Жидкостные приборы для измерения давлений, принцип их действия.
К жидкостным относятся приборы, основанные на гидростатическом принципе действия,
заключающемся в том, что измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости, высота которого служит мерой давления.
Приборы для измерения давления весьма разнообразны. Они классифицируются по различным признакам.
По характеру измеряемой величины приборы разделяются на:
– пьезометры – для измерения избыточного давления, т.е. разности между абсолютным и атмосферным давлением;
– вакуумметры – для измерения вакуума, т.е. разности между атмосферным и абсолютным давлением;
– дифференциальные манометры (дифманометры) для измерения произвольной разности давлений в двух произвольных точках.
– мановакууметры – для измерения как избыточного, так и
Простейшим из жидкостных приборов является пьезометр – вертикальная стеклянная трубка диаметром 8-10 мм, снабжённая шкалой. Один конец трубки открыт и сообщается с атмосферой, другой присоединен к области, в котором измеряется давление. Под действием избыточного давления в сосуде жидкость поднимается по пьезометру на высоту Н, называемую в данном
случае пьезометрической высотой
Абсолютное давление в точке присоединения пьезометра вычисляется по формуле pабс = pатм + γhp
pабс = pатм + pизб
Избыточное давление на том же уровне может быть определено по формуле pизб = pабс − pатм = γhp.
сосуда поднимется в трубке на высоту hвак, называемую в данном случае вакуумметрической высотой.
Величина вакуумметрического давления может быть определена из условия равновесия pабс + γhв = pатм,
откуда следует, что
pвак = pатм − pабс = γhвак
Величина вакуумметрического давления так же может быть выражена высотой столба жидкости, т.е. вакуумметрической высотой
Жидкостные мановакууметры представляют собой U-образную трубку, один конец которой
присоединён к области измерения давления (избыточного или вакуумметрического), а другой открыт в атмосферу.
Трубка заполнена рабочей жидкостью (вода, масло, ртуть и др.). До подключения U-образного манометра к области давления рабочая жидкость в обоих коленах будет стоять на одном уровне .
После подключения – уровень рабочей жидкости в коленах будет либо снижаться, либо повышаться до установления равновесия. Разность
высот уровней жидкости в коленах является показанием прибора. Для отсчёта показаний прибор снабжён шкалой.
Показание прибора (значение h) зависит от разности давлений на поверхностях жидкости в коленах U-образного монавакууметра. Если давление в жидкости рассматриваемого сосуда
больше атмосферного, то уровень жидкости в левом колене будет ниже, чем в правом (открытым в атмосферу). Следовательно мановакууметр показывает величину избыточного давления.
Если давление в сосуде меньше атмосферного, то уровень жидкости в левом колене будет выше, чем в правом (открытым в атмосферу). Следовательно, мановакууметр показывает величину
Из уравнения равновесия для первого случая pабс + ρghA = pатм + ρgh
pабс − pатм = ρgh − ρghA.
Для определения разности давлений в двух произвольно взятых в точках применяется
жидкостный дифференциальный манометр, который представляет собой U- образную стеклянную трубку, частично
Жидкостный дифманометр даёт показания разности (перепада) давлений, выраженной высотой столба налитой в него жидкости
Следует обратить внимание на то, что избыточное давление или вакуум равны весовому давлению только в том случае, если в какой-либо точке столба жидкости давление оказалось равным атмосферному!
Цельработы: освоение способов измерения гидростатического давления.
При подготовке к работе, в процессе выполнения работы и при обработке результатов опытов необходимо:
– ознакомиться с устройством механических и жидкостных приборов для измерения давлений.
– определить плотность второй жидкости, считая, что в левом дифференциальном пьезометре вода.
– определить цену деления стрелочного манометра в атмосферах и Н/м2.
1. Приборы для измерения давления
Методы измерения гидростатического давления так же разнообразны, как и конструкции приборов, предназначенных для этого.
Приборы для измерения давления носят общее название манометров. Однако по назначению они подразделяются на:
– барометры, предназначенные для измерения атмосферного давления;
– манометры, измеряющие давления выше атмосферного;
– вакуумметры, измеряющие давления ниже атмосферного.
По принципу действия манометры делятся на жидкостные (водяные, спиртовые, ртутные) и механические (пружинные, мембранные и сильфонные).
