Контрольно-измерительные приборы

Давлением называется равномерно распределенная сила, действующая перпендикулярно на единицу площади. Оно может быть атмосферным (давление околоземной атмосферы), избыточным (превышающим атмосферное) и абсолютным (сумма атмосферного и избыточного). Абсолютное давление ниже атмосферного называется разреженным, а глубокое разряжение - вакуумным.

Единицей давления в международной системе единиц (СИ) является Паскаль (Па). Один Паскаль есть давление, создаваемое силой один Ньютон на площади один квадратный метр. Поскольку эта единица очень мала, применяют также единицы кратные ей: килопаскаль (кПа) = Па; мегапаскаль (МПа) = Па и др. Ввиду сложности задачи перехода от применявшихся ранее единиц давления к единице Паскаль, временно допущены к применению единицы: килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см ) = 980665 Па; килограмм-сила на квадратный метр (кгс/м ) или миллиметр водяного столба (мм вод.ст) = 9,80665 Па; миллиметр ртутного столба (мм рт.ст) = 133,332 Па.

Приборы контроля давления классифицируются в зависимости от метода измерения, используемого в них, а также по характеру измеряемой величины.

По методу измерения, определяющему принцип действия, эти приборы подразделяются на следующие группы:

Жидкостные, в которых измерение давления происходит путем уравновешивания его столбом жидкости, высота которого определяет величину давления;

Пружинные (деформационные), в которых значение давления измеряется путем определения меры деформации упругих элементов;

Грузопоршневые, основанные на уравновешивании сил создаваемых с одной стороны измеряемым давлением, а с другой стороны калиброванными грузами действующих на поршень помещенный в цилиндр.

Электрические, в которых измерение давления осуществляется путем преобразования его значения в электрическую величину, и путем замера электрических свойств материала, зависящих от величины давления.

По виду измеряемого давления приборы подразделяют на следуюшие:

Манометры, предназначенные для измерения избыточного давления;

Вакуумметры, служащие для измерения разрежения (вакуума);

Мановакууметры, измеряющие избыточное давление и вакуум;

Напоромеры, используемые для измерения малых избыточных давлений;

Тягомеры, применяемые для измерения малых разрежений;

Тягонапоромеры, предназначенные для измерения малых давлений и разрежений;

Дифференциальные манометры (дифманометры), с помощью которых измеряют разность давлений;

Барометры, используемые для измерения барометрического давления.

Наиболее часто используются пружинные или деформационные манометры. Основные виды чувствительных элементов этих приборов представлены на рис. 1.

Рис. 1. Виды чувствительных элементов деформационных манометров

а) - с одновитковой трубчатой пружиной (трубкой Бурдона)

б) - с многовитковой трубчатой пружиной

в) - с упругими мембранами

г) - сильфонные.

Приборы c трубчатыми пружинами.

Принцип действия этих приборов основан на свойстве изогнутой трубки (трубчатой пружины) некруглого сечения изменять свою кривизну при изменении давления внутри трубки.

В зависимости от формы пружины, различают пружины одновитковые (рис. 1а) и многовитковые (рис. 1б). Достоинством многовитковых трубчатых пружин является большее чем у одновитковых перемещение свободного конца при одинаковом изменении входного давления. Недостатком - существенные габариты приборов с такими пружинами.

Манометры с одновитковой трубчатой пружиной - один из наиболее распространенных видов пружинных приборов. Чувствительным элементом таких приборов является согнутая по дуге круга, запаянная с одного конца, трубка 1 (рис. 2) эллиптического или овального сечения. Открытым концом трубка через держатель 2 и ниппель 3 присоединяется к источнику измеряемого давления. Свободный (запаянный) конец трубки 4 через передаточный механизм соединен с осью стрелки перемещающейся по шкале прибора.

Трубки манометров, рассчитанных на давление до 50 кг/см изготавливаются из меди, а трубки манометров, рассчитанных на большее давление из стали.

Свойство изогнутой трубки некруглого сечения изменять величину изгиба при изменении давления в ее полости является следствием изменения формы сечения. Под действием давления внутри трубки эллиптическое или плоскоовальное сечение, деформируясь, приближается к круглому сечению (малая ось эллипса или овала увеличивается, а большая уменьшается).

Перемещение свободного конца трубки при ее деформации в определенных пределах пропорционально измеряемому давлению. При давлениях, выходящих из указанного предела, в трубке возникают остаточные деформации, которые делают ее непригодной для измерения. Поэтому максимальное рабочее давление манометра должно быть ниже предела пропорциональности с некоторым запасом прочности.

Рис. 2. Пружинный манометр

Перемещение свободного конца трубки под действием давления весьма невелико, поэтому для увеличения точности и наглядности показаний прибора вводят передаточный механизм, увеличивающий масштаб перемещения конца трубки. Он состоит (рис. 2) из зубчатого сектора 6, шестерни 7, сцепляющейся с сектором, и спиральной пружины (волоска) 8. На оси шестерни 7 закреплена указывающая стрелка манометра 9. Пружина 8 прикреплена одним концом к оси шестерни, а другим - к неподвижной точке платы механизма. Назначение пружины - исключить люфт стрелки, выбирая зазоры в зубчатом сцеплении и шарнирных соединениях механизма.

