Лекция 8. Средства измерения давления газа жидкости и пара

Средства измерения давления газа жидкости и пара

Контроль за протеканием множества технологических процессов связан с регулированием давления или разности давлений газовых и жидких сред. Давление характеризует нормально распределенную силу, действующую на единицу поверхности. При измерениях различают абсолютное (р_а), барометрическое (р_б) и избыточное давления (р_и):

Прибор для измерения давления называется манометр, а для измерения разности давлений – дифференциальный манометр (диффманометр).

В зависимости от измеряемого давления манометры делятся на барометры (измеряют атмосферное давление р_б), вакуумметры (измеряют давление разрежения), манометры избыточного давления (измеряют избыточное давление р_и), манометры абсолютного давления (измеряют давление в трубопроводах или агрегатах р_а).

Манометры для измерения Р<±40кПа называются напоромерами и тягомерами.

По принципу действия манометры делятся на:

1. жидкостные;

2. пружинные;

3. мембранные;

4. сильфонные.

В простейших жидкостных манометрах сила измеренного давления уравновешивается силой тяжести столба жидкости. По высоте этого столба при известной плотности жидкости определяют измеряемое давление. Жидкостные манометры чаще всего применяются как лабораторные приборы при выполнении исследовательских работ. Их можно использовать для измерения давления до ±10 кПа.

В пружинных манометрах сила измеряемого давления компенсируются силой упругости чувствительного элемента – пружины. В мембранных манометрах сила измеряемого давления воспринимается чувствительным элементом – мембраной, перемещение которой преобразуется в сигнал измеренного давления.

F

3 1

2

P₁(Pa) P₂(Pa)

Рис. 8.1. Мембранный манометр

Мембрана 1 размещается в корпусе 2 манометра и делит его внутреннюю полость на две камеры в одну из которых подается атмосферное давление в другую – измеряемое. Под действием разности этих давлений мембрана перемежается и через рычаги 3 передает усилие F рычажной системе токового преобразователя с электрической силовой компенсацией, с усилителя которого снимается сигнал в виде постоянного тока. Этот сигнал пропорционален измеренному давлению или разности давлений и может быть подан на вторичный измерительный прибор или другое устройство. И наше время наиболее распространены мембранные манометры выполненные на тензорезистивных чувствительных элементах.

Рис. 8.2. Конструктивная схема мембранного манометра типа «Сапфир»

На рис. 8.2. приведена конструктивная схема мембранного манометра типа «Сапфир» или «Кристалл» выполненного на основе полупроводниковых тензометрических структур (кремний на сапфире). Манометр содержит мембрану 1 из титанового сплава имеющую жесткий центр 2. Основание мембраны приварено к корпусу 6 имеющему штуцер для подачи измеряемого давления. К мембране по всей поверхности присоединяется чувствительный элемент, представляющий собой сапфировую пластинку 3 с напыленным на нее кремниевыми резисторами 4. Тензорезисторы с сопротивлениями R1 R2 R3 R4 соединяются между собой в мостовую схему и с помощью выводов 8 подсоединяются к усилителю 7 выполненному на интегральной микросхеме. Чувствительный элемент закрывается крышкой 5. Под действием измеряемого давления происходит деформация мембраны, а следовательно и изменение сопротивления тензорезисторов. На выходе мостовой схемы в результате деформации мембраны появляется напряжение разбаланса, которое поступает на усилитель. После усилителя сигнал напряжения преобразуется в сигнал постоянного тока пропорционального измеренному давлению. Подобные манометры отличаются высокой быстродейственностью, виброустойчивостью высоким классом точности (не ниже 0,1¸0,25) и применяются широко в различных АСУ ТП. По верхнему пределу измеряемого давления Р= 5 ¸ 100 МПа.