки ЭДС е₁ и е₂, значения которых

ъ=\хэ.жзависят от тока питания первичной обмотки и взаимных индуктивностей М₁ и М₂ между первой и второй сек­циями вторичной обмотки и первичной обмоткой. Взаимные индуктивности М₁ и М₂ равны между собой при среднем положении сердечника внутри катушки преобразователя. При перемещении сердечника вверх из среднего положения значение М₁ увеличивается, а М₂ уменьшается. При этом из­меняются величина и фаза выходного сиг-
нала Едифференциально-транс­форматорного пре-
образователя. Приборы типа МЭД имеют классы точности 1 и 1,6.

Рис. 1.13. Пружинный манометр электрический дистанционный типа МЭД:

1 — трубчатая пружина; 2 — сердечник (плунжер); 3 — дифференциально- трансформаторный преобразователь; R₁ и R₂ — электрические сопротив­ления; р — импульс давления; Е — выходной сигнал