Мембранные манометры.

Чувствительным элементом мембранных манометров может быть жесткая (упругая) или вялая мембрана.

Упругие мембраны представляют собой медные или латунные диски с гофрами. Гофры увеличивают жесткость мембраны и ее способность к деформации. Из таких мембран изготавливают мембранные коробки (см. рис. 1в), а из коробок - блоки.

Вялые мембраны изготавливают из резины на тканевой основе в виде одногофровых дисков. Используются они для измерения небольших избыточных давлений и разряжений.

Мембранные манометры и могут быть с местными показаниями, с электрической или пневматической передачей показаний на вторичные приборы.

Для примера рассмотрим дифманометр мембранный типа ДМ, который представляет собой бесшкальный датчик мембранного типа (рис. 3) с дифференциально - трансформаторной системой передачи значения измеряемой величины на вторичный прибор типа КСД.

Рис. 3 Устройство мембранного дифманометра типа ДМ

Чувствительным элементом дифманометра является мембранный блок, состоящий из двух мембранных коробок 1 и 3, заполненных кремнийорганической жидкостью, находящихся в двух отдельных камерах, разделенных перегородкой 2.

К центру верхней мембраны прикреплен железный сердечник 4 дифференциально-трансформаторного преобразователя 5.

В нижнюю камеру подается большее (плюсовое) измеряемое давление, в верхнюю - меньшее (минусовое) давление. Сила измеряемого перепада давления уравновешивается за счет других сил, возникающих при деформации мембранных коробок 1 и 3.

При увеличении перепада давления мембранная коробка 3 сжимается, жидкость из нее перетекает в коробку 1, которая расширяется и перемещает сердечник 4 дифференциально-трансформаторного преобразователя. При уменьшении перепада давления сжимается мембранная коробка 1 и жидкость из нее вытесняется в коробку 3. Сердечник 4 при этом перемещается вниз. Таким образом, положение сердечника, т.е. выходное напряжение дифференциально-трансформаторной схемы однозначно зависит от значения перепада давления.

Для работы в системах контроля, регулирования и управления технологическими процессами путем непрерывного преобразования давления среды в стандартный токовый выходной сигнал с передачей его на вторичные приборы или исполнительные механизмы используются датчики-преобразователи типа "Сапфир".

Преобразователи давления этого типа служат: для измерения абсолютного давления («Сапфир-22ДА»), измерения избыточного давления («Сапфир-22ДИ»), измерения вакуума («Сапфир-22ДВ»), измерения давления - разряжения («Сапфир-22ДИВ»), гидростатического давления («Сапфир-22ДГ»).

Устройство преобразователя «САПФИР-22ДГ» показано на рис. 4. Они используются для измерения гидростатических давлений (уровня) нейтральных и агрессивных сред при температурах от -50 до 120 °С. Верхний предел измерения - 4 МПа.

Рис. 4 Устройство преобразователя «САПФИР -22ДГ»

Тензопреобразователь 4 мембранно-рычажного типа размещен внутри основания 8 в замкнутой полости 10, заполненной кремнийорганической жидкостью, и отделен от измеряемой среды металлическими гофрированными мембранами 7. Чувствительными элементами тензопреобразователя являются пленочные тензорезисторы 11 из кремния размещенные на пластине 10 из сапфира.

Мембраны 7 приварены по наружному контуру к основанию 8 и соединены между собой центральным штоком 6, который связан с концом рычага тензопреобразователя 4 с помощью тяги 5. Фланцы 9 уплотнены прокладками 3. Плюсовой фланец с открытой мембраной служит для монтажа преобразователя непосредственно на технологической емкости. Воздействие измеряемого давления вызывает прогиб мембран 7, изгиб мембраны тензопреобразователя 4 и изменение сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока по проводам через гермоввод 2 в электронное устройство 1, преобразующее изменение сопротивлений тензорезисторов в изменение токового выходного сигнала в одном из диапазонов (0-5) мA, (0-20) мA, (4-20) мА.

Измерительный блок выдерживает без разрушения воздействие односторонней перегрузки рабочим избыточным давлением. Это обеспечивается тем, что при такой перегрузке одна из мембран 7 ложится на профилированную поверхность основания 8.

Похожее устройство имеют и указанные выше модификации преобразователей «Сапфир-22».

Измерительные преобразователи гидростатических и абсолютных давлений «Сапфир-22К-ДГ» и «Сапфир-22К-ДА» имеют выходной токовый сигнал (0-5) мА или (0-20) мА или (4-20) мА, а также электрический кодовый сигнал на базе интерфейса RS-485.