Пьезометры и манометры измеряют избыточное (манометрическое) давление, то есть они работают, если полное давление в жидкости превышает величину, равную одной атмосфере p = 1 кгс/см2= 0,1 МПа. Эти приборы показывают долю давления сверх атмосферного. Для измерения в жидкости полного давления p необходимо к манометрическому давлению pман прибавить атмосферное давление pатм, снятое с барометра. Практически же в гидравлике атмосферное давление считается величиной постоянной
pатм= = 101325 » 100000 Па.
Основное уравнение гидростатики относительно плоскости, проходящей через центр отверстия (точку А), к которому присоединена трубка, имеет следующий вид:
рабс = ра+γhp или hp=
С другой стороны (внутри сосуда)
рабс = р0+γh
Подставив значение ра6с, определим
Таким образом, пьезометрическая высота определяет величину избыточного давления в точке, где установлен пьезометр. Если он установлен в открытом сосуде, то уравнение примет вид hp=
Пьезометр является достаточно точным прибором. Однако, чтобы использовать его для измерения давлений выше 48033 Па требуются очень высокие трубки. Упомянутые пьезометры применяются главным образом для лабораторных исследований. Их преимущество перед манометрами состоит в непосредственном измерении давления с помощью пьезометрической высоты столба жидкости без промежуточных передаточных механизмов.
В качестве пьезометра может быть использован любой колодец, котлован, скважина с водой или даже любое измерение глубины воды в открытом резервуаре, так как оно даёт нам величину hp.
Для измерения более высоких давлений применяют ртутные манометры. Поскольку плотность ртути в 13,6 раза больше плотности воды, то и трубки в этих манометрах значительно короче.
для левого колена р = ро + γh;
для правого колена р = ра + γh рт или
ро+ γh=ра+ γртhрт, или
р — ра = γртhрт; pман= γртhрт, откуда
Рис. 2. Манометр ртутный
т е. разность уровней в манометре равна манометрическому давлению ртути на глубине hрт. Для измерения больших давлений, например, в гидросистемах и насосных установках используют пружинные манометры (рис. 3). Основной частью таких манометров является полая металлическая трубка 1, имеющая эллиптическое поперечное сечение. Один конец ее запаян и соединен с механизмом 2, перемещающим стрелку; другой
конец посредством ниппеля 3 сообщается с исследуемым объемом. Под действием давления поступившей жидкости трубка, стремясь выпрямиться, через механизм приводит в движение стрелку, которая по шкале указывает величину давления. Иногда манометры снабжают механизмом, записывающим измеряемое давление. Нулевое показание любого манометра соответствует полному давлению p, равному одной атмосфере
Для измерений давлений ниже атмосферного (p0<pа) применяют жидкостные и пружинные приборы, называемые вакуумметрами. (рис. 4)Тогда уровень в пьезометре опустится относительно свободной поверхности на величину hвак, которая называется вакуумметрической высотой.
Рис. 4. Схема пьезометра, измеряющего вакуумметрическое давление на свободной поверхности в резервуаре: 1 — свободная поверхность; 2 — поверхность уровня; р3 — атмосферное давление; р0 — абсолютное давление на свободной поверхности в резервуаре; hвак — величина снижения уровня в пьезометре
Вакуумметр показывает ту долю давления, которая дополняет полное давление в жидкости до величины одной атмосферы. Вакуум в жидкости — это не пустота, а такое состояние жидкости, когда полное давление в ней меньше атмосферного на величину pв, которая измеряется вакуумметром. Вакуумметрическое давление pв, показываемое прибором, связано с полным и атмосферным так:
Таким образом, вакуумметрическому давлению будет соответствовать высота подъема h вак жидкости в изогнутой трубке над уровнем в резервуаре.
Величина вакуума pв не может быть больше 1 ат, то есть предельное значение pв» 100000 Па, так как полное давление не может быть меньше абсолютного нуля.
Приведём примеры снятия показаний с приборов:
— пьезометр, показывающий hp= 160 см вод. ст., соответствует в единицах СИ давлениям pизб= 16000 Па и p= 100000+16000=116000 Па;
— манометр с показаниями pман = 2,5 кгс/см2 соответствует водяному столбу hp= 25 м и полному давлению в СИ p = 0,35 МПа;
— вакуумметр, показывающий pв= 0,04 МПа, соответствует полному давлению p= 100000-40000=60000 Па, что составляет 60 % от атмосферного.
