Пружинные манометры и вакуумметры
Пружинные приборы (манометры, вакуумметры и барометры) широко применяются для измерения давления и разрежения. Преимуществом их являются: портативность, простота применения в условиях тряски и толчков и большой диапазон измерения - от десятков миллиметров водяного столба до десятков тысяч паскалей.
По типу чувствительного элемента, применяемого в приборе, различают трубчатые, многовитковые (геликоидальные), мембранные, сильфонные и анероидные манометры.
Манометры с трубчатой пружиной:
Устройство трубчатого манометра: упругий элемент этого прибора представляет собой согнутую по кругу полую трубку, имеющую в сечении форму эллипса или удлиненного овала. Один конец этой трубки впаян в держатель, второй конец заглушен пробкой. Держатель прикреплен к корпусу манометра винтами и имеет выступающий из корпуса штуцера, посредством которого подсоединяют прибор. Внутри штуцера имеется канал, соединяющийся с внутренней полостью трубки. В верхней части держателя расположена строганая площадка, на которой смонтирован передаточный, механизм. Свободный конец трубки шарнирно соединен с поводком, второй которого также шарнирно связан с зубчатым сектором. Сектор может свободно вращаться вокруг оси, проходящей через его середину и фиксированной в отверстиях нижней и верхней пластин механизма. Чтобы избежать мертвого хода, к трибке (маленькой шестерне) присоединен упругий металлический волосок, другой конец которого крепится к какой-либо неподвижной части манометра. Под действием давления трибка раскручивается и тянет поводок который поворачивает сектор вокруг оси. Поворачиваясь, сектор вращает трибку с насаженной на ее ось стрелкой, указывающей на шкале измеряемое давление.
|
|
|
В зависимости от назначения пружинные манометры делятся на образцовые, контрольные и технические (общего назначения и специальные).
Манометр с винтовой трубчатой пружиной
Винтовая трубчатая пружина (геликоидальная) представляет собой полую спиральную трубку с витками, расположенными по винтовой линии. В сечении эта пружина имеет форму эллипса или удлиненного овала.
Самопишущие манометры с винтовой трубчатой пружиной предназначены для измерения и записи давления жидкости, пара и газов и относятся к группе технических манометров. Устройство самопишущего манометра с геликоидальной пружиной:
измеряемое давление подводится к штуцеру, закрепленному в нижней части корпуса прибора и через капиллярную трубку воздействует на геликоидальную пружину. Один конец пружины припаян к угольнику, который крепится к корпусу прибора, другой соединен с осью. При повышении давления свободный конец пружины перемещается и вращает ось. При изменении давления перемещается стрелка, на конце которой закреплено перо. Перо записывает изменения давления на диаграммном бланке, перемещаемом часовым механизмом или синхронным электродвигателем.
|
|
|
Манометр мембранный
В мембранном манометре в качестве измерительного элемента применяется упругая пластина-мембрана. Устройство мембранного манометра: в нижний фланец ввернут штуцер, которым манометр подключается к измеряемой среде.Между верхним и нижним фланцами закреплена мембрана. Передаточный механизм прибора со стрелкой собраны в корпусе. Давление, оказываемое на мембрану, вызывает прогиб ее и перемещение закрепленной в центре стойки, имеющей шарнирное соединение с поводком. Поводок соединен с сектором, который находится в зацеплении с трибкой. Трибка жестко сидит на оси, на которой закреплена стрелка. Перемещения мембраны, пропорциональные испытываемому ею давлению, через поводок и сектор передаются стрелке, которая на шкале указывает измеряемое давление. Предел измерения мембранного манометра зависит от размеров мембраны (толщины, диаметра) и материала, из которого мембрана изготовлена.
|
|
|
Приборы с коробчатой мембраной
Коробчатые мембраны применяются для измерения разрежений, давлений (тягомеры и напоромеры), для измерения атмосферного давления (барометры) и разности давлений (дифманометры).
В качестве измерительного элемента в приборах этого типа применяется коробчатая мембрана (иногда ее называют анероидом) представляющая собой упругую тонкостенную коробку. В некоторых случаях в этих коробках создают вакуум (барометры, тягометры, напоромеры). Коробчатые мембраны, используемые в дифманометрах, заполнены жидкостью.
