Лекция 9

47. Принцип работы манометров, оснащенных автоматической системой сигнализации.

Манометр – прибор для измерения давление посредством деформации чувствительного элемента (пружина, мембрана и т.д.), который в свою очередь изменяет сопротивление тензодатчика. Отличие сигнализирующего манометра от других видов в том, что у первого имеется дополнительный электрический контакт, который в случае превышения допустимого давления замыкает электрическую цепь, которая включает сигнальные устройства (электрический звонок, сигнальная лампа и т.д.).

1. Область применения и конструкция напоромеров и тягомеров.

Напоромеры -манометры малых избыточных давлений до 40 КПа. Тягомеры -вакуумметры с пределом до минус 40 КПа. Напоромер, также как его модификации тягомер и тягонапоромер, используются для измерения малых величин вакуумметрического или избыточного давления природного газа, незапыленного сухого воздуха, и других различных газов, которые являются неагрессивными по отношению к контактируемым материалам: стали, цветным металлам и их сплавам. А также применяются для коммутации внешних электрических цепей в системах общепромышленной автоматики, например котельной, когда достигается пороговое, или по-другому придельное, значение давления, которое измеряется. Основная область применения напоромера состоит из котельного оборудования различных отраслей народного хозяйства.

Принцип действия напоромеров заключается в сбалансировании давления с помощью чувствительного элемента - герметичной мембранной коробки и ее силами упругой деформации.

Корпус напоромера имеет пластмассовый, со встроенным стеклянным экраном, который предназначен для удобного фиксирования измерительных данных, то есть показаний. Такой внешний вид не случаен, он увеличивает время эксплуатации прибора, особенно когда его используют в агрессивных средах или помещениях имеющих повышенную влажность воздуха.

Внутреннее устройство напоромера, также как и его модификаций, состоит из специальной мембранной коробки и тяг, которые передают усилие давление измеряемого вещества на стрелку, а та уже выводит данные на шкалу циферблата.

Во время работы, напоромеры не должны подвергаться сильным перегрузкам, значение которых превышает больше чем 25% от верхнего измеряемого предела. Их используют при утопленном щитовом монтаже.Цель их использования – непосредственный отсчет давления некристаллизующихся, устойчивых к различным сплавам сред в природных условиях, обусловленных климатом средней полосы.

1. Принцип работы электрических приборов давления.

Электрические манометры

В отличие от первичных приборов давления и приборов со встроенными преобразователями (давление — перемещение — унифицированный электрический сигнал) существуют электрические приборы давления, в чувствительных элементах которых происходит прямое преобразование давления в электрический измерительный сигнал.

Рекомендуемые материалы

Рассмотрим электрические манометры, принцип действия которых основан на зависимости электрического сопротивления веществ от измеряемого давления. Их называют тензопреобразователями. Тензопреобразователи изготовляют из полупроводников, константана, платины, сплавов меди и никеля. В приборах давления их используют в качестве чувствительных элементов, механически соединенных с мембраной или пружиной прибора, которая деформируется под действием измеряемого давления. В промышленности получили распространение приборы для измерения давления «Сапфир» (рис. 5, а), в которых в качестве чувствительного элемента служитсапфировая мембрана с напылёнными полупроводниковыми сопротивлениями. Тензопреобразователи из полупроводников по сравнению с металлическими обладают большей чувствительностью, малыми размерами и массой. Измерительная схема приборов «Сапфир» (рис. 5, 6) представляет собой электрический мост, в плечи которого установлены теизопреобразователи 3, располагаемые симметрично на мембране 2, воспринимающей измеряемое давление. Сигнал небаланса моста усиливается, и на выходе преобразователя 1 (рис. 5, а) получается унифицированный токовый сигнал (0-5 мА при сопротивлении нагрузки до 2,5 кОм). Приборы «Сапфир» выпускают следующих модификаций: манометры ДА, вакуумметры ДВ, дифманометры ДИ.

Для измерения высоких давлений (до 1000 МПа) применяют тензопреобразоеатели из манганина. В приборах для измерения Давления чувствительные элементы из этого материала выполняют в виде катушек. Сопротивления катушек под давлением определяют с помощью мостовых измерительных схем, а при необходимости точных измерений — потенциометрами.Недостатками приборов «Сапфир» являются необходимость индивидуальной градуировки и зависимость показаний прибора от температуры измеряемого объекта. Из-за последнего недостатка приходится вводить в измерительную схему приборов с тензопреобразователями устройства термокомпенсации. Принцип действия других электрических приборов для измерения давления основан на использовании пьезоэлектрического эффекта. Эффект связан с появлением электростатических зарядов на гранях кристаллов кварца при их деформации вдоль оси перпендикулярно этим граням. Кристаллы выполняют в виде двух пластин, механически соединенных с мембраной, на которую воздействует измеряемое давление. Пьезокварцевые манометры позволяют измерять давление до 100 МПа и широко применяются при измерении циклически меняющихся давлений большой частоты. Чувствительность таких преобразователей можно повысить, используя большее количество кварцевых пластин, увеличивая активную площадь мембраны или удлиняя пластину. Недостатками пьезокварцевых манометров является низкая точность измерения статического давления из-за утечки электрического заряда, а достоинством их — низкая температурная погрешность.