Исторически первыми, используемыми для измерения давления, были жидкостные приборы, в основу которых положен принцип уравновешивания измеряемого давления или разности давлений гидростатическим давлением столба жидкости в приборе. Величина измеряемого давления определяется из основного уравнения гидростатики:
Раабс = Р0 +
где Раабс – абсолютное давление в точке А; Р0- внешнее давление (над свободной поверхностью); h – высота столба жидкости с плотностью
(между уровнями т. А и свободной поверхностью).
Если точка А и свободная поверхность разделены несколькими столбами (слоями) жидкости с различными плотностями, то абсолютное давление находится суммированием давлений всех i столбов жидкости с внешним давлением
Пьезометр (рис. 1.1.) применяется для измерения превышения давления над атмосферным, т.е. избыточного (манометрического) давления. Пьезометр представляет собой открытую прозрачную (стеклянную) трубку с измерительной шкалой, которая подключается к сосуду в точке, расположенной на одном уровне с точкой искомого давления. Уровень жидкости в пьезометре определяет величину гидростатического напора (h + h1) (или пьезометрическую высоту):
где h1 – поправка на положение прибора, определяемая глубиной точки А от нулевого уровня шкалы прибора.
При определении давления пьезометром вводится поправка на капиллярность
мм, если трубка имеет малый диаметр (обычно d
5 мм), и поправка на температурное расширение (изменение плотности) жидкости.
Погрешности при измерении связаны обычно с неточным определением плотности, неточностью установки и градуирования шкалы и визуальным снятием показаний.
Рис. 1.1. Пьезометр:
1 – открытая трубка; 2 – сосуд (трубопровод) под давлением; 3 – место измерения давления в произвольно выбранной т. А; 4 – кран для удаления воздуха из трубки; 5 – кран для отключения прибора.
1.2.3. Обратный пьезометр
Вакуум в закрытом сосуде можно измерить с помощью обратного пьезометра (рис. 1.2.), представляющего собой стеклянную трубку, опущенную в открытую емкость с жидкостью. Второй конец трубки присоединен к сосуду. Трубка снабжена шкалой. Жидкость в пьезометрической трубке поднимается на некоторую высоту (ваккуметрическую) hвак. Уравнение равновесия записывается в виде
Обратным пьезометром можно также определить избыточное или манометрическое давление в закрытом сосуде (рис. 1.3.)
В качестве рабочей жидкости в обратном пьезометре используется вода, ртуть, трансформаторное масло и т.д.
Диапазон измерения определяется только плотностью жидкости и длиной пьезометрической трубки.
1.2.4. Чашечные (однотрубные) мановакууметры.
Близки по конструкции к обратному пьезометру чашечные однотрубные мановакууметры (рис. 1.4.). На рис. 1.4а показано применение мановакууметра для измерения избыточного давления, а на рис. 1.4б – вакуума.
Объем жидкости, вытесненной из чашки, равен объему жидкости, поступившей в измерительную трубку
где f и F – площади поперечного сечения измерительной трубки и чашки. Если f<<F, то h1<<h2.
Рис. 1.4. Чашечный мановакууметр при измерении избыточного давления (а) и вакуума (б):
1 – чашка; 2 – трубка измерительная; 3 – шкала на основании.
400, то изменением уровня в чашке пренебрегают и при измерении учитывается только изменение уровня в измерительной трубке.
Предел измерения прибором с чашкой, заполненной водой, поставляет 160 кПа.
Для измерения давления и его разности до 3 кПа используются микроманометры, являющиеся однотрубными (чашечными) манометрами со шкалами повышенной точности, заполняемые рабочей жидкостью с относительно малым удельным весом (например, спиртом). На рис. 1.5. показан микроманометр ЛТА = 4 с наклонными измерительной трубкой и шкалой.
Из условия равенства объемов рабочей жидкости в сосуде 2 и трубке 1 имеем
где h1 – изменение уровня в широком сосуде; f и F – соответственно площади поперечного сечения трубки и сосуда, а n – длина столба жидкости в трубке.
– угол наклона трубки к горизонту, определяемой положением кронштейна с трубкой на секторе. Изменение h1 мы не наблюдаем визуально и не вычисляем, причем h1<< h2
Схема работы с наклонным микроманометром при измерении избыточного давления показана на рис. 1.6а, вакуума – 1.6б.
