Измерение давления

Давление – это предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которой она действует.

Единицы измерения в СИ: Па (1 Па = 1 Н/м²)

Внесистемные единицы: 1 мм рт. ст. = 133, 3 Па; 1 атм (физ.) = 760 мм рт. ст.

Различают следующие виды измеряемого давления:

– абсолютное (относительно 0);

– барометрическое (атмосферное);

– избыточное и разряжения (относительно барометрического).

1) если Р_абс. > Р_бар., то Р_абс=Р_бар+Р_изб.;

2) если Р_абс. < Р_бар., то Р_абс=Р_бар-Р_раз;

Глубокое разряжение (от 200 мм рт. ст. и ниже) называется вакуумом.

Приборы для измерения давления классифицируют:

1. По виду и количественному значению измеряемого давления:

– манометры (для измерения абсолютного и избыточного давления)

– вакуометры (для измерения давления разряжения);

– мановакуометры (для измерения абсолютного и избыточного давления и давления разряжения);

– дифференциальные (для измерения разности давлений);

– барометры (для измерения атмосферного давления);

– напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры (для измерения ма­лых значений абсолютного и избыточного давления и давления разря­жения).

2. По принципу действия:

– жидкостные (основаны на уравновешивании измеряемого

давления гидростатическим давлением столба жидкости, соответствующей высоты)

– деформационные (основаны на соответствии измеряемого давления величине силы, деформации или перемещения упругого элемента прибора)

– грузопоршневые (измеряемое давление уравновешивается давлением создаваемым массой груза или поршнем)

– электрические (об изменении давления судят по соответствующему изменению какого–нибудь электрического свойства тела).

Наиболее распространенным среди жидкостных является трубный U–образный прибор (рис. 2.4).

На рисунке:

1. манометрическая U-образная трубка;

2. манометрическая жидкость;

3. шкала;

4. местное сужение.

Необходимое количество манометрической жидкости 2 (ртуть, вода, спирт, минеральное масло) наливают в U-образную манометрическую трубку 1. Разность давлений p_изм1–p_изм2 в левом и правом колене манометрической трубки 1 уравновешивается столбом манометрической жидкости 2.

Высота столба h манометрической жидкости 2 связана с разностью давлений Δ p следующим образом:

Δ p = ρ gh,

где ρ – плотность манометрической жидкости; g – ускорение свободного падения.

Для уменьшения влияния поверхностного натяжения манометрической жидкости на показания датчика внутренний диаметр манометрической трубки должен быть не менее 6 мм.

В том случае, если одно колено трубки выполняют открытым (p_изм2=p_атм, вариант а), манометр является прибором относительного давления и может измерять как избыточное, так и давление разрежения.

Если одно колено манометрической трубки выполняют закрытым (вариант б), то p_изм2 равно давлению насыщенных паров манометрической жидкости. Такой датчик является манометром абсолютного давления.

Ртутные манометры с закрытым коленом выполняют с местным сужением 4 для уменьшения гидравлических ударов при резких колебаниях давления.

Для измерения разности давлений Δ p следует измерить по шкале 3 высоту двух столбов манометрической жидкости. Точность отсчета составляет ±2 мм (или ±1 мм для зеркальной шкалы).

Диапазон измеряемых давлений ограничен высотой манометрической трубки.

Для различных манометрических жидкостей погрешность измерения составляет значения, указанные в таблице 1.

Таблица 1

_*) - необходимо точное определение плотности манометрической жидкости.

В деформационных манометрах измеряемое давление или разрежение уравновешивается силами упругого противодействия различных чувствительных элементов, деформация которых, пропорциональная измеряемому параметру, через рычаги передается на стрелку или перо прибора. При снятии давления чувствительный элемент возвращается в первоначальное положение под воздействием упругой деформации. Деформационные манометры нашли широкое применение в промышленности, что обусловлено простотой и надежностью конструкции, наглядностью показаний, малыми габаритами, высокой точностью и широкими пределами измерения.
В качестве измерительных элементов деформационных манометров и измери-тельных преобразователей давления, разрежения и перепада давлений используют одновитковую трубчатую пружину (рис. 2.5 а), сильфон (рис. 2.5 б), мембранную коробку (рис. 2.5 в), многовитковую трубчатую пружину (рис. 2.5 г), вялую мембрану (рис. 2.5 д), жесткую мембрану (рис. 2.5 е).

Рис.2.5. Устройство деформационных манометров

Сигнализирующие, часто называемые электроконтактными, манометрические приборы предназначены для измерения технического давления различных сред и дискретного управления электрическими цепями вспомогательных и регулирующих устройств.

Некоторые термины, специфичны для раздела сигнализирующих (электроконтактных) манометров, и их формулировки, согласно ГОСТ 2405-88, представлены ниже.

Сигнализирующее устройство прямого действия – устройство, замыкание и размыкание контактов электрической цепи которого осуществляется без преобразования энергии.

Сигнализирующее устройство непрямого действия – устройство, замыкание и размыкание контактов электрической цепи которого осуществляется за счет преобразования энергии из одной в другую.

Указатель сигнализирующего устройства – элемент сигнализирующего устройства, положение которого относительно меток шкалы определяет отклонение контролируемого параметра от нормы.

Срабатывание сигнализирующего устройства – действие, заключающееся в замыкании и размыкании электрической цепи.

Уставка – задаваемое значение контролируемого параметра, при котором происходит срабатывание сигнализирующего устройства.

Диапазон уставок – зона контролируемого параметра, в пределах которого можно провести уставку.

Замыкающий (размыкающий) контакт – коммутиремый контакт, замыкающий (размыкающий) электрическую цепь при достижении параметра уставки.

Принципиальные электрические схемы электроконтактных манометров приведены на рис. 2.6.

Типовая схема функционирования электроконтактного манометра может быть проиллюстрирована рис. 2.6, а. При росте давления и достижении им определенного 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.

В схеме размыкания (рис. 2.6, б) при отсутствии давления электрические контакты указательной стрелки 1 и базового контакта 2 замкнуты. Под напряжением U в находится электрическая цепь прибора и объект воздействия. При повышении давления и прохождении стрелкой зоны замкнутых контактов происходит разрыв электрической цепи прибора и соответственно прерывается электрический сигнал, направляемый на объект воздействия.

Наиболее часто в производственных условиях применяются манометры с двухконтактными электрическими схемами: одна используется для звуковой или световой индикации, а вторая – для организации функционирования систем различных типов управления. Так, схема размыкание–замыкание (рис. 2.6, д) позволяет по одному каналу при достижении определенного давления разомкнуть одну электрическую цепь и получить сигнал воздействия на объект 7, а по второму – с помощью базового контакта 3 замкнуть находящуюся в разомкнутом состоянии вторую электрическую цепь.

Схема замыкание–размыкание (рис. 2.6, е) позволяет при увеичении давления одну цепь замкнуть, а вторую – разомкнуть.

Двухконтактные схемы на замыкание–замыкание (рис. 2.6, г) и размыкание–размыкание (рис. 2.6, в) обеспечивают при повышении давления и достижении одних и тех же или различных его значений замыкание обеих электрических цепей или соответственно их размыкание.

Рис. 2.6. Принципиальные электрические схемы электроконтактных манометров: а – одноконтактная на замыкание; б – одноконтактная на размыкание (Исполнение II); в – двухконтактная на размыкание–размыкание (Исполнение III); г – двухконтактная на замыкание–замыкание (Исполнение IY); д – двухконтактная на размыкание–замыкание (Исполнение Y); е – двухконтактная на замыкание–размыкание (Исполнение YI); 1 – указательная стрелка; 2 и 3 – электрические базовые контакты; 4 и 5 – зоны замкнутых и разомкнутых контактов соответственно; 6 и 7 – объекты воздействия

Электроконтактная часть манометра может быть как неотъемлемой, совмещенной непосредственно с механизмом измерителя, так и присоединяемой в виде электроконтактной группы, устанавливаемой на передней части прибора. Отечественные производители традиционно используют конструкции, в которых тяги электроконтактной группы монтировались на оси трибки. В импортных устройствах, как правило, устанавливается электроконтактная группа, соединенная с чувствительным элементом через указательную стрелку манометра. Некоторые отечественные и зарубежные производители освоили электроконтактный манометр с микровыключателями, которые устанавливаются на передаточном механизме измерителя.

Электроконтактные манометры производятся с механическими контактами, контактами с магнитным поджатием, индуктивной парой, микровыключателями.

Недостатками такого рода монометров являются – малая чувствительность и зависимость от температуры.