Чувствительным элементом сильфонных манометров и дифманометров являются сильфоны - гармониковые мембраны (металлические гофрированные трубки). Измеряемое давление вызывает упругую деформацию сильфона. Мерой давления может быть либо перемещение свободного торца сильфона, либо сила, возникающая при деформации.

Принципиальная схема сильфонного дифманометра типа ДС приведена на рис.5. Чувствительным элементом такого прибора являются один или два сильфона. Сильфоны 1 и 2 одним концом закреплены на неподвижном основании, а другим соединены через подвижный шток 3. Внутренние полости сильфонов заполнены жидкостью (водоглицериновой смесью, кремнийорганической жидкостью) и соединены друг с другом. При изменении перепада давления один из сильфонов сжимается, перегоняя жидкость в другой сильфон и перемещая шток сильфонного блока. Перемещение штока преобразуется в перемещение пера, стрелки, лекала интегратора или сигнал дистанционной передачи, пропорциональный измеряемому перепаду давления.

Номинальный перепад давления определяет блок винтовых цилиндрических пружин 4.

При перепадах давления выше номинального стаканы 5 перекрывают канал 6, прекращая переток жидкости и предупреждая таким образом сильфоны от разрушения.

Рис. 5 Принципиальная схема сильфонного дифманометра

Для получения достоверной информации о величине какого-либо параметра необходимо точно знать погрешность измерительного устройства. Определение основной погрешности прибора в различных точках шкалы через определенные промежутки времени производят путем его поверки, т.е. сравнивают показания поверяемого прибора с показаниями более точного, образцового прибора. Как правило, поверка приборов осуществляется сначала при возрастающем значении измеряемой величины (прямой ход), а затем при убывающем значении (обратный ход).

Манометры поверяют следующими тремя способами: поверка нулевой точки, рабочей точки и полная поверка. При этом две первые поверки производятся непосредственно на рабочем месте с помощью трехходового крана (рис. 6).

Рабочая точка поверяется путем присоединения контрольного манометра к рабочему манометру и сравнение их показаний.

Полная поверка манометров осуществляется в лаборатории на поверочном прессе или поршневом манометре, после снятия манометра с рабочего места.

Принцип действия грузопоршневой установки для поверки манометров основан на уравновешивании сил, создаваемых с одной стороны измеряемым давлением, а с другой - грузами, действующими на поршень, помещенный в цилиндр.

Рис. 6. Схемы поверки нулевой и рабочей точек манометра с помощью трехходового крана.

Положения трехходового крана: 1 - рабочее; 2 - поверка нулевой точки; 3 - поверка рабочей точки; 4 - продувка импульсной линии.

Министерство образования Российской Федерации

Саратовский государственный технический университет

ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Методические указания

к выполнению лабораторной работы

для студентов специальностей

150400, 170500, 290300, 120100.

Одобрено

Редакционно-издательским советом

Саратовского государственного

технического университета

Саратов 2003

Методические указания к выполнению лабораторной работы.

Составили: Сунчаляев Фарид Тимерханович

Сизов Владимир Михайлович

Рецензент: Устинов Н.А.

Редактор:

ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

Ц е л ь р а б о т ы: изучение устройства и принципа действия приборов

для измерения давления по схемам и наглядным пособиям.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Давлением называется сила воздействия жидкой среды на единицу ограничивающей ее поверхности. Давление является скалярной величиной.

Единицей давления в системе СИ является Паскаль. Внесистемные единицы давления - килограмм- сила на квадратный сантиметр (кгс/см 2) - атмосферное давление (ат), метры водяного столба (м..вод.ст), мм ртутного столба (мм. рт. ст.). Единицы давления связаны между собой следующим образом:

1Па = 1 Н/м 2 , 1кгс/см 2 =98,07кПа, 1 м.вод.ст. = 9,807 кПа

1ат. = 98,07 кПа, 1мм.рт.ст. = 133,32 Па

Измеряемое давление подразделяется на абсолютное Р абс . , атмосферное Р ат . , избыточное Р изб . = Р абс . - Р ат и вакуум Р вак . = Р ат - Р абс

Классификация приборов

По назначению приборы для измерения давления подразделяются на четыре вида:

1) Приборы для измерения атмосферного давления -барометры,

2) Приборы для измерения избыточного давления и вакуума.

Положительное избыточное давление измеряется манометрами. Приборы, измеряющие недостаток давления до атмосферного, т.е. вакуум, называются вакууметрами. Для измерения избыточного давления и вакуума используются мановакууметры.

3) Приборы для измерения абсолютного давления. Если абсолютное давление больше атмосферного, то оно равно сумме показаний манометра и барометра. Если абсолютное давление меньше атмосферного, то оно равно разности показаний барометра и вакуумметра.

4) Приборы для измерения разности давлений дифференциальные манометры.

Область применения приборов по назначению показана на рис.1.

По принципу действия приборы для измерения давления делятся на жидкостные, деформационные или пружинные, грузопоршневые, косвенные (электрические и комбинированные).