Устройство бесшкального дифманометра: в качестве чувствительного элемента в этом приборе используются две металлические мембранные коробки, прикрепленные к основанию. Внутренние полости их соединены между собой и заполнены дистиллированной водой. С центром верхней мембранной коробки связан железный сердечник, который входит в полость катушек дифференциально-трансформаторного преобразователя. Сердечник перемещается внутри разделительной трубки, изготовленной из немагнитного сплава. Под действием разности давлений в камерах нижняя мембранная коробка сжимается. При этом жидкость из нижней мембранной коробки перетекает в верхнюю мембранную коробку, вызывая перемещение ее верхнего центра и связанного с ним сердечника преобразователя. Сердечник перемещается до тех пор, пока сила, вызванная разностью давлений, не уравновесится силами упругой деформации мембранных коробок.
|
|
|
Сильфонные манометры
Чувствительным элементом в приборах этого типа является сильфон, представляющий собой металлический цилиндр с гофрированными стенками. Сильфоны изготовляются из латуни, бериллиевой бронзы и специального сплава - нержавеющей стали. Действие на сильфон внешнего или внутреннего давления приводит к изменению длины его (сжатие или растяжение - в зависимости от направления действующей нагрузки
Устройство сильфонного самопишущего манометра: прибор собран в круглом металлическом корпусе. Измеряемая среда действует на сильфон, находящийся в камере. Внутреннее пространство сильфона сообщается с атмосферой. Внутри сильфона расположена пружина, противодействующая сжатию его. В дно сильфона упирается штифт, соединенный с рычагом, передающим движение от сильфона рычагу. Рычаг тягой соединен с рычагом, передающим движение стрелке с укрепленным на ней пером. Прибор для измерения подключается посредством штуцера. Таким образом, изменение давления в камере вызывает перемещение дна сильфона, которое через штифт и систему, состоящую из рычагов и тяги, передается стрелке. След движения стрелки записывается на диаграмме, перемещаемой часовым механизмом или синхронным двигателем.
Пределы измерений сильфонного манометра от 0,0245 до 0,392 МПа (0,25-4 кгс/см2).
Электрические манометры
Электрические манометры можно разделить на две группы. Манометры первой группы основаны на свойстве некоторых материалов изменять свои электрические параметры под воздействием давления, манометры второй группы - на преобразовании механического воздействия измеряемой величины в электрический параметр при помощи соответствующих преобразователей.
По принципу действия различают электрические манометры, которые под действием давления изменяют: 1. сопротивление: R=f1(p); 2. Магнитную проницаемость: μ= f2(p); 3. индуктивность: L= f3(p); 4. емкость: С= f4(p); 5. электродвижущую силу (ЭДС): Е= f5(p).
Для изготовления чувствительных элементов манометров сопротивления в настоящее время широко применяют манганиновую проволоку.
Преимуществом манганина, обусловившим применение его для указанных целей, является линейная зависимость электрического сопротивления от давления и малый температурный коэффициент сопротивления. К недостаткам манганина следует отнести малый коэффициент изменения сопротивления от давления.
Изменение сопротивления манганина в зависимости от давления выражается формулой: ΔR=k∙R∙р, где R - сопротивление манганина; k - коэффициент изменения сопротивления манганина от давления.
Коэффициент k для манганина колеблется в пределах 2,08 ∙ 10-6 - 2,34 • 10-6 см2\кгс.
Принцип действия манометров с переменной магнитной проницаемостью основан на изменении магнитной проницаемости электромагнитного дросселя при его сжатии или растяжении.
Индуктивные датчики. Схема индуктивного датчика изображена на рис. 5.8. Прибор состоит из мембранного чувствительного элемента 3 с закрепленным на нем железным сердечником 6 и индуктивной катушкой 4 с железным сердечником. Среда с измеряемым давлением поступает по трубке 1 в полость 2 и вызывает прогиб мембраны 3, вследствие чего сердечник 6 приближается к сердечнику индуктивной катушки 4. Таким образом, индуктивность катушки изменяется пропорционально измеряемому давлению. Для подключения датчика к измерительной схеме предусмотрены клеммы 5.
Емкостные датчики. Принципиальная схема емкостного датчика приведена на рис. 5.9. Измеряемое давление подводится к прибору через ниппель 1 и воспринимается мембраной 2. Мембрана 2 и электрод 3 представляют собой обкладки конденсатора, подключенного к измерительной схеме с помощью клемм 4. Известно, что емкость конденсатора зависит от площади обкладок, диэлектрической проницаемости разделяющей их среды и расстояния между обкладками: С=S∙ε/l, где S - площадь обкладок; ε - диэлектрическая постоянная воздушной среды; l - расстояния между обкладками.
Под действием давления мембрана прогибается и приближается к электроду 3.
Площадь обкладок в процессе измерения не меняется. Неизменна в процессе измерения также диэлектрическая постоянная ε. В процессе измерения давлений вследствие прогиба мембраны изменяется только расстояние l между обкладками пропорционально измеряемому давлению. Следовательно, формулу можно написать в следующем виде: С=k/l, где k = S∙ε.
Иными словами, емкость конденсатора обратно пропорциональна измеряемому давлению.
Емкостные датчики при промышленной частоте имеют малую мощность и большое сопротивление, доходящее до десятков мегом. Для увеличения мощности емкостных датчиков их применяют в цепях повышенной и высокой частоты.
Принцип действия датчиков с изменяющейся э, д. с. основан на использовании пьезоэффекта, заключающегося в свойстве некоторых кристаллов (кварца, турмалина, сегнетовой соли) под действием давления создавать на гранях разность потенциалов.
При этом возникающая э. д. с. пропорциональна измеряемому давлению.