400, то с достаточной точностью
, соотвествующее определенным углам установки наклонной шкалы, иногда указывается на кронштейне прибора, наряду с плотностью рабочей жидкости в приборе. Наклоняя трубку, мы искусственно растягиваем шкалу и за счет этого повышаем точность измерения. Такой прибор служит для измерения в какой – либо точке воздушного потока одновременно трех давлений: полного, статического и динамического. Для этого в нем применяется три измерительных трубки, закрепленные на одной плоскости с тремя шкалами.
1.2.6. Двухтрубные жидкостные манометры (U – образные манометры) и дифманометры
В двухтрубных жидкостных манометрах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равновесии давлений над ними, а при
При измерении разности давлений к обеим трубкам подаются измеряемые давления. Столб жидкости высотой
уравновешивает разность давлений. В качестве рабочих жидкостей, чувствительных элементов, используется вода, ртуть, спирт, трансформаторное масло. Диаметр трубок выбирается обычно 8-10 мм для уменьшения влияния капиллярных сил. При наполнении манометра ртутью измеряемой средой могут быть вода, неагрессивные жидкости и газы. Если плотность среды над рабочей жидкостью
Рис. 1.8. Схемы применения U – образных манометров (а,б) и дифманометров (в,г):
а,б – при измерении избыточного давления и вакуума в газе, соответственно;
в,г – при измерении перепада давлений в потоках газа и жидкости.
Барометры применяются для измерения атмосферного давления. В качестве рабочей жидкости обычно используются ртуть. При вертикальном положении шкалы барометра расчетное соотношение для определения атмосферного давления по показанию прибора имеет вид
– давление насыщенных паров ртути в трубке;
– поправка на капиллярность;
Шкала барометра обычно градуирована в единицах давления с учетом поправок
. Первая поправка учитывается смещением нуля шкалы выше относительно уровня в чашке на
, вторая- изменением масштаба шкалы, а именно, увеличением цены ее деления в
Где В – показания прибора;
– линейный коэффициент расширения шкалы;
– разность температур при отсчете показаний прибора и при градуировке шкалы;
где g и g1 – ускорение свободного падения в месте градуировки шкалы и в месте измерения.
1.2.10 Колокольный дифманометр- расходомер
Колокольный дифманометр устроен следующим образом. К чашке 1 присоединена трубка 4 для подачи газовой среды. В чашке находится «Замыкающая жидкость» 3 (ртуть). В жидкости плавает колокол 2. Под колокол подается давление Р1 через трубку 4. С внешней стороны колокола существует давление Р2.
Этот прибор применяется только для измерения разности давлений двух газовых сред с рабочим избыточным давлением до 0,25 МПа, а также как расходомер.
Разность уровней так называемой «замыкающей» жидкости плотностью
, вызываемая перепадом давлений Р1-Р2, определяется по высоте положения колокола. В таком дифманометре изменение перепада давлений уравновешивается гидростатически за счет изменения глубины
где F и f – площади днища и сечения стенок колокола. Из уравнений перемещения колокола можно сделать вывод, что
Рис. 1.12 Колокольный дифманометр:
1 – чашка; 2- колокол; 3- замыкающая жидкость плотностью
; 4-трубка для подачи газовой среды.
Давлением называется равномерно распределенная сила, действующая перпендикулярно на единицу площади. Оно может быть атмосферным (давление околоземной атмосферы), избыточным (превышающим атмосферное) и абсолютным (сумма атмосферного и избыточного). Абсолютное давление ниже атмосферного называется разреженным, а глубокое разряжение – вакуумным.
Единицей давления в международной системе единиц (СИ) является Паскаль (Па). Один Паскаль есть давление, создаваемое силой один Ньютон на площади один квадратный метр. Поскольку эта единица очень мала, применяют также единицы кратные ей: килопаскаль (кПа) =
Па; мегапаскаль (МПа) =
Па и др. Ввиду сложности задачи перехода от применявшихся ранее единиц давления к единице Паскаль, временно допущены к применению единицы: килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см
) = 980665 Па; килограмм-сила на квадратный метр (кгс/м
) или миллиметр водяного столба (мм вод.ст) = 9,80665 Па; миллиметр ртутного столба (мм рт.ст) = 133,332 Па.
Приборы контроля давления классифицируются в зависимости от метода измерения, используемого в них, а также по характеру измеряемой величины.
По методу измерения, определяющему принцип действия, эти приборы подразделяются на следующие группы:
– жидкостные, в которых измерение давления происходит путем уравновешивания его столбом жидкости, высота которого определяет величину давления;
– пружинные (деформационные), в которых значение давления измеряется путем определения меры деформации упругих элементов;
– грузопоршневые, основанные на уравновешивании сил создаваемых с одной стороны измеряемым давлением, а с другой стороны калиброванными грузами действующих на поршень помещенный в цилиндр.
– электрические, в которых измерение давления осуществляется путем преобразования его значения в электрическую величину, и путем замера электрических свойств материала, зависящих от величины давления.
По виду измеряемого давления приборы подразделяют на следуюшие:
– манометры, предназначенные для измерения избыточного давления;
– вакуумметры, служащие для измерения разрежения (вакуума);
– мановакууметры, измеряющие избыточное давление и вакуум;
– напоромеры, используемые для измерения малых избыточных давлений;
– тягомеры, применяемые для измерения малых разрежений;
– тягонапоромеры, предназначенные для измерения малых давлений и разрежений;
– дифференциальные манометры (дифманометры), с помощью которых измеряют разность давлений;
– барометры, используемые для измерения барометрического давления.
Рис. 1. Виды чувствительных элементов деформационных манометров
а) – с одновитковой трубчатой пружиной (трубкой Бурдона)
б) – с многовитковой трубчатой пружиной
в) – с упругими мембранами
г) – сильфонные.
Приборы c трубчатыми пружинами.
Принцип действия этих приборов основан на свойстве изогнутой трубки (трубчатой пружины) некруглого сечения изменять свою кривизну при изменении давления внутри трубки.
В зависимости от формы пружины, различают пружины одновитковые (рис. 1а) и многовитковые (рис. 1б). Достоинством многовитковых трубчатых пружин является большее чем у одновитковых перемещение свободного конца при одинаковом изменении входного давления. Недостатком – существенные габариты приборов с такими пружинами.
Манометры с одновитковой трубчатой пружиной – один из наиболее распространенных видов пружинных приборов. Чувствительным элементом таких приборов является согнутая по дуге круга, запаянная с одного конца, трубка 1 (рис. 2) эллиптического или овального сечения. Открытым концом трубка через держатель 2 и ниппель 3 присоединяется к источнику измеряемого давления. Свободный (запаянный) конец трубки 4 через передаточный механизм соединен с осью стрелки перемещающейся по шкале прибора.
Трубки манометров, рассчитанных на давление до 50 кг/см
изготавливаются из меди, а трубки манометров, рассчитанных на большее давление из стали.
Свойство изогнутой трубки некруглого сечения изменять величину изгиба при изменении давления в ее полости является следствием изменения формы сечения. Под действием давления внутри трубки эллиптическое или плоскоовальное сечение, деформируясь, приближается к круглому сечению (малая ось эллипса или овала увеличивается, а большая уменьшается).
Перемещение свободного конца трубки при ее деформации в определенных пределах пропорционально измеряемому давлению. При давлениях, выходящих из указанного предела, в трубке возникают остаточные деформации, которые делают ее непригодной для измерения. Поэтому максимальное рабочее давление манометра должно быть ниже предела пропорциональности с некоторым запасом прочности.
Рис. 2. Пружинный манометр
Перемещение свободного конца трубки под действием давления весьма невелико, поэтому для увеличения точности и наглядности показаний прибора вводят передаточный механизм, увеличивающий масштаб перемещения конца трубки. Он состоит (рис. 2) из зубчатого сектора 6, шестерни 7, сцепляющейся с сектором, и спиральной пружины (волоска) 8. На оси шестерни 7 закреплена указывающая стрелка манометра 9. Пружина 8 прикреплена одним концом к оси шестерни, а другим – к неподвижной точке платы механизма. Назначение пружины – исключить люфт стрелки, выбирая зазоры в зубчатом сцеплении и шарнирных соединениях механизма.
Мембранные манометры.
Чувствительным элементом мембранных манометров может быть жесткая (упругая) или вялая мембрана.
Упругие мембраны представляют собой медные или латунные диски с гофрами. Гофры увеличивают жесткость мембраны и ее способность к деформации. Из таких мембран изготавливают мембранные коробки (см. рис. 1в), а из коробок – блоки.
Вялые мембраны изготавливают из резины на тканевой основе в виде одногофровых дисков. Используются они для измерения небольших избыточных давлений и разряжений.