1. Жидкостные дифференциальные манометры для измерения перепада давления и расхода жидкости.

Жидкостной дифманометр– это прибор, в котором перепад давления измеряется величиной гидростатического столба жидкости, уравновешивающего перепад. К жидкостным относятся трубные (U-образные), поплавковые, колокольные и кольцевые дифманометры.

Колокольный дифманометр представляет собой колокол, погружённый в жидкость и перемещающийся под влиянием разности давлений внутри (большее) и снаружи (меньшее) колокола.

Противодействующая измеряемому давлению сила создаётся утяжелением колокола (гидростатическое уравновешивание) или деформацией пружины, на которой подвешивается колокол (механическое уравновешивание).

Действие двухтрубного дифманометра (u-образный дифманометр) основано на использовании сообщающихся сосудов, заполненных жидкостью, столб которой одновременно является гидравлическим затвором и создаёт гидростатическое давление, противодействующее измеряемому. Один конец U-образной трубки, заполненной жидкостью, соединяют с замкнутым пространством, в котором надо измерить избыточное давление, а второй остаётся открытым (под барометрическим давлением).

Разность уровней жидкости в трубках показывает избыточное давление. Величина перемещения жидкости в трубке однотрубного Д. прямо пропорциональна измеряемому перепаду давлений и зависит от соотношения квадратов диаметров или площадей сечения трубки и сосуда.

1. Деформационные дифференциальные манометры для измерения перепада давления и расхода жидкости.

Деформационные манометры. Измеряемое давление или разность давлений определяется по деформации упругих чувствит. элементов: трубчатых манометрич. пружин - одно- и двухвитковых, S-образных, винтовых, геликоидальных, спиральных; плоских и гофрированных мембран; мембранных коробок; сильфонов; цилиндрич. трубок и стаканов. Под действием давления деформируется сечение пружины и происходит перемещение ее своб. конца, преобразуемое передаточным механизмом в перемещение стрелки, к-рая показывает давление по шкале. Конструктивно дифманометр состоит из двух частей-сильфонного блока и показывающей части. Сильфонный дифманометр. Принцип действия основан на использовании деформации упругой системы (сильфоны, цилиндрические пружины, торсионная трубка) при воздействии на нее измеряемого перепада давления. Механизм показывающей части собран в круглом корпусе диаметром и представляет собой трибко-секторный механизм, на оси которого установлена показывающая стрелка. В мембранных дифманометрах мембрана под воздействием давления прогибается, и по размеру прогиба происходит определение измеряемого давления.

1. Назначение, принцип работы и разновидности измерительных преобразователей.

Измери?тельный преобразова?тель — техническое средство с нормативными метрологическими характеристиками, служащее для преобразования измеряемой величины в другую величину или измерительный сигнал, удобный для обработки, хранения, дальнейших преобразований, индикации и передачи, но непосредственно не воспринимаемый оператором. ИП или входит в состав какого-либо измерительного прибора (измерительной установки, измерительной системы и др.), или применяется вместе с каким-либо средством измерений.

Классификация

По характеру преобразования:

Аналоговый измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, преобразующий одну аналоговую величину (аналоговый измерительный сигнал) в другую аналоговую величину (измерительный сигнал);

Аналого-цифровой измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования аналогового измерительного сигнала в цифровой код;

Цифро-аналоговый измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для преобразования числового кода в аналоговую величину.

По месту в измерительной цепи:

Первичный измерительный преобразователь — Первичный измерительный преобразователь - измерительный преобразователь, на который непосредственно воздействует измеряемая физическая величина. Первичный измерительный преобразователь является первым в преобразователем в измерительной цепи измерительного прибора;

Датчик — конструктивно обособленный первичный измерительный преобразователь;

Детектор — датчик в области измерений ионизирующих излучений;

Промежуточный измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, занимающий место в измерительной цепи после первичного преобразователя.

По другим признакам:

Передающий измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для дистанционной передачи сигнала измерительной информации;

Масштабный измерительный преобразователь — измерительный преобразователь, предназначенный для изменения размера величины или измерительного сигнала в заданное число раз.

По принципу действия ИП делятся на генераторные и параметрические.

1. Тензорезисторные передающие преобразователи.

Тензорезистор (от лат. tensus — напряжённый и от резистор) — резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от его деформации[1]. Тензорезисторы используются в тензометрии. С помощью тензорезисторов можно измерять деформации механически связанных с ними элементов.[2], Тензорезистор является основной составной частью тензодатчиков, применяющихся для косвенного измерения силы, давления, веса, механических напряжений, крутящих моментов и пр.

Принцип действия

Принцип действия хорошо проиллюстрирован на картинке за одним небольшим замечанием - в реальности изменения сопротивления весьма малы и требуют прецизионных усилителей или АЦП. Он заключается в изменении электрического сопротивления проводников и полупроводников при их механической деформации.

Тензорезисторы используются в качестве первичных преобразователей при измерениях механических величин (силы, крутящего момента, перемещения, давления и пр.).

1. Дифференциально-трансформаторная система передачи информации.

При подаче переменного напряжения на первичные обмотки преобразователей во вторичных обмотках индуцируется ЭДС, значение и фаза которой зависят от поло­жения сердечника в катушке. Сердечник дифференциально-трансформаторного преобразователя датчика связан с чувствительным элементом (метрической пружиной, мембраной) прибора. Сердечник преобразователя, встроенный во вторичный прибор, связан через эксценгрик с выходным валом реверсивного дви­гателя. При рассогласовании положений сердеч­ников появляется сигнал разбаланса, который после усиления приводит во вращение двига­тель РД. При этом показания прибора и положение сердечника тех пор, пока сигналы станут равными нулю.

ВП изменяются рассогласования

1. Электросиловая система передачи информации

Электросиловое оборудование предоставляет современным инженерным системам возможности гибкого и плавного регулирования параметров и характеристик силовых агрегатов. Оборудование частотного электропривода находит всё большее применение в современных технологических приложениях на объектах заказчиков. Принцип частотного регулирования силового электродвигателя позволяет кардинальным образом расширить возможности эксплуатации данного типа оборудования. Электросиловая система производит перевод входных величин в силовую электрическую силу, как правило, для регулирования технических параметров.

1.  Автоматическое регулирование соотношения расходов газа и воздуха (по коэффициенту α).

Автоматическое регулирование расхода топлива необходимо для регулирования тепловой нагрузки печи. Численно соотношение топливо-воздух определяется коэффициентом расхода воздуха α:

α = ; где B _b – действительный расход воздуха; V_b- теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 тонны топлива.  B_m – расход топлива. Для точного определения α необходимо точное значение расхода топлива, воздуха и состава топлива. При недостаточном количестве воздуха α<1  (температура будет ниже) топливо сгорает не полностью максимальная температура в печи не достигается. При избытке воздуха α>1 топливо сгорает полностью, но часть выделившегося тепла идет на нагрев избытка воздуха (температура меньше максимальной). При α=1 достигается максимальная температура. Следовательно по значению коэффициента избытка воздуха происходит регулирование соотношения расхода газа и воздуха.

57. Совместное регулирование температуры и соотношения расходов газа и воздуха в пламенных печах.

Температура в печи определяется интенсивностью подвода и сжигания топлива и в этом смысле она является регулируемым параметром. Так как за качественное и количественное отношение сжигания топлива отвечает процесс регулирования отношения топлива и воздуха, то следует, что соотношение газ-воздух является регулируемой величиной изменения температуры. Если необходимо понизить температуру в печи, то уменьшают коэффициент расхода воздуха α, и наоборот. Максимальная температура в печи достигается при α=1. (Смотри предыдущий вопрос)

58. Классификация средств измерения расхода, их устройство, область применения, преимущества и недостатки.

Расход вещества измеряется с помощью расходомеров, представляющих собой средства измерений или измерительные при­боры расхода. Многие расходомеры предназначены не только для измерения расхода, но и для измерения массы или объема веще­ства, проходящего через средство измерения в течение любого, про­извольно взятого промежутка времени. Расходомеры, наиболее широко рас­пространенные в пищевой промышленности, по принципу действия разделяются на следующие основные группы: переменного пере­пада давления; обтекания — постоянного перепада  давления; тахометрические; электромагнитные; переменного уровня; тепловые; вихревые; акустические. Кроме того, известны расходомеры, осно­ванные на других принципах действия: резонансные, оптические, ионизационные, меточные и др. Однако многие из них находятся в стадии разработки и широкого применения пока не получили.

1. Расходомеры переменного перепада давления (с сужающими уст­ройствами; с гидравлическими сопротивлениями; центробежные; с на­порными устройствами; струйные), преобразующие скоростной напор в перепад давления. 2. Расходомеры обтекания (расходомеры постоянного перепада-ро­таметры, поплавковые, поршневые, гидродинамические), преобразующие скоростной напор в перемещение обтекаемого тела. 3. Тахометрические расходомеры (турбинные с аксиальной или тан­генциальной турбиной; шариковые), преобразующие скорость потока в угловую скорость вращения обтекаемого элемента (лопастей турбинки или шарика). 4. Электромагнитные расходомеры, преобразующие скорость движу­щейся в магнитном поле проводящей жидкости в ЭДС. 5. Ультразвуковые расходомеры, основанные на эффекте увлечения звуковых колебаний движущейся средой. 6. Инерциальные расходомеры (турбосиловые; кориолисовы; гиг­роскопический) , основанные на инерционном воздействии массы движу­щейся с линейном ускорением жидкости.

7. Тепловые расходомеры (калориметрические; термоанемометрические), основанные на эффекте переноса тепла движущейся средой от нагретого тела. 8. Оптические расходомеры, основанные на эффекте увлечения света движущейся средой (Физо-Френели) или рассеяния света движущимися

частицами (Лонплера). 9. Меточные расходомеры (с тепловыми, ионизационными, магнит­ными, концентрационными, турбулентными метками), основанные на измерении скорости или состоянии метки при прохождении ее между двумя фиксированными сечениями потока. Первичный прибор в расходомере может быть – сопло или диафрагма. Недостаток – высокая погрешность.

59.Принцип работы расходомеров постоянного перепада давления.

Принцип действия ротаметров лежит вертикальное перемещение чувствительного элемента (поплавка) под действием потока среды (рис.4). В этих приборах в следствии

изменения проходного сечения (расстояние между поплавком и внутренней стенкой конической трубки) разность давлений на поплавок (перепад давлений) в момент равновесия остается величиной постоянной.

Таким образом, положение поплавка относительно шкалы ротаметра является мерой расхода. При вертикальном перемещении поплавка момент равновесия наступает тогда, когда силы, действующие на поплавок сверху вниз (сила тяжести Fm и сила от действия потока на верхнюю плоскость поплавка Fпв) и снизу вверх (сила действия потока на нижнюю часть поплавка Fпи и сила трения потока о поплавки Fтр), уравновешиваются, т.е. когда Fm + Fпв = Fпи +Fтр, положение у поплавка соответствует определенная величина расхода. После выражения сил, действующих на поплавок, через физические параметры поплавка и среды, а также геометрические размеры поплавка и площадь сечения струя уравнения объемного расхода жидкости при определенном положении поплавка имеет вид:

Qo = Sk √ 2gVn(Pn-P)

PSn

где Qо – объемный расход измеряемой среды, м³/с;

 – коэффициент расхода;

Sk – площадь сечения струи, образованного телом поплавка и внутренней стенкой конической трубки, м³;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

Pn – плотность материала, из которого изготовлен поплавок, кг/м³;

Vn – объем поплавка, м³;

Р – плотность измеряемой среды, кг,м³;

Sn – площадь сечения верхней части поплавка, м².

Если Вам понравилась эта лекция, то понравится и эта - 14 - Дистанционные методы поисков.

Коэффициент расхода  зависит от конусности трубки, неравномерности в распределении скоростей в кольцевом сечении, потерь на местные сопротивления внутри прибора, геометрической формы и размеров поплавка и прочее.

Ротаметры изготавливают со стеклянными и металлическими трубками, последние снабжаются измерительными преобразователями сигналов и работают в комплекте с измерительными приборами.

Наибольшее распространение получили ротаметры для местного измерения расхода жидкости. Это стеклянная коническая трубка, зажатая между патрубками с фланцами. Патрубки соединены посредством стоек арматуры (тягами), которые являются ребрами жесткости. Внутри трубки имеется поплавок, перемещающейся под действием жидкости или газа потока. Поплавок плавно перемещается за счет вращательного движения и устанавливается в середине потока. Внутри нижнего патрубка имеется седло, на которое опускается поплавок при отсутствии расхода. Верхний патрубок имеет ограниченность хода. Шкала ротаметра наносится непосредственно на стеклянную трубку. Указателем расхода у таких ротаметров служит верхнее горизонтальная плоскость поплавка.

В технологических схемах пищевых производств широко используются трубопроводы, по которым подаются жидкости, газы, проводы и сборники. Трубопроводы и

сборники являются весьма распространенными объектами

регулирования при автоматизации пищевых производств.