Чувствительные элементы дифференциальных средств измерения давления. Их свойства и характеристики

Дифференциальные манометры применяются для измерения разности (перепада) давления жидкостей и газов. Дифманометры могут быть использованы для контроля расхода газа или жидкости по перепаду давления в сужающем устройстве, для измерения уровня жидкости, находящейся под атмосферным, избыточным или вакуумметрическим давлением, а также для измерения малых избыточных и вакуумметрических давлений в качестве тягомеров, напоромеров и тягонапоромеров. Верхний предел измерений перепадов давлений дифманометров выбирают из ряда А = а ∙10n, где а - одно из чисел ряда 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3,2; 4; 5; 6,3; 8; n - целое число (положительное или отрицательное) или нуль. Классы точности выбирают из ряда 0,5; 1; 1,5; 2,5. Класс точности 2,5 допускается только для дифманометров с верхним пределом измерений < 100 Па. По принципу действия и конструктивным признакам дифманометры разделяют на следующие типы: двухтрубные, кольцевые, поплавковые, колокольные, мембранные и сильфонные. Двухтрубные, кольцевые и поплавковые дифманометры, в прошлом широко распространенные в промышленности, в настоящее время применяются редко, и их изготовление существенно сокращено из-за недостатков, обусловленных главным образом наличием в них рабочей жидкости, особенно ртути. Ниже рассмотрены дифманометры, наиболее широко применяемые в металлургии. Колокольные дифманометры. Колокольные дифманометры являются бес-шкальными первичными измерительными приборами, предназначенными для измерения тяги, напора и разности давлений неагрессивных газов при низких статических давлениях.

Рисунок 4.6 – Принципиальная схема колокольного дифманометра Чувствительным элементом прибора является колокол 1, частично погруженный в трансформаторное масло. Колокол подвешен к рычагу 2, расположенному в бачке 3. Перепад давления, воспринимаемый колоколом, уравновешивается пружиной 4. Под действием этого усилия колокол перемещается вверх или вниз. При перемещении колокола поворачивается сектор 5, жестко связанный с рычагом 2. Сек-тор сцеплен с шестеренкой 6, сидящей на оси рамки 7 ферродинамического преобразователя 8. Угол поворота рамки, а следовательно, и ее э.д.с. пропорциональны разности давлений, действующих на колокол. Винт 9, воздействующий на измерительную пружину 4, служит для установки рамки преобразователя в нулевое положение. Для устранения потерь на трение бачок с механическими деталями заполнен трансформаторным маслом. Колокольные дифманометры выпускаются с диапазоном напора 40-400 Па тягонапора ±32 ÷ ±200 Па, на предельные номинальные перепады давлений 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1 кПа. Предельно допустимое рабочее избыточное давление на дифманометр 0,25 МПа. Дифманометры работают в компенсационных измерительных ферродинамических схемах в комплекте со вторичными приборами, настроенными на входной сигнал 1-0-1 В, 50 Гц, или соответствующую ему взаимоиндуктивность 10-0-10 мГ. Мембранные дифманометры. Мембранные дифманометры являются бес-шкальными первичными измерительными приборами, предназначенными для измерения давления и перепада давления неагрессивных сред и преобразующими измеряемую величину в унифицированный аналоговый сигнал постоянного тока 0-5 мА (0-20 мА), переменного тока взаимной индукции 0-10 мГ или в пневматический сиг-нал давлением 20-100 кПа. Схема мембранного дифманометра ДМ с дифференциально-трансформаторным преобразователем.

Рисунок 4.7 – Схема мембранногодифманометра Чувствительным элементом дифманометра является мембранный блок, со-стоящий из двух мембранных коробок 1 и 3, закрепленных в корпусе 2. Мембранные коробки изготовлены из гофрированных мембран, выполненных из коррозионностойкого немагнитного хромоникелевого сплава. Внутренние полости мембранных коробок заполнены дистиллированной водой, и через отверстие в перегородке коробки сообщаются между собой. С центром верхней мембраны связан сердечник 4 дифференциально-трансформаторного преобразователя 5. Сердечник перемещается внутри разделительной трубки 6, изготовленной из немагнитной стали. Давления Р1 и Р2 в камеры дифманометра подводятся трубками через два запорных вентиля. Большее давление Р1 подается через вентиль, обозначенный знаком плюс, меньшее давление Р2 - через вентиль, обозначенный знаком минус. Для сообщения между собой плюсовой и минусовой камер служит уравнительный вентиль, расположенный ниже запорных вентилей. Под действием измеряемой разности давлений нижняя мембранная коробка сжимается и жидкость из нее перетекает в верхнюю коробку, вызывая перемещение центра мембраны верхней коробки, а вместе с ней и сердечник, дифференциально-трансформаторного преобразователя до тех пор, пока усилие от приложенной к мембранному блоку разности давлении не уравновесится упругими силами мембранных коробок. Перемещение сердечника приводит к изменению напряжения выходного сигнала пропорционально измеряемому перепаду давления. Дифманометры типа ДМ выпускаются на предельные перепады давления от 1 кПа до 1,6 МПа и работают в комплекте со вторичными приборами, на-строенными на выходной параметр 0-10 мГ. К разновидности мембранныхдифманометров можно отнести приборы с тензометрическими преобразователями.

Рисунок 4.8 - Схема тензометрического преобразователя перепада давления Тензопреобразователь 4 мембранно-рычажного типа размещен внутри заполненной кремнийорганической жидкостью полости основания 2 и отделен от контролируемой среды металлическими гофрированными мембранами 1. Данные мембраны по наружному контуру приварены к телу основания и соединены между собой центральным штоком 3, связанным, в свою очередь, с концом рычага тензопреобразователя, в качестве чувствительного элемента которого используется пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами. Воздействие разности давлений вызывает прогиб мембраны 1, изгиб мембраны 8 тензопреобразователя и изменение сопротивления тензорезисторов 5. Электрический сигнал с тензомодуля передается из полости высокого давления в электронное устройство 6 по проводам через герметичный вывод 7. Измерительный блок выдерживает без разрушения воздействие односторонней перегрузки рабочим давлением. Это обеспечивается тем, что при односторонней перегрузке мембрана 1 после дополнительного перемещения ложится на профилированную подушку. Стандартный выходной сигнал преобразователя 0-5, 0-20 или 4-20 мА постоянного тока. Сильфонныедифманометры. Схема сильфонногодифманометра с магнитным преобразователем.

Рисунок 4.9 - Сильфонныйдифманометр Измерительный блок дифманометра состоит из сильфона 1, в который встроена винтовая пружина 2. Жесткость пружины определяется диапазоном измеряемого перепада давления. Сильфон жестко соединен с плоской пружинной под-веской 3, с которой при помощи немагнитного штока связан магнитный сердечник 4. Сердечник находится внутри разделительной трубки 5 из немагнитной коррозионностойкой стали. На разделительной трубке установлен преобразователь с магнитной компенсацией 6. Рядом с преобразователем расположен транзисторный усилитель 7. Подвод давлений Р1 и Р2 в камеры дифманометра осуществляется через импульсные трубки. Под воздействием разности давлений (Р1-Р2) сильфон 1 сжимается, вызывая перемещение его дна. При этом перемещается жестко связанный с сильфоном шток преобразователя, выходной сигнал которого дополнительно усиливается транзисторным усилителем и в виде унифицированного сигнала 0-5 мА поступает ко вторичному прибору. Сильфонныедифманометры выпускаются на предельные перепады давления 6,3- 630 кПа и рассчитаны на предельно допускаемое рабочее давление (избыточное) 25 кПа.