Заряды, возникающие на кварцевой пластинке, не могут сохраняться длительное время из-за утечек в элементах измерительной схемы. Причиной утечек является объемная и поверхностная проводимость кристалла, проводимость изоляции соединительного провода и поверхностная проводимость между сеткой и катодом усилительной лампы. Даже при самой тщательной изоляции, заряды практически исчезают за десятые доли секунды. Поэтому пьезоэлектрический метод применяют для измерения быстроменяющихся давлений.
4. Принципы действия ДИСТАНЦИОННЫХ МАНОМЕТРов
Достоинством глубинных дистанционных манометров являются: 1) практически неограниченное время пребывания измерительного устройства в скважине, что весьма важно при исследовании неустановившихся процессов в пласте; 2) возможность наблюдать на поверхности значение изменяющегося давления в процессе его измерения; 3) возможность дистанционного контроля с диспетчерского пункта.
Дистанционный глубинный манометр состоит из глубинного снаряда, в котором расположены чувствительный элемент и преобразователь, канала связи и вторичного прибора. Наиболее удобным методом телепередачи для глубинных дистанционных манометров следует считать частотный и импульсный, при которых параметры канала связи существенно не влияют на погрешность системы телеизмерения.
Устройство дистанционного глубинного манометра УДГМ-3 основано на частотном методе телеизмерения.
Схема устройства преобразователя: в основании жестко закреплены неподвижные концы трубчатых пружин, подвижные концы которых соединены упругой перемычкой. Давление внешней среды через штуцер, капилляри канал действует на внутреннюю полость пружин, которые стремятся распрямиться и натягивают упругую перемычкусилой, пропорциональной измеряемому давлению.
В основании помещаются электромагнит, служащий для возбуждения упругих колебаний в перемычке, и электромагниты, предназначенные для преобразования этих колебаний в э. д. с. Катушки электромагнитов включены последовательно. К выходам электромагнитов и к входу электромагнита с помощью контактов подключен усилитель. В этом случае преобразователь работает в режиме незатухающих колебаний. Частота колебаний определяется по формуле: 
где l-длина перемычки; ρ - плотность материала, из которого изготовлена перемычка; σ - натяжение перемычки.
Натяжение перемычки создается трубчатыми пружинами под действием измеряемого давления. Таким образом, натяжение перемычки σ пропорционально измеряемому давлению, а следовательно, и частота f также пропорциональна измеряемому давлению.
В случае работы преобразователя в режиме затухающих колебаний используется только электромагнит. В него посылается короткий импульс тока, приводящий упругую перемычку в колебание. После исчезновения импульса возбуждения в электромагните находится э. д. с. переменного тока, имеющая частоту, равную частоте собственных колебаний перемычки. На концах трубчатых пружин помещены грузы с регулируемой массой. Регулировка массы грузов осуществляется изменением массы свинца. Трубчатая пружина и упругая перемычка выполнены целиком из одного стержня, изготовленного из сплава с малым температурным коэффициентом модуля упругости. Из этого же материала изготовлено основание.
Датчик собран в герметичном вакуумированном корпусе. Вторичный прибор состоит из конденсаторного преобразователя частоты и потенциометра или цифрового частотомера. Конденсаторный частотомер преобразует поступающую на его вход частоту в пропорциональный ей разрядный ток конденсатора.
Глубинный дистанционный манометр имеет сравнительно высокую точность. Максимальная приведенная погрешность измерения прибором равна 0,5%.
В пневматических системах дистанционной передачи давление сжатого воздуха на выходе датчиков изменяется в пределах 19,6-98,1 кн/м2 (0,2-1 кгс/см2) или 0-98,1 кн/м2 (0-1кгс/см2). Поэтому в качестве вторичных приборов могут применяться различные манометры с малыми верхними пределам измеряемого давления. Преимущественное применение на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах получили Сильфонные манометры различных типов. До Последнего Времени широко применялись сильфонные манометры крупногабаритные в круглом корпусе типа МС Диаметр корпуса 365 мм. Они Выпускались как показывающими на одну точку (МС-270), с трехпозиционным электрическим контактным устройством (МС-278), так и самопишущими на одну точку (МС-410 и МС-610) и две точки (МС-430, МС-630) Самопишущие сильфонные манометры выпускались также с интегратором (МС-612) и стрехпозиционным электрическим контактным устройством(МС-618). В настоящее время более широко применяются показывающие манометры сильфонные малогабаритные в прямоугольном корпусе типа МП и ПВ ПП2 и самопишущие типов РЛ и ПВ с записью значений измеряемой величины на ленточной картограмме. Приборы 1МП-30А и ПВ.ПП2 предназначены для измерения и показания одно й величины. Размеры корпуса составляют 80х170 мм.
Рис. Принципиальная схема измерительного устройства прибора ПВ4 2Э.
1-сильфон; 2 – сопло; 3,4 – рычаг; 5-силовой элемент; 6-указатель; 7-тросик.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 858; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!