Давление Основные понятия Давление является одним

Давление

Основные понятия Давление является одним из важнейших физических параметров, и его измерение необходимо как в расчетных целях, например для определения расхода, количества и тепловой энергии среды, так и в технологических целях, например для контроля и прогнозирования безопасных и эффективных гидравлических режимов напорных трубопроводов, используемых на предприятии. Давлением Р называют отношение абсолютной величины нормального, то есть действующего перпендикулярно к поверхности тела, вектора силы F к площади S этой поверхности. При равномерном распределении сил давление равно частному от деления нормальной составляющей силы давления на площадь, на которую эта сила действует.

Виды измеряемых давлений На практике давления газообразных и жидких сред могут измеряться относительно двух различных уровней (рис. 3. 1): - уровня абсолютного вакуума, или абсолютного нуля давления -идеализированного состояния среды в замкнутом пространстве, из которого удалены все молекулы и атомы вещества среды; - уровня атмосферного, или барометрического давления (ГОСТ 8. 271 -77) Давление, измеряемое относительно вакуума, называют давлением абсолютным (ДА). Барометрическое давление (ДБ) - это абсолютное давление земной атмосферы. Оно зависит от конкретных условий измерения: температуры воздуха и высоты над уровнем моря. Давление, которое больше или меньше атмосферного, но измеряется относительно атмосферного, называют соответственно избыточным (ДИ) или давлением разрежения, вакуумметрическим (ДВ). Очевидно, что ДА=ДБ+ДИ или ДА=ДБ-ДВ. При измерении разности давлений сред в двух различных процессах или двух точках одного процесса, причем таких, что ни одно из давлений не является атмосферным, такую разность называют дифференциальным давлением (ДД).

Системные и внесистемные единицы измерения давления Единицы измерения давления (СТ СЭВ 1052 -89) определяются одним из двух способов: 1) через высоту столба жидкости, уравновешивающего измеряемое давление в конкретном физическом процессе: в единицах водяного столба при 4°С (мм вод. ст. или м вод. ст. ) или ртутного столба при 0°С (мм рт. ст. , или Торр) и нормальном ускорении свободного падения; 2) через единицы силы и площади. В Международной системе единиц (СИ), принятой в 1960 году, единицей силы является Н (ньютон), а единицей площади - м 2. Отсюда определяется единица давления паскаль Па=1 Н/м 2 и ее производные, например, килопаскаль (1 к. Па=103 Па), мегапаскаль (1 МПа=103 к. Па=106 Па). Наряду с системой СИ в области измерения давления продолжают использоваться единицы и других, более ранних систем, а также внесистемные единицы. В технической системе единиц МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда) сила измеряется в килограммах силы (1 кгс≈9, 8 Н). Единицы давления в МГКСС - кгс/м 2 и кгс/см 2; единица кгс/см 2 получила название технической, или метрической атмосферы (ат). В случае измерения в единицах технической атмосферы избыточного давления используется обозначение «ати» . В физической системе единиц СГС (сантиметр, грамм, секунда) единицей силы является дина (1 дин=10 -5 Н). В рамках СГС введена единица давления бар (1 бар=1 дин/см 2). Существует одноименная внесистемная, метеорологическая единица бар, или стандартная атмосфера (1 бар=106 дин/см 2; 1 мбар = 10 -3 бар = 103 дин/см 2), что иногда, вне контекста, вызывает путаницу. Кроме указанных единиц на практике используется такая внесистемная единица, как физическая, или нормальная атмосфера (атм), которая эквивалентна уравновешивающему столбу 760 мм рт. ст. В англоязычных странах широко распространена единица давления пси (psi=lbf/in 2) - фунт силы на квадратный дюйм (1 фунт= 0, 4536 кг). В табл. 3. 1 указаны коэффициенты перевода одних системных или внесистемных единиц давления в другие: например, одной технической атмосфере соответствует давление 0, 980665 в барах (здесь бар является внесистемной единицей). В действительности не всегда требуется столь высокая точность перевода единиц, которая отражена в таблице. Для приблизительных оценок и расчетов давления с относительной погрешностью не более 0, 5% полезно использовать следующие соотношения: 1 ат = 1 кгс/см 2 = 104 кгс/м 2 = 0, 97 атм = 0, 98· 103 мбар = 0, 98 бар = 0, 098 МПа С ошибкой в 2% можно пренебречь разницей между технической атмосферой, стандартной атмосферой (баром) и десятой частью мегапаскаля (1 ат = 1 бар = 0, 1 МПа), а с ошибкой в 3% - разницей между технической и физической атмосферами (1 ат = 1 атм). Диапазон давлений, измеряемых в технике, достигает 17 порядков: от 10 -8 Па в электровакуумном оборудовании до 103 МПа при обработке металлов давлением. Материальным хранителем единиц давления являются первичные (национальные) и вторичные (рабочие) эталоны давления Для поддиапазона 1 -100 к. Па избыточных, абсолютных и разностных давлений в качестве первичного эталона используется, как правило, ртутный двухтрубный (U-образный) манометр с лазерным считыванием высоты мениска (погрешность считывания не более 10 -3 мм, а абсолютная суммарная погрешность прибора, учитывающая в том числе и влияние температуры, не превышает 0, 0005% от верхней границы диапазона). Для поддиапазона 100 к. Па - 100 МПа применяются газовые грузопоршневые манометры (точность 0, 0035 - 0, 004% от показаний). Газовые и жидкостные грузопоршневые манометры используются и как рабочие эталоны для передачи единиц давления промышленным образцовым приборам (их точность 0, 01 -0, 1%).