Мембранные манометры и могут быть с местными показаниями, с электрической или пневматической передачей показаний на вторичные приборы.
Для примера рассмотрим дифманометр мембранный типа ДМ, который представляет собой бесшкальный датчик мембранного типа (рис. 3) с дифференциально – трансформаторной системой передачи значения измеряемой величины на вторичный прибор типа КСД.
Рис. 3 Устройство мембранного дифманометра типа ДМ
Чувствительным элементом дифманометра является мембранный блок, состоящий из двух мембранных коробок 1 и 3, заполненных кремнийорганической жидкостью, находящихся в двух отдельных камерах, разделенных перегородкой 2.
К центру верхней мембраны прикреплен железный сердечник 4 дифференциально-трансформаторного преобразователя 5.
В нижнюю камеру подается большее (плюсовое) измеряемое давление, в верхнюю – меньшее (минусовое) давление. Сила измеряемого перепада давления уравновешивается за счет других сил, возникающих при деформации мембранных коробок 1 и 3.
При увеличении перепада давления мембранная коробка 3 сжимается, жидкость из нее перетекает в коробку 1, которая расширяется и перемещает сердечник 4 дифференциально-трансформаторного преобразователя. При уменьшении перепада давления сжимается мембранная коробка 1 и жидкость из нее вытесняется в коробку 3. Сердечник 4 при этом перемещается вниз. Таким образом, положение сердечника, т.е. выходное напряжение дифференциально-трансформаторной схемы однозначно зависит от значения перепада давления.
Для работы в системах контроля, регулирования и управления технологическими процессами путем непрерывного преобразования давления среды в стандартный токовый выходной сигнал с передачей его на вторичные приборы или исполнительные механизмы используются датчики-преобразователи типа “Сапфир”.
Преобразователи давления этого типа служат: для измерения абсолютного давления («Сапфир-22ДА»), измерения избыточного давления («Сапфир-22ДИ»), измерения вакуума («Сапфир-22ДВ»), измерения давления – разряжения («Сапфир-22ДИВ»), гидростатического давления («Сапфир-22ДГ»).
Устройство преобразователя «САПФИР-22ДГ» показано на рис. 4. Они используются для измерения гидростатических давлений (уровня) нейтральных и агрессивных сред при температурах от -50 до 120 °С. Верхний предел измерения – 4 МПа.
Рис. 4 Устройство преобразователя «САПФИР -22ДГ»
Тензопреобразователь 4 мембранно-рычажного типа размещен внутри основания 8 в замкнутой полости 10, заполненной кремнийорганической жидкостью, и отделен от измеряемой среды металлическими гофрированными мембранами 7. Чувствительными элементами тензопреобразователя являются пленочные тензорезисторы 11 из кремния размещенные на пластине 10 из сапфира.
Мембраны 7 приварены по наружному контуру к основанию 8 и соединены между собой центральным штоком 6, который связан с концом рычага тензопреобразователя 4 с помощью тяги 5. Фланцы 9 уплотнены прокладками 3. Плюсовой фланец с открытой мембраной служит для монтажа преобразователя непосредственно на технологической емкости. Воздействие измеряемого давления вызывает прогиб мембран 7, изгиб мембраны тензопреобразователя 4 и изменение сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока по проводам через гермоввод 2 в электронное устройство 1, преобразующее изменение сопротивлений тензорезисторов в изменение токового выходного сигнала в одном из диапазонов (0-5) мA, (0-20) мA, (4-20) мА.
Измерительный блок выдерживает без разрушения воздействие односторонней перегрузки рабочим избыточным давлением. Это обеспечивается тем, что при такой перегрузке одна из мембран 7 ложится на профилированную поверхность основания 8.
Похожее устройство имеют и указанные выше модификации преобразователей «Сапфир-22».
Измерительные преобразователи гидростатических и абсолютных давлений «Сапфир-22К-ДГ» и «Сапфир-22К-ДА» имеют выходной токовый сигнал (0-5) мА или (0-20) мА или (4-20) мА, а также электрический кодовый сигнал на базе интерфейса RS-485.
Чувствительным элементом сильфонных манометров и дифманометров являются сильфоны – гармониковые мембраны (металлические гофрированные трубки). Измеряемое давление вызывает упругую деформацию сильфона. Мерой давления может быть либо перемещение свободного торца сильфона, либо сила, возникающая при деформации.
