Выходным сигналом

Первичные преобразователи с неэлектрическим

Глава II Контрольно-измерительные приборы

Большинство неэлектрических величин, которые необходимо измерять и регулировать в системах автоматизации, удобно преобразовывать в механическое перемещение, а уже потом механическое перемещение преобразовывается в электрический сигнал.

В качестве первичных преобразователей давления газа или жидкости в механическое перемещение обычно применяют: сильфон, мембрана или труб­чатая пружина, иногда столб жидкости.

Сильфон – это тонкостенная (обычно металлическая) цилиндрическая оболочка с поперечной гофрированной боковой поверхностью. Сильфон рас­ширяется или сжимается вдоль оси подобно пружине под действием разности давления жидкости или газа внутри и снаружи.

Мембрана – это обычно круглая пластина, закрепленная по периметру, которая прогибается под действием давления жидкости или газа.

Трубчатая пружина – это металлическая трубка (латунь, сталь и др.), изогнутая в виде кольца, обычно в поперечном сечении овальной формы. В ряде случаев для увеличения чувствительности трубчатая пружина может иметь не один виток, а пять-семь витков. Под действием давления внутри трубки пружина стремиться разогнуться.

Столб жидкости в стеклянной U-образной трубке в зависимости от разности давления подводимого к концам трубки будет иметь разную высоту в каждом колене трубки, а разность уровней и будет показывать величину давления. Кроме того, существует манометр, который называется кольцевые весы. Он представляет собой кольцо, выполненное из трубки имеющей глухую перегородку и заполненной на половину внутреннего объема жидкостью. Возле перегородки кольцо имеет входные штуцеры (с обеих сторон перегородки). При создании перепада давления через штуцеры внутри кольца возникает давление жидкости, которая поворачивает само кольцо.

В зависимости от используемого чувствительного элемента различают сильфонные, мембранные, пружинные или жидкостные манометры.

В качестве первичных преобразователей температуры газа или жидкости в механическое перемещение обычно применяют: сильфон, мембрана, труб­чатая пружина, биметаллическая пластина, жидкость. Кроме того, в системах автоматизации применяют также преобразователи температуры сразу в электрический сигнал – термопреобразователи (термопары, формирующие термо-ЭДС), термопреобразователи сопротивления.

Сильфон, мембрана, труб­чатая пружина – в качестве преобразователей температуры работают, потому, что в замкнутом пространстве давление жидкости или газа при изменении температуры будет изменяться. Этот вид термометров так и называется манометрические термометры.

Биметаллическая пластина (пружина) – это двухслойная пластина, изготовленная из металлов с разными коэффициентами линейного расширения. При нагревании пластина изгибается в сторону того слоя материал, которого имеет меньший коэффициент, обычно в качестве такого материала применяют специальный сплав – инвар.

Жидкостные термометры в системах автоматизации используют, как правило, в качестве контрольных для обслуживающего персонала. Поскольку положение мениска столба жидкости довольно сложно преобразовать в электрический сигнал. Исключение составляют ртутные (жидкость – металл), их используют как сигнальные, так как в их стеклянные баллоны и капиллярные трубки могут быть впаяны контакты, замыкаемые столбом ртути.

Термопреобразователи (термопара) – это соединение двух различных металлов, которое при изменении температуры одного из концов (рабочего спая) при постоянной температуре вторых концов вызывает появление на них термо-ЭДС, величина, которой пропорциональна разности температуры концов.

Термопреобразователи сопротивления – это использование свойства проводников изменять величину сопротивления в зависимости от температуры. В качестве термопреобразователей сопротивления обычно используется медная или платиновая проволока.

Измерение расхода жидкостей, пара и газа ведут по перепаду давления до и после сужающего устройства (диафрагмы или сопла) с помощью дифференциальных манометров. Такие устройства относят к группе расходомеров переменного перепада. Чем больше расход, тем больше падение давления после сужающего устройства, но эти величины связаны нелинейной зависимостью.

Существуют приборы, измеряющие расход по перемещению поплавка в вертикальной трубке переменного сечения. Их относят к группе расходомеров постоянного перепада и иначе называют ротаметрами. Обычно поплавок выполняют из металла, поэтому он тонет в неподвижной жидкости. При движении жидкости снизу вверх поплавок поднимается, за счет силы давления создаваемого потоком расхода жидкости. Подъем поплавка обеспечивает возможность прохода жидкости, увеличивая поперечное сечение канала для прохода жидкости. Чем больше расход, тем выше поднимается поплавок.

Кроме того, расход газа или жидкости измеряют еще и с помощью счетчиков количества скоростных и объемных. Скоростные счетчики выполняются в виде многозаходной вертушки (многолопастное турбинное колесо). Объемные счетчики выполняются поршневыми или шестеренчатыми (из двух шестерен). Шестеренки, плотно перекрывая весь объем рабочей камеры, обегают друг друга, находясь в непрерывном зацеплении. При этом благодаря перепада давления до и после счетчика образуется сила, которая заставляет шестерни вращаться. За один оборот обеих шестерен через мерную камеру пройдет количество жидкости равное ее объему. Поршневые счетчики отличаются тем, что поршень в камере перемещается принудительно не за счет сил давления. Для измерения расхода газа с помощью счетчиков количества в промышленности используют ротационные счетчики, которые конструктивно сходны с шестеренчатыми счетчиками для жидкостей, отличается лишь форма лопастей, а также выполняется более тщательная обработка и более точная подгонка внутренних поверхностей, благодаря чему утечки газов в таких счетчиках минимальны и практически отсутствуют.

Уровень жидкостей измеряют по положению поплавка в сосуде, каким воспользовался Иван Иванович Ползунов в изобретенной им еще в 1763 году паровой машине для автоматического поддержания необходимого уровня воды в котле. В настоящее время в таких устройствах используют более надежные средства, как правило, с помощью уравнительного сосуда и дифманометра, как, например, в паровых котлах ТЭЦ.