Классификация средств измерения давления Для прямого измерения давления жидкой или газообразной среды с отображением его значения непосредственно на шкале, табло или индикаторе первичного измерительного прибора применяются манометры(ГОСТ 8. 271 -77). Если отображение значения давления на самом первичном приборе не производится, но он позволяет получать и дистанционно передавать соответствующий измеряемому параметру сигнал, то такой прибор называют измерительным преобразователем давления (ИПД) или датчиком давления. Возможно объединение этих двух свойств в одном приборе (манометр-датчик). Манометры классифицируют: по принципу действия и конструкции, по виду измеряемого давления, по применению и назначению, по типу отображения данных и другим признакам

Манометры По принципу действия Жидкостные Деформационные Электрические U-образные Трубчатые Резистивные Чашечные Мембранные Емкостные Сильфонные Грузопоршневые Пьезоэлектрические По виду давления Манометры Вакууметры Барометры Мановакууметры Микроманометры Дифманометры Тягомеры, напоромеры По применению Технические Образцовые Лабораторные Эталонные Специальные По отображению Прямопоказывающие Сигнализирующие Регистрирующие

По принципу действия манометры можно подразделить на: - жидкостные (измеряемое давление уравновешивается гидростатически столбом жидкости (воды, ртути) соответствующей высоты); - деформационные (давление определяется по величине деформации и перемещения упругого чувствительного элемента (УЧЭ) - мембраны, трубчатой пружины, сильфона); - электрические (давление определяется на основании зависимости электрических параметров: сопротивления, емкости, заряда, частоты - чувствительного элемента (ЧЭ) от измеряемого давления). - грузопоршневые (измеряемое или воспроизводимое давление гидростатически уравновешивается через жидкую или газообразную среду прибора давлением веса поршня с грузоприемным устройством и комплектом образцовых гирь); По виду измеряемого давления манометры подразделяют на: - собственно манометры (приборы для измерения избыточного и абсолютного давления); - вакуумметры (приборы для измерения разрежения); - мановакуумметры (приборы для измерения давления и разрежения); - барометры (приборы для измерения атмосферного давления); - дифференциальные манометры (дифманометры) (приборы для измерения разностного давления); - напоромеры (приборы для измерения небольших (до 20 -40 к. Па) избыточных давлений газовых сред); - тягомеры (приборы для измерения небольших (до 20 -40 к. Па) разрежений газовых сред); - тягонапоромеры (приборы для измерения небольших (до 20 -40 к. Па) избыточных давлений и разрежений газовых сред); - микроманометры (дифманометры с малым перепадом давления). Технические характеристики всех этих средств измерения давления определяются соответствующими общими техническими условиями (ГОСТ 2405 -88, ГОСТ 18140 -81 и др). По области применения манометры подразделяют на: -общепромышленные или технические (работающие в промышленных условиях при перепадах температур и влажности окружающей среды, вибрациях, загрязнении внешней среды и т. п. ); -- лабораторные (приборы повышенной точности для использования в комфортных и стабильных условиях лабораторий); - образцовые (для поверки рабочих манометров); - эталонные (хранители единиц давления с целью передачи их образцовым приборам); - специальные (применяются в экстремальных условиях: на железнодорожном транспорте, судах, котельных установках, при работе с кислотными и другими агрессивными средами). По типу отображения значений измеряемого давления манометры подразделяют на: - прямопоказывающие (с визуальным считыванием данных непосредственно по аналоговой (стрелочной) или цифровой шкале прибора); - сигнализирующие (электроконтактные) (с выдачей управляющего электрического сигнала путем замыкания или размыкания контактов при достижении измеряемым давлением заранее установленного контрольного значения); - регистрирующие (самопишущие) (с записью в память значений давления как функции времени и их отображением на электронном табло)

