Измерение давления необходимо для управления технологическими процессами и обеспечения безопасности производства. Кроме того, этот параметр используется при косвенных измерениях других технологических параметров: уровня, расхода, температуры, плотности и т. д. В СИ за единицу давления принят паскаль (Па).
Обычно измеряют избыточное давление Ризб. При этом за нуль (начало отсчета) принимают атмосферное давление Ратм. Сумма атмосферного и избыточного давлений представляет собой абсолютное давление, т. е.
Рабс = Ратм + Ризб
Если абсолютное давление меньше атмосферного, то их разность называется разрежением или вакуумом:
Рвак = Ратм — Рабс
В большинстве случаев первичные преобразователи давления имеют неэлектрический выходной сигнал в виде силы или перемещения и объединены в один блок с измерительным прибором. Если результаты измерений необходимо передавать на расстояние, то применяют промежуточное преобразование этого неэлектрического сигнала в унифицированный электрический или пневматический. При этом первичный и промежуточный преобразователи объединяют в один измерительный преобразователь.
В зависимости от вида и величины измеряемого давления приборы для измерения давления условно делят на:
манометры — для измерения избыточного давления в широком диапазоне;
напоромеры — для измерения избыточного давления до 0,4•105 Па;
вакуумметры — для измерения глубокого разрежения;
тягомеры — для измерения разрежения до 0,4•105 Па;
тягонапоромеры — для измерения избыточного давления до 0,4•105 Па и разрежения до 0,4•105 Па;
дифференциальные манометры (дифманометры)— для измерения разности (перепада) давлений.
В большинстве приборов измеряемое давление преобразуется в деформацию упругих элементов, поэтому они называются деформационными.
Деформационные приборы широко применяют для измерения давления при ведении технологических процессов благодаря простоте устройства, удобству и безопасности в работе. Все деформационные приборы имеют в схеме какой-либо упругий элемент, который деформируется под действием измеряемого давления: трубчатую пружину, мембрану или сильфон.
Наибольшее применение получили приборы с трубчатой пружиной. Их выпускают в виде показывающих манометров и вакуумметров с максимальным пределом измерений до 10000•105 Па. В таких приборах (рис. 1) с изменением измеряемого давления р трубчатая пружина 1 изменяет свою кривизну, ее свободный конец через тягу 2 поворачивает зубчатый сектор 3 и находящуюся с ним в зацеплении шестерню 4. Вместе с шестерней поворачивается закрепленная на ней стрелка 5, перемещающаяся вдоль шкалы б. Для дистанционной передачи показаний выпускают манометры с промежуточными преобразователями с токовым и пневматическим выходом (МП-Э, МП-П), а также с дифференциально-трансформаторными преобразователями (МЭД).
Манометр с трубчатой пружиной:
1-трубчатая пружина; 2-тяга; 3-зубчатый сектор; 4-шестерня; 5-стрелка; 6—шкала.
Из мембранных приборов широко используют бесшкальные дифманометры ДМ (рис. 2), снабженные дифференциально-трансформаторным преобразователем перемещения в унифицированный сигнал напряжения переменного тока.
Упругим чувствительным элементом такого дифманометра является мембранный блок, состоящий из двух сообщающихся мембранных коробок 1 и 2, заполненных жидкостью. Перепад давлений в камерах дифманометра вызывает деформацию мембранных коробок. При этом сжатие нижней мембранной коробки больше и жидкость вытесняется из нее в верхнюю мембранную коробку, вызывая тем самым ее расширение. Перемещение верхней мембраны передается жестко связанному с ней плунжеру дифференциально-трансформаторного преобразователя 3.
Дифманометр снабжен вентилями «+», «—» и «0». Через вентиль «+» к дифманометру подводится большее давление, а через вентиль «—» – меньшее. При работе дифманометра оба эти вентиля открыты, а вентиль «0» закрыт. Если вентили «+» и «—» закрыть, а уравнительный вентиль «0» открыть, то давления в камерах дифманометра станут одинаковыми. При этом стрелка измерительного прибора КСД должна установиться на делении, соответствующем нулевому перепаду давлений.
Промышленность выпускает также мембранные дифманометры с промежуточными преобразователями, имеющими унифицированные токовые или пневматические сигналы (например, ДМ-Э и ДМ-П).
Для преобразования деформации мембраны в унифицированный токовый сигнал применяют также тензорезисторные промежуточные преобразователи, в которых сопротивление резистора изменяется при его растяжении или сжатии. В таких приборах (рис. 3, а) тензорезистор 1 укреплен на жесткой измерительной мембране 2. Деформация мембраны, пропорциональная приложенному давлению р, приводит к деформации тензорезистора и изменению его сопротивления. Это сопротивление преобразуется измерительной схемой З, включающей неуравновешенный мост, в выходной сигнал постоянного тока i. Так как деформация жесткой мембраны мала, то применяют полупроводниковые кремниевые тензорезисторы, обладающие высокой чувствительностью.
В дифманометрах (рис. 3, б) чувствительным элементом служит блок из двух неупругих мембран 4 и 5, соединенных между собой штоком 6. Смещение этого штока под действием перепада давлений приводит к изгибу рычага 7 и деформации измерительной мембраны 2. Мембраны 4 и 5 выполнены из коррозионно-стойкого материала, что позволяет использовать дифманометр для измерений в сильноагрессивных средах.
Для измерения давления агрессивных сред применяют датчики, снабженные защитной мембраной 4, изготовленной, как и в дифманометрах, из коррозиойно-стойкого материала (рис. 3, в). Измеряемое давление р передается к измерительной мембране 2 через силиконовое масло которым заполнена внутренняя полость датчика 8.
Промышленные тензорезисторные преобразователи типа «Сапфир» предназначены для преобразования давления до 100 МПа, разрежения и разности давлений до 16 МПа в пропорциональное значение выходного сигнала — постоянного тока.
Мембранный дифманометр:
1 и 2— мембранные коробки; 3 — дифференциально-трансформаторный преобразователь.
Тензорезисторные приборы:
а — манометр для неагрессивных сред; б— дифманометр; в — манометр для агрессивных сред; 1- тензорезистор; 2-измерительная мембрана; 3 – промежуточный преобразователь сопротивления тензорезистора в ток; 4, 5 — коррозийно-стойкие мембраны; 6 — шток;7—рычаг; 8 — внутренняя полость датчика.
Особенности эксплуатации приборов для измерения давления. При эксплуатации приборов, измеряющих давление, часто требуется защита их от агрессивного и теплового воздействия среды.
Если среда химически активна по отношению к материалу прибора, то его защиту производят с помощью разделительных сосудов или мембранных разделителей.
Разделительный сосуд (рис. 4, а) заполняется жид костью, инертной по отношению к материалу прибора, соединительных трубок и самого сосуда. Кроме того, разделительная жидкость не должна химически взаимодействовать с измеряемой средой или смешиваться с ней. В качестве разделительных жидкостей применяют водные растворы глицерина, этиленгликоль, технические масла и др.
В мембранном разделителе (рис. 4, б) измеряемая среда отделяется от прибора мембраной с малой жесткостью из нержавеющей стали или фторопласта для передачи давления от мембраны к прибору полость между ними заполняют жидкостью.
Для предохранения прибора от действия высокой температуры среды применяют сифонные трубки (рис. 4, в).
Деформационные приборы требуют периодической поверки. В эксплуатационных условиях у них проверяют нулевую и рабочую точки шкалы. Для этого применяют трехходовые краны (рис. 5). При поверке нулевой точки прибор соединяют с атмосферой (положение в). Стрелка прибора должна вернуться к нулевой отметке. Поверку прибора в рабочей точке шкалы (положение б) осуществляют по контрольному манометру, укрепляемому на боковом фланце. При пользовании краном необходимо строго соблюдать плавность включения и выключения прибора.
С помощью трехходового крана можно проводить также продувку соединительной линии (положение г).
Защитные устройства:
а – разделительный сосуд; б – мембранный разделитель; в – сифонная трубка.
Поверка манометров с помощью трехходового крана:
а — измерение; б — поверка в рабочей точке шкалы; в — поверка нуля; г — продувка соединительной линии: 1 — манометр; 2— трехходовой кран; 3 — контрольный манометр.
Измерение давления необходимо для управления технологическими процессами и обеспечения безопасности производства. Кроме того, этот параметр используется при косвенных измерениях других технологических параметров: уровня, расхода, температуры, плотности и т. д. В СИ за единицу давления принят паскаль (Па).
Обычно измеряют избыточное давление Ризб. При этом за нуль (начало отсчета) принимают атмосферное давление Ратм. Сумма атмосферного и избыточного давлений представляет собой абсолютное давление, т. е.
Рабс = Ратм + Ризб
Если абсолютное давление меньше атмосферного, то их разность называется разрежением или вакуумом:
Рвак = Ратм — Рабс
В большинстве случаев первичные преобразователи давления имеют неэлектрический выходной сигнал в виде силы или перемещения и объединены в один блок с измерительным прибором. Если результаты измерений необходимо передавать на расстояние, то применяют промежуточное преобразование этого неэлектрического сигнала в унифицированный электрический или пневматический. При этом первичный и промежуточный преобразователи объединяют в один измерительный преобразователь.
В зависимости от вида и величины измеряемого давления приборы для измерения давления условно делят на:
манометры — для измерения избыточного давления в широком диапазоне;
напоромеры — для измерения избыточного давления до 0,4•105 Па;
вакуумметры — для измерения глубокого разрежения;
тягомеры — для измерения разрежения до 0,4•105 Па;
тягонапоромеры — для измерения избыточного давления до 0,4•105 Па и разрежения до 0,4•105 Па;
дифференциальные манометры (дифманометры)— для измерения разности (перепада) давлений.
В большинстве приборов измеряемое давление преобразуется в деформацию упругих элементов, поэтому они называются деформационными.
Деформационные приборы широко применяют для измерения давления при ведении технологических процессов благодаря простоте устройства, удобству и безопасности в работе. Все деформационные приборы имеют в схеме какой-либо упругий элемент, который деформируется под действием измеряемого давления: трубчатую пружину, мембрану или сильфон.
Наибольшее применение получили приборы с трубчатой пружиной. Их выпускают в виде показывающих манометров и вакуумметров с максимальным пределом измерений до 10000•105 Па. В таких приборах (рис. 1) с изменением измеряемого давления р трубчатая пружина 1 изменяет свою кривизну, ее свободный конец через тягу 2 поворачивает зубчатый сектор 3 и находящуюся с ним в зацеплении шестерню 4. Вместе с шестерней поворачивается закрепленная на ней стрелка 5, перемещающаяся вдоль шкалы б. Для дистанционной передачи показаний выпускают манометры с промежуточными преобразователями с токовым и пневматическим выходом (МП-Э, МП-П), а также с дифференциально-трансформаторными преобразователями (МЭД).
Манометр с трубчатой пружиной:
1-трубчатая пружина; 2-тяга; 3-зубчатый сектор; 4-шестерня; 5-стрелка; 6—шкала.
Из мембранных приборов широко используют бесшкальные дифманометры ДМ (рис. 2), снабженные дифференциально-трансформаторным преобразователем перемещения в унифицированный сигнал напряжения переменного тока.
Упругим чувствительным элементом такого дифманометра является мембранный блок, состоящий из двух сообщающихся мембранных коробок 1 и 2, заполненных жидкостью. Перепад давлений в камерах дифманометра вызывает деформацию мембранных коробок. При этом сжатие нижней мембранной коробки больше и жидкость вытесняется из нее в верхнюю мембранную коробку, вызывая тем самым ее расширение. Перемещение верхней мембраны передается жестко связанному с ней плунжеру дифференциально-трансформаторного преобразователя 3.
Дифманометр снабжен вентилями «+», «—» и «0». Через вентиль «+» к дифманометру подводится большее давление, а через вентиль «—» – меньшее. При работе дифманометра оба эти вентиля открыты, а вентиль «0» закрыт. Если вентили «+» и «—» закрыть, а уравнительный вентиль «0» открыть, то давления в камерах дифманометра станут одинаковыми. При этом стрелка измерительного прибора КСД должна установиться на делении, соответствующем нулевому перепаду давлений.
Промышленность выпускает также мембранные дифманометры с промежуточными преобразователями, имеющими унифицированные токовые или пневматические сигналы (например, ДМ-Э и ДМ-П).
Для преобразования деформации мембраны в унифицированный токовый сигнал применяют также тензорезисторные промежуточные преобразователи, в которых сопротивление резистора изменяется при его растяжении или сжатии. В таких приборах (рис. 3, а) тензорезистор 1 укреплен на жесткой измерительной мембране 2. Деформация мембраны, пропорциональная приложенному давлению р, приводит к деформации тензорезистора и изменению его сопротивления. Это сопротивление преобразуется измерительной схемой З, включающей неуравновешенный мост, в выходной сигнал постоянного тока i. Так как деформация жесткой мембраны мала, то применяют полупроводниковые кремниевые тензорезисторы, обладающие высокой чувствительностью.
В дифманометрах (рис. 3, б) чувствительным элементом служит блок из двух неупругих мембран 4 и 5, соединенных между собой штоком 6. Смещение этого штока под действием перепада давлений приводит к изгибу рычага 7 и деформации измерительной мембраны 2. Мембраны 4 и 5 выполнены из коррозионно-стойкого материала, что позволяет использовать дифманометр для измерений в сильноагрессивных средах.
Для измерения давления агрессивных сред применяют датчики, снабженные защитной мембраной 4, изготовленной, как и в дифманометрах, из коррозиойно-стойкого материала (рис. 3, в). Измеряемое давление р передается к измерительной мембране 2 через силиконовое масло которым заполнена внутренняя полость датчика 8.
Промышленные тензорезисторные преобразователи типа «Сапфир» предназначены для преобразования давления до 100 МПа, разрежения и разности давлений до 16 МПа в пропорциональное значение выходного сигнала — постоянного тока.
Мембранный дифманометр:
1 и 2— мембранные коробки; 3 — дифференциально-трансформаторный преобразователь.
Тензорезисторные приборы:
а — манометр для неагрессивных сред; б— дифманометр; в — манометр для агрессивных сред; 1- тензорезистор; 2-измерительная мембрана; 3 – промежуточный преобразователь сопротивления тензорезистора в ток; 4, 5 — коррозийно-стойкие мембраны; 6 — шток;7—рычаг; 8 — внутренняя полость датчика.
Особенности эксплуатации приборов для измерения давления. При эксплуатации приборов, измеряющих давление, часто требуется защита их от агрессивного и теплового воздействия среды.
Если среда химически активна по отношению к материалу прибора, то его защиту производят с помощью разделительных сосудов или мембранных разделителей.
Разделительный сосуд (рис. 4, а) заполняется жид костью, инертной по отношению к материалу прибора, соединительных трубок и самого сосуда. Кроме того, разделительная жидкость не должна химически взаимодействовать с измеряемой средой или смешиваться с ней. В качестве разделительных жидкостей применяют водные растворы глицерина, этиленгликоль, технические масла и др.
В мембранном разделителе (рис. 4, б) измеряемая среда отделяется от прибора мембраной с малой жесткостью из нержавеющей стали или фторопласта для передачи давления от мембраны к прибору полость между ними заполняют жидкостью.
Для предохранения прибора от действия высокой температуры среды применяют сифонные трубки (рис. 4, в).
Деформационные приборы требуют периодической поверки. В эксплуатационных условиях у них проверяют нулевую и рабочую точки шкалы. Для этого применяют трехходовые краны (рис. 5). При поверке нулевой точки прибор соединяют с атмосферой (положение в). Стрелка прибора должна вернуться к нулевой отметке. Поверку прибора в рабочей точке шкалы (положение б) осуществляют по контрольному манометру, укрепляемому на боковом фланце. При пользовании краном необходимо строго соблюдать плавность включения и выключения прибора.
С помощью трехходового крана можно проводить также продувку соединительной линии (положение г).
Защитные устройства:
а – разделительный сосуд; б – мембранный разделитель; в – сифонная трубка.
Поверка манометров с помощью трехходового крана:
а — измерение; б — поверка в рабочей точке шкалы; в — поверка нуля; г — продувка соединительной линии: 1 — манометр; 2— трехходовой кран; 3 — контрольный манометр.