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРИБОРОВ

Ж и д к о с т н ы е п р и б о р ы

Принцип действия жидкостных приборов основан на уравновешивании измеряемого давления давлением столба жидкости. Мерой давления служит высота столба жидкости. Жидкостные приборы позволяют измерять атмосферное давление, вакуум, избыточное давление и разность давлений.

а) Пьезометр применяется для измерения избыточного давления и представляет собой вертикально установленную стеклянную трубку с открытым верхним концом, сообщающимся с атмосферой. Нижний конец трубки соединяется с резервуаром или трубкой, где измеряется давление (рис.2). Для отключения пьезометра устанавливается кран.

Величина избыточного давления Р изб. в рассматриваемой точке определяется по формуле:

где ρ – плотность жидкости, кг/м 3 ;

g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с;

h - показание по шкале пьезометра, м;

h 0 – разность по вертикали между нулем шкалы и рассматриваемой

точкой, м.

б) Дифференциальный манометр представляет собой U – образную стеклянную трубку, примерно наполовину заполненную рабочей жидкостью (рис.3). Открытые концы трубки присоединены с точками измерения давления. Под действием разности давления рабочая жидкость перетекает в сторону меньшего давления, и по шкале определяется разность уровней рабочей жидкости.

Разность давлений Р 1 – Р 2 определяется по формуле

где - плотность рабочей жидкости, кг/м 3 ;

- плотность жидкости, находящейся над рабочей жидкостью, кг/м 3 ;

- разность уровней рабочей жидкости по шкале, м;

1 – разность отметок точек измерения давления.

При 1 = 0, формула упрощается

В качестве рабочей жидкости в дифференциальных манометрах используется ртуть. При измерении небольших перепадов давления газов используется вода. В случае измерения небольших перепадов давления в трубах, заполненных водой, используются пьезометры, подключенные в точках измерения перепада давления.

На схеме пьезометра (Рис. 2.) цифрами обозначены: I - резервуар;

2 - стеклянная трубка; 3 - шкала; 4 - кран; 5 - соединительный шланг; 6 - штуцер.

На схеме жидкостного дифференциального манометра (Рис. 3.)

I - стеклянная трубка; 2 - соединительные шланги; 3 - штуцеры; 4 - трубы с различными давлениями.

Дифференциальный манометр может также использоваться в качестве манометра и вакуумметра. В этом случае один конец трубки сообщается с атмосферой.

Основными достоинствами жидкостных приборов для измерения давления являются простота устройства и высокая точность. Для увеличения чувствительности при измерениях малых давлений используются жидкости с малой плотностью. При невозможности применения жидкостей с малой плотностью для измерения давлений используются приборы с наклонной трубкой 2 и наклонной шкалой 3 (рис.4), в которых наполнение стеклянной трубки, зависит от угла наклона , измеряемого по неподвижной шкале. Избыточное давление Р в рассматриваемой точке определяется по формуле.

Чувствительность прибора увеличивается с уменьшением угла наклона трубки α.

На рис. 4. показан пьезометр с наклонной трубкой. Цифрами обозначены:

I - резервуар или труба; 2 - стеклянная трубка; 3 - шкала; 4 - шкала угломера.

Основной недостаток жидкостных приборов - малый диапазон изменяемых давлений. С увеличением диапазона измеряемого давления увеличивается длина стеклянных трубочек. Кроме того, во многих жидкостных приборах в качестве рабочей жидкости используется ртуть, пары которого, являются ядовитыми.

Простота устройства, стабильность показаний, высокая чувствительность определяет широкое применение жидкостных приборов в лабораторной практике, а также их применение для градуировки и тарировки других приборов для измерения давления.

Д е ф о р м а ц и о н н ы е п р и б о р ы

Принцип действия деформационных приборов основан на деформации упругого элемента под действием давления. Упругий элемент может быть выполнен в виде полой искривленной трубки, заглушенной с одной стороны, мембраны, сильфона. Мерой давления служит деформация упругого элемента. Упругий элемент должен сохранять постоянными свои характеристики при изменении температуры окружающей среды и жидкости в течение всего периода эксплуатации. Поэтому в наиболее ответственных случаях требуется периодическая тарировка этих приборов.

П р и б о р ы с т р у б ч а т о й п р у ж и н о й.

На рис. 5. показан деформационный прибор с трубчатой пружиной Основной деталью этих приборов является полая трубка, имеющая в сечении форму овала и согнутая по дуге окружности так, чтобы большая ось овала была перпендикулярна плоскости трубки. Один конец трубки запаян и свободен, а другой открытый конец трубки закреплен к корпусу 4 и к нему подводится измеряемое давление. Под действием давления трубка деформируется. В манометрах- разгибается, в вакуумметрах -скручивается, в той или иной степени, в зависимости от величины давления. При этом свободный конец трубки 3 перемещается в том или ином направлении и через передаточный механизм (5-поводок,6-зубчатый сектор) поворачивает стрелку 7 и по циферблату 6 прибора на угол, пропорциональный измеряемому давлению.

М е м б р а н н ы е п р и б о р ы.

Принцип действия мембранного прибора (рис.6) основан на прогибе упругой мембраны 1 под действием давления.

Через поводок 2 зубчат сектор 3 и шестеренку прогиб передается на стрелку 4 прибора, перемещающегося вдоль циферблата 5. Мембранный прибор может измерять избыточное давление и вакуум.

Пружинные приборы портативны, просты в устройстве и применимы, в большом диапазоне изменения давлении, однако вследствие изменения со временем свойств упругого элемента требуется периодическая тарировка этих манометров.

Пружинные манометры изготавливаются по следующим классам точности - 0,5; I; 1,5; 2,5; 4, что соответствует относительной, погрешности измерения в процентах.

Г р у з о п о р ш н е в ы е п р и б о р ы

Принцип действия грузопоршневых приборов основан на уравновешивании измеряемого давления, действующего на поршень внешней силой. Величина этой силы является мерой давления. Измеряемое давление определяется как отношение веса груза G к площади поршня S,

Грузопошневые приборы для измерения давления имеют высокую точность, но из-за высокой требовательности к условиям эксплуатации и громоздкости они используются для тарировки приборов с другим принципом действия.

Пр и б о р ы к о с в е н н о г о д е й с т в и я

Действие электрических приборов основано не изменении электрических свойств (пьезоэлектрики) или сопротивления некоторые металлов под действием нагрузки или давления. Затем электрический сигнал преобразуется, усиливается и передается на цифровой индикатор или процессор, управляющий технологическим процессом. Электрические приборы удобны для применения с ЭВМ.

В комбинированных приборах используются различные принципы действия.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Ознакомление с приборам для измерения давления начинает с теоретического изучения по методическому указанию, вычерчивая схемы и выписывая необходимые сведения о приборах. Затем переходят к изучению приборов по наглядным пособиям, находящимся в лаборатории гидравлики. Жидкостные приборы при изучении не разбираются. Пружинные приборы при изучении разбираются под руководством преподавателя. Категорически запрещается осуществлять разборку приборов при отсутствии преподавателя. Устройство приборов сравниваются с приборами, приведенными на схемах. При необходимости вносятся дополнения в описании приборов в тетради. После завершения изучения приборов они собираются в порядке, обратном разборке, также под руководством преподавателя.

Отчет по работе каждым студентом оформляется письменно в отдельной тетради и должен содержать:

1. Название работы.

2. Формулировку цели работы.

3. Основные понятия, относящиеся ко всем приборам.

4. Схему и описание одного жидкостного прибора.

5. Схему и описание одного пружинного прибора.

Описание грузопоршневых приборов и приборов косвенного

действия.

Схемы приборов должны быть выполнены в карандаше с использованием чертежных инструментов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется давлением?

2. Виды давления и единица измерения давления?

3. Какие по назначению бывают приборы для измерения давления?

4. Какие принципы действия приборов для измерения давления?

5. Назначение, устройство и принцип действия пьезометров?

6. Назначение, устройство и принцип действия дифференциальных манометров?

7. Достоинства и недостатки жидкостных приборов для измерения давления?

8. Принцип действия и устройство приборов с трубчатой пружиной?

9. Принцип действия и устройство мембранного прибора для измерения давления?

10. Класс точности пружинных приборов для измерения давления и

что он означает?

11. Принцип действия и область применения грузопоршневых

приборов для измерения давления?

12. Принцип действия и область применения приборов для

измерения давления косвенного действия?

ЛИТЕРАТУРА

1. Прозоров И.В., Николедзе Г.И., Минеев А.В. Гидравлика, водоснабжение и канализация: Учеб. пособие для строит, спец. вузов.- М.: Выс. шк., 1990, - 448 с.: ил.

2. Башта Т.М., Руднев С. С., Некрасов Б.Б. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы.- М.: Машиностроение, 1982.-423 с.: ил.

Время, отведенное на лабораторную работу

Как измерить давление на выходе редуктора:

Те, кто пытался приобрести манометр для измерения низкого давления, знают что сделать это не так-то просто, да и цена на них не маленькая, 2000-3000 руб.
Как же измерить давление газа на выходе редуктора?
В этой статье мы расскажем вам о нескольких, достаточно бюджетных, способах.

Способ № 1:
Измерение давления с помощью U – образного манометра

U -образный манометр – это жидкостный манометр, состоящий из сообщающихся сосудов, в которых измеряемое давление определяют по одному или нескольким уровням жидкости.
В U -образных стеклянных манометрах свободный конец трубки сообщается с атмосферой, а к другому концу подводится измеряемое давление. Простейшая схема измерения давления жидкостным стеклянным манометром показана на рисунке:

Атмосферное давление P атм воздействует на один конец U -образной трубки, частично заполненной рабочей жидкостью. Другой конец трубки с помощью различного рода подводящих устройств соединен с областью измеряемого давления P абс . При Р абс > Р атм жидкость, находящаяся в части подведенного измеряемого давления, будет вытесняться в часть, соединенную с атмосферой. В результате между уровнями жидкостей, находящимися в разных частях U -образной трубки, образуется столб жидкости, высота h – измеряемое избыточное давление.

На рисунке показан U -образный жидкостный стеклянный мановакуумметр. U -образная стеклянная трубка 1 с помощью скоб 2 крепится на металлическом или деревянном основании 3. На нем же, между двумя трубками, установлена шкальная пластина 4 с нанесенной линейной разметкой. Трубка заполняется рабочей жидкостью до нулевой отметки относительно шкальной пластины. Утолщения на концах стеклянной трубки предназначены для более плотного подсоединения резиновых шлангов.

При измерении избыточного давления к одному концу U -образной трубки подается среда измеряемого давления. Второй выход остается свободным и сообщается с атмосферой. Аналогичная ситуация происходит при измерении вакуумметрического давления. Симметричность линейной разметки на шкальной пластине обеспечивает применимость прибора для измерения избыточного и (или) вакуумметрического давления.
U -образные жидкостные манометры с водой в качестве рабочей жидкости могут использоваться как напоромеры, тягонапоромеры и тягомеры для измерения давления воздуха, неагрессивных газов в диапазоне ±10 кПа (100 mbar).

Вы можете купить готовый манометр со стеклянной трубкой. Также данный манометр можно изготовить собственными силами, используя прозрачную ПВХ трубку и линейку.
Естественно, что показания данного манометра будут в мм. водяного столба. Что бы перевести их в в другую величину воспользуйтесь конвертером в конце этой страницы.

Способ № 2:
Измерение давления с помощью бытового тонометра для измерения артериального давления

Давление можно измерить бытовым тонометром для измерения артериального давления.

1. Возьмите тонометр (не полный автомат, а тот в котором манжета накачивается с помощью резиновой груши).

2. Отсоедините грушу и подберите кусочек шланга, который выступит в роли переходника между редуктором и шлангом тонометра.

3. Соедините выход редуктора со шлангом тонометра (вентиль на баллоне должен быть закрыт)

4. Пережмите шланг идущий к манжете (можно воспользоваться струбциной, маленькими тисками или, сложив шланг несколько раз, перетянуть его ниткой).

5. Нажмите кнопку "Старт" на тонометре. Тонометр выполнит калибровку и через несколько секунд будет готов к измерению, на дисплее будет светиться «0»

6. Откройте вентиль на баллоне, тонометр покажет выходное давление редуктора в мм. ртутного столба. Обратите внимание на манжету, она не должна надуваться.

7. ЗАКРОЙТЕ ВЕНТИЛЬ НА БАЛЛОНЕ.

Чтобы перевести полученное значение в миллибары воспользуйтесь конвертером, расположенным в конце страницы.

Если у вас регулируемый редуктор и вам необходимо выставить определенное давление, выполните следующие действия:
- в конвертере величин введите необходимое значение в миллибарах
- определите соответствующее ему значение в мм. ртутного столба
- нажмите кнопку старт на тонометре, тонометр выполнит калибровку и через несколько секунд будет готов к измерению, на дисплее будет светиться «0»
- откройте вентиль на баллоне, тонометр покажет выходное давление редуктора в мм. ртутного столба
- регулируя редуктор, выставьте необходимое вам значение.
- закройте вентиль на баллоне

ВНИМАНИЕ!
Не используйте тонометр для постоянного (непрерывного) измерения давления газа.
Материалы, из которых сделан тонометр, не предназначены для длительного контакта со Сжиженным Углеводородным Газом.

Конвертер газовых величин:

Скоро мы расскажем еще об одном простом и недорогом способе измерения низкого давления

Полнотекстовый поиск:

Где искать:

везде
только в названии
только в тексте

Выводить:

описание
слова в тексте
только заголовок

Главная > Практическая работа >Промышленность, производство

Федеральное государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования "1111111111111111111111111111"

Гидравлические и пневматические устройства .

Практическая работа № 1.

Приборы для измерения давления.

Выполнил: Группа…………………

1111111111 2010 г.

Цель работы: изучение конструкции и принципа работы приборов для измерения давления.

Давление измеряют жидкостными и пружинными манометрами,
а также пьезометрами.

Пьезометром измеряют давление жидкости высотой столба той же жидкости. Он представляет собой открытую сверху трубку, присоединенную нижним концом к месту измерения давления (рис. 1). Жидкость в пьезометре поднимается (если давление в месте измерения больше атмосферного) на высоту Н п называемую пьезометрической высотой. При этом давление в точке измерения складывается из давления р 1 на свободную поверхность жидкости, заключенной в сосуд, и давления столба жидкости высотой Н. Оно уравновешивается давлением в пьезометре

р а

Таким образом, чем больше разность давления на свободную поверхность жидкости, заключенной в сосуд, и атмосферного давления, тем больше разность высот уровней жидкости в пьезометре и в сосуде.

Пьезометрами измеряют давление жидкости, в частности воды, незначительно отличающееся от атмосферного, так как большие избыточные давления могут быть уравновешены лишь давлением
столба воды большой высоты.

Пружинными манометрами измеряют значительные давления жидкостей и газов. Схема такого манометра показана на рис. 2. Он состоит из спиральной трубки 1, один конец которой запаян,
а другой, открытый, конец сообщается с сосудом, в котором измеряют давление. Рабочее тело оказывает давление р на внутреннюю поверхность трубки. На внешнюю ее поверхность действует
давление р н наружного воздуха. Под действием разности давлений трубка раскручивается (выпрямляется) тем сильнее чем больше эта разность. К запаянному концу трубки прикреплен механизм, поворачивающий на соответствующий угол указательную стрелку 2.

Таким образом, с помощью манометра измеряют не абсолютное давление в сосуде, а избыточное давление в нем. Абсолютное давление в сосуде

где р ман это давление, которое показывает манометр.

По виду упругого чувствительного элемента пружинные приборы делятся на следующие группы:

1) приборы с трубчатой пружиной, или собственно пружинные (рис. 3а,б );

2) мембранные приборы, у которых упругим элементом служит мембрана (рис. 3в ), анероидная или мембранная коробка (рис. 3г,д ), блок анероидных или мембранных коробок (рис. 3е,ж );

3) пружинно-мембранные с гибкой мембраной (рис. 3з );

4) приборы с упругой гармониковой мембраной (сильфоном) (рис. 3к );

5) пружинно-сильфонные (рис. 3и ).

Рис. 3. Типы пружинных устройств

По назначениям манометры можно разделить на технические -общетехнические, электроконтактные, специальные, самопишушие, железнодорожные, виброустойчивые(глицеринозаполненые), судовые и эталонные (образцовые).

Общетехнические : предназначены для измерения не агрессивных к сплавам меди жидкостей, газов и паров.

Электроконтактные : имеют возможность регулировки измеряемой среды, благодаря наличию электроконтактного механизма. Особенно популярным прибором этой группы можно назвать ЭКМ 1У, хотя он давно снят с производства.

Специальные: кислородные- должны быть обезжирены, так как иногда даже незначительное загрязнение механизма при контакте с чистым кислородом может привести к взрыву. Часто выпускаются в корпусах голубого цвета с обозначением на циферблате О2(кислород); ацетиленовые -не допускают в изготовлении измерительного механизма сплавов меди, так как при контакте с ацетиленом существует опасность образования взрывоопасной ацетиленистой меди; аммиачные-должны быть коррозиестоикими.

Эталонные : обладая более высоким классом точности (0,15;0,25;0,4) эти приборы служат для поверки других манометров. Устанавливаются такие приборы в большинстве случаев на грузопоршневых манометрах или каких-либо других установках способных развивать нужное давление.

Судовые манометры предназначены для эксплуатации на речном и морском флоте.

Железнодорожные: предназначены для эксплуатации на Ж/Д транспорте.

Самопишушие: манометры в корпусе, с механизмом позволяющим воспроизводить на диаграмной бумаге график работы манометра.

Вакуумме́тр - вакуумный манометр, прибор для измерения давления разреженных газов.

По принципу действия вакуумметры можно подразделить на следующие типы:

классические - являются обычными манометрами (жидкостными либо анероидами) для измерения малых давлений. В жидкостных вакуумметрах в измерительном колене применяется масло с известной плотностью и с по возможности малым давлением пара с тем, чтобы не нарушать вакуум. Обычно жидкостные манометры изолируют от остальной вакуумной системы при помощи азотных ловушек - специальных устройств наполняемых жидким азотом и служащих для вымораживания паров рабочего вещества манометра. Область измеряемых давлений от 10 до 100000 Па.

ёмкостные - основаны на изменении ёмкости конденсатора при изменении расстояния между обкладками. Одна из обкладок конденсатора выполняется в виде гибкой мембраны. При изменении давления мембрана изгибается и меняет ёмкость конденсатора, которую можно измерить. После градуировки возможно использовать прибор для измерения давлений. Область измеряемых давлений от 1 до 1000 Па.

термопарные - принцип действия основан на охлаждении за счёт теплопроводности. Термопара находится в контакте с нагреваемым проводом. Чем лучше вакуум, тем меньше теплопроводность газа, и следовательно выше температура проводника (теплопроводность разрежённого газа прямо пропорциональна его давлению). Проградуировав подключенный к термопаре гальванометр при известных давлениях можно использовать измеряемое значение температуры для определения давления. Область измеряемых давлений от 10 −3 до 10 Torr

ионизационные - принцип действия основан на ионизации газа. При понижении давления газа уменьшается число атомов, способных подвергнуться ионизации, и соответственно ионизационный ток, текущий между электродами при данном напряжении. Область измеряемых давлений от 10 −12 до от 10 −1 Torr. Подразделяются на вакуумметры с холодным катодом (Пеннинга и магнетронные) и с накаливаемым катодом.

Термопарный и ионизационный вакууметры широко применяются в промышленности и экспериментах, так как являются массовыми, хорошо повторяемыми приборами. Практически выполняются в виде электронных ламп со стеклянным отростком, соединяющимся с исследуемым объёмом с помощью шланга или припаивания.

Жидкостные U -образные манометры (рис. 4) применяют для измерения малых давлений. Измеряемое давление зависит от плотности применяемой в манометре жидкости, поэтому при пользовании жидкостными манометрами следует оговаривать, какая жидкость употребляется. Наиболее часто в жидкостных манометрах используют ртуть, воду или спирт.

В U-образных стеклянных манометрах свободный конец трубки сообщается с атмосферой, а к другому концу подводится измеряемое давление. Простейшая схема измерения давления жидкостным стеклянным манометром показана на рис. 4.

Атмосферное давление р атм воздействует на один конец U-образной трубки, частично заполненной рабочей жидкостью. Другой конец трубки с помощью различного рода подводящих устройств соединен с областью измеряемого давления р абс. При р абс  > р атм жидкость, находящаяся в части подведенного измеряемого давления, будет вытесняться в часть, соединенную с атмосферой. В результате между уровнями жидкостей, находящимися в разных частях U-образной трубки, образуется столб жидкости, высота h которого определяется из выражения

h = (р абс – р атм)/((r ж – r атм)g ),

где р абс – абсолютное измеряемое давление; r ж – плотность рабочей жидкости; r атм – то же окружающей атмосферы; g – ускорение свободного падения, принимаемое в среднем равным 9,80665 м/с 2 , но имеющее зависимость от географической широты местности.

Для измерения малых давлений с высокой точностью применяют микроманометры (рис. 5). Такой микроманометр состоит из резервуара 1 и наклонной трубки 2 со шкалой. В резервуар налита жидкость (чаще всего спирт), а один конец трубки входит в резервуар, образуя с ним сообщающиеся сосуды. При давлении р = р 1 - р г на жидкость в сосуде, она перемещается в трубке и занимает на шкале положение L . При угле а наклона трубки, давление, измеряемое микроманометром, определяют по формуле р=ρgH sinα .

Прибор монтируют в корпусе, устанавливаемом с помощью
регулировочных винтов строго по уровню.

Для измерения разности давлений в двух резервуарах или в двух точках одного трубопровода часто применяют так называемые дифференциальные манометры . Схема присоединения такого
манометра к измеряемому объекту показана на рис. 6. Пусть на поверхности жидкости плотностью ρ в сосуде А давление р А , на поверхности жидкости с той же плотностью ρ в сосуде В - давление р в. Если манометр заполнен жидкостью, плотность которой ρ ман, то можно записать следующее равенство:

р а =ρgH2=р в +ρgH3+ρ ман gh

Учитывая, что h 2 -h 1 =-h, получим р а -р в =(ρ ман -ρ)gh. Таким образом, разность давлений определяется разностью уровней жидкостей в коленах дифференциального манометра и разностью плотностей жидкостей в манометре и измеряемых резервуарах.

Вывод.

Давление является одним из важнейших параметров химико-технологических процессов. От величины давления часто зависит правильность протекания процесса химического производства. Под давлением в общем случае понимают предел отношения нормальной составляющей силы к площади, на которую действует сила. При равномерном распределении сил давление равно частному от деления нормальной составляющей силы давления на площадь, на которую эта сила действует. Величина единицы давления зависит от выбранной системы единиц (табл. 1).

Различают абсолютное и избыточное давление. Абсолютное давление P а - параметр состояния вещества (жидкостей, газов и паров). Избыточное давление р и представляет собой разность между абсолютным давлением P а и барометрическим давлением Р б (т. е. давлением окружающей среды):

Р и = Р а - Р б.

Если абсолютное давление ниже барометрического, то

Р В = Р б - Ра,

где P в - разрежение.

Единицы измерения давления: Па (Н/м 2); кгс/см 2 ; мм вод. ст.;

Таблица 1

Соотношение между единицами давления:

Контрольные вопросы.

1. Какой величиной характеризуется силовое воздействие жидкости на твердые тела?

Ответ: давление это силовое воздействие жидкости на твердые тела.

2. Какое давление измеряют с помощью манометров?

Ответ: с помощью манометра измеряют не абсолютное давление в сосуде, а избыточное давление в нем.

3. Что такое абсолютное давление?

Ответ: абсолютное давление это общее давление, измеряемое путем деления единицы площади на единицу площади, вызываемой жидкостью. Оно равно сумме атмосферного и манометрического давления.

Список используемой литературы:

В.Е. Егорушкин «Основы гидравлики и теплотехники»