Манометры выполняют функцию локального контроля и в большинстве случаев из-за отсутствия возможности дистанционного доступа к их показаниям (за исключением манометров с унифицированным выходным электрическим сигналом) не могут использоваться для целей современной автоматизации. Такую возможность обеспечивают измерительные преобразователи давления. Классифицируются эти приборы по принципу действия, виду измеряемого давления и типу выходного сигнала ИПД различаются, кроме того, по используемым единицам измерения и ряду основных технических параметров (ГОСТ 22520 -85). По принципу действия или способу преобразования измеряемого давления в выходной сигнал ИПД подразделяются, прежде всего, на: - деформационные (деформационные перемещения упругого чувствительного элемента (мембраны, сильфона, трубки Бурдона) трансформируются с помощью дополнительных промежуточных механизмов и преобразователей в электрический или электромагнитный сигнал); - электрические (измеряемое давление, оказывая воздействия на чувствительный элемент, изменяет его собственные электрические параметры: сопротивление, ёмкость или заряд, которые становятся мерой этого давления). В последние годы получили развитие и другие принципы создания ИПД: волоконно-оптические, гальваномагнитные, объемного сжатия, акустические, диффузионные и т. д.

Измерительные преобразователи давления (ИПД) По принципу действия Деформационные Электрические Трубчатые Тензорезисторные Мембранные Емкостные Сильфонные Пьезоэлектрические По виду давления Абсолютное давление (ДА) По выходному сигналу Избыточного давление (ДИ) Дифференциального давления (ДД) Избыточного/ Вакууметрического (ДИВ) Вакууметрического давления (ДВ) Гидростатического давления (ДГ) Аналоговый Цифровой Пневматический ИРПС Взаимная индуктивность RS 232/485 Электрический HART Ток Сопротивление Напряжение Ёмкость Промышленные сети

По виду измеряемого давления ИПД подразделяются на: - преобразователи абсолютного давления (ДА); - преобразователи избыточного давления (ДИ); - преобразователи вакууметрического давления (ДВ); - преобразователи избыточного/вакууметрического давления (ДИВ); - преобразователи дифференциального давления (ДД); - преобразователи гидростатического давления (ДГ). По выходному сигналу ИПД подразделяются на: - аналоговые (измеряемое давление преобразуется в аналоговый унифицированный пневматический или электрический сигнал); - цифровые. Основной парк действующих ИПД относится к аналоговым с унифицированным токовым сигналом 0. . . 5, 0. . . 20 или 4. . . 20 м. A. В последнее десятилетие наметился переход к ИПД с цифровым выходом. Широкое распространение получил цифровой протокол HART. Этот открытый стандартный гибридный протокол двунаправленной связи предусматривает передачу цифровой информации поверх стандартного аналогового сигнала 4… 20 м. A. Бурно развивается системная интеграция первичных преобразователей с использованием различных разновидностей промышленных сетей (Foundation Fieldbus, Mod. Bus, Profibus и др. ). При этом используется полностью цифровой коммуникационный протокол для передачи информации в обоих направлениях между ИПД и системами управления, существенно облегчая взаимозаменяемость приборов разных мировых производителей. В отечественных цифровых ИПД пока преобладают такие цифровые интерфейсы, как ИРПС (интерфейс радиальной последовательной связи) и RS-232 C.

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ Давление характеризуется отношением силы, равномерно распределенной по площади и нормальной к величине этой площади. По принципу действия приборы для измерения давлений делятся на жидкостные, деформационные, грузопоршневые и электрические. В зависимости от измеряемой величины различают следующие приборы: манометры – для измерения избыточных давлений; вакуумметры – для измерения разрежения мановакуумметры – для измерения избыточных давлений; напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры – для измерения малых избыточных давлений и разрежений (до нескольких к. Па); дифференциальные манометры (дифманометры) – для измерения перепадов (разности) давлений.