Принципиальная схема сильфонного дифманометра типа ДС приведена на рис.5. Чувствительным элементом такого прибора являются один или два сильфона. Сильфоны 1 и 2 одним концом закреплены на неподвижном основании, а другим соединены через подвижный шток 3. Внутренние полости сильфонов заполнены жидкостью (водоглицериновой смесью, кремнийорганической жидкостью) и соединены друг с другом. При изменении перепада давления один из сильфонов сжимается, перегоняя жидкость в другой сильфон и перемещая шток сильфонного блока. Перемещение штока преобразуется в перемещение пера, стрелки, лекала интегратора или сигнал дистанционной передачи, пропорциональный измеряемому перепаду давления.
При перепадах давления выше номинального стаканы 5 перекрывают канал 6, прекращая переток жидкости и предупреждая таким образом сильфоны от разрушения.
Рис. 5 Принципиальная схема сильфонного дифманометра
Для получения достоверной информации о величине какого-либо параметра необходимо точно знать погрешность измерительного устройства. Определение основной погрешности прибора в различных точках шкалы через определенные промежутки времени производят путем его поверки, т.е. сравнивают показания поверяемого прибора с показаниями более точного, образцового прибора. Как правило, поверка приборов осуществляется сначала при возрастающем значении измеряемой величины (прямой ход), а затем при убывающем значении (обратный ход).
Манометры поверяют следующими тремя способами: поверка нулевой точки, рабочей точки и полная поверка. При этом две первые поверки производятся непосредственно на рабочем месте с помощью трехходового крана (рис. 6).
Рабочая точка поверяется путем присоединения контрольного манометра к рабочему манометру и сравнение их показаний.
Полная поверка манометров осуществляется в лаборатории на поверочном прессе или поршневом манометре, после снятия манометра с рабочего места.
Принцип действия грузопоршневой установки для поверки манометров основан на уравновешивании сил, создаваемых с одной стороны измеряемым давлением, а с другой – грузами, действующими на поршень, помещенный в цилиндр.
Рис. 6. Схемы поверки нулевой и рабочей точек манометра с помощью трехходового крана.
Положения трехходового крана: 1 – рабочее; 2 – поверка нулевой точки; 3 – поверка рабочей точки; 4 – продувка импульсной линии.
Виды гидростатического давления. Приборы для измерения давления
Гидростатическое давление делится на полное или абсолютное, избыточное и вакуум. Полное или абсолютное гидростатическое давление в любой точке или сечении жидкости равно внешнему давлению на ее свободной поверхности
, сложенному с давлением столба жидкости
Разность между абсолютным гидростатическим и атмосферным давлением называется избыточным или манометрическим давлением, характеризующим избыток давления по сравнению с атмосферным.
Если на поверхности жидкости давление больше атмосферного, то избыточное давление в рассматриваемом случае будет равно:
таким образом, избыточное давление в этом случае создается как за счет веса столба жидкости
,так и за счет разности давлений
В инженерной практике очень часто приходиться, встречаться со случаями, когда полное гидростатическое давление оказывается меньше атмосферного
Рассмотрим геометрическое истолкование (рис. 13) понятия гидростатического
и пьезометрического напоров
, так как любое давление может быть выражено через единицы столба жидкости. Предположим, что в сосуде заключен некоторый объем жидкости, на свободной поверхности которого давление
В трубке 1 жидкость поднимется на высоту
, называемую приведенной высотой давления, а в трубке 2 на высоту
Рисунок 13 – К понятиям гидростатического и пьезометрического напоров.
в данной точке 1 жидкости называется сумма приведенной высоты давления
Энергетический смысл гидростатического напора: он является суммой двух удельных потенциальных энергий: положения z1 и давления
в данной точке 2 жидкости называется сумма пьезометрической высоты и геометрической высоты z2 относительно плоскости сравнения 0-0.
Для измерения давления применяют различные приборы, которые можно подразделить на две основные группы: жидкостные и механические.
Простейшим прибором является пьезометр, измеряющий давление в жидкости высотой столба той же жидкости. Он представляет собой стеклянную трубку, открытую с одного конца (трубка на рис. 14а). Пьезометр – очень чувствительный и точный прибор, однако он удобен только при измерении небольших давлений, в противном случае трубка получается очень длинной, что осложняет его применение.
Поиск по сайту:
mydocx.ru – 2015-2023 year. (0.008 sec.)