Жидкостные манометры Принцип действия жидкостных манометров основан на уравновешивании измеряемой величины высотой столба рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости, в зависимости от величины измеряемого избыточного давления или разряжения, а также от химических свойств измеряемого вещества, применяются: вода, спирт, ртуть, минеральные масла небольшой вязкости. Простота конструкции и надежность гидростатического метода, лежащего в основе работы этих приборов, а также достаточно высокая точность – причины их широкого применения, как для лабораторных, так и для технических измерений небольших избыточных давлений, разрежений, разности двух давлений, атмосферного давления. Образцовые жидкостные приборы служат для поверки некоторых типов манометров, вакуумметров, тягомеров, напоромеров, барометров, дифференциальных манометров Наиболее распространенным и самым простым по устройству является Uобразный прибор (рис. 1). Он состоит из изогнутой в виде буквы U стеклянной трубки 4, примерно до половины заполненной рабочей жидкостью 3. С помощью скобок 1 трубка прикреплена к доске 2, между ветвями трубки размещена шкала 5. Когда давления Р 1 и Р 2 равны, уровни жидкости в левой и правой ветвях U-образной трубки находятся против нулевой отметки шкалы. При неравенстве давлений, например, Р 1>Р 2, уровень в левой ветви опустится, а в правой - поднимется. Отсчет нужно производить дважды: от нуля вниз до уровня в левой ветви и от нуля вверх до уровня в правой ветви; полученные значения отсчетов (их сумма равна h) надо сложить. Это рекомендуется делать, поскольку трубки обеих ветвей прибора могут немного отличаться по диаметру. В этом случае жидкость будет опускаться (в левой) и подниматься (в правой) ветвях на неодинаковое количество делений. Значение измеряемой величины (разность давлений Р 1 и Р 2) определяется по шкале прибора: P 1 -P 2=hpg, где р - плотность рабочей жидкости; g – ускорение силы тяжести.

Жидкостные манометры отличаются простотой конструкций и сравнительно высокой точностью измерения. Их широко применяют как в качестве переносных (лабораторных), так и технических приборов для измерения давления. Переносной U-образный манометр, представляющий собой согнутую в виде буквы U стеклянную трубку 1 показан на рис. 3. 4. Трубка закреплена на доске 2 со шкалой 3, расположенной между коленами трубки, и заполнена жидкостью (спиртом, водой, ртутью). Один конец трубки соединен с полостью, в которой измеряется давление, другой конец трубки сообщается с атмосферой. Под действием измеряемого давления жидкость в трубке перемещается из одного колена в другое до тех пор, пока измеряемое давление не уравновесится гидростатическим давлением столба жидкости в открытом колене. Система находится в равновесии, если гидростатическое давление столба жидкости в открытом колене уравновешивается давлением в другом колене: где Pа - абсолютное давление в аппарате или трубопроводе, Па; Pб – атмосферное давление, Па; S - площадь сечения трубки, м 2; H - разность уровней жидкости в обоих коленах или высота уравновешивающего столба жидкости, м; ρ - плотность жидкости в манометре, кг/м 3; ρ1 - плотность среды, находящейся над жидкостью в манометре, кг/м 3; g – ускорение свободного падения, м/с2. Из уравнения (3. 1): Если над жидкостью в приборе находится газ, то Если давление в пространстве, с которым соединен прибор, ниже атмосферного, то жидкость в трубках переместится в обратном направлении, и высота ее столба будет соответствовать разрежению (вакууму). Присоединив оба свободных конца трубки прибора к двум полостям с разными давлениями, можно по разности уровней жидкости в приборе определить разность давлений. Прибор наполнен жидкостью до нулевой отметки шкалы. Для определения высоты столба жидкости необходимо делать два отсчета (снижения в одном колене, подъема в другом) и суммировать замеренные величины, т. е. Н = h 1 + h 2.

Чашечный манометр, являющийся разновидностью U-образного, показан на рис. 3. 5. Одно из колен чашечного манометра выполнено в виде сосуда (чашки) 1, диаметр которого больше диаметра трубки 2, представляющей собой другое колено. Полость с измеряемым давлением (больше атмосферного) соединяется с чашкой, а трубка соединяется с атмосферой. Так как площадь сечения чашки больше площади сечения трубки, жидкость под действием давления в чашке опускается на высоту h 1, которая меньше высоты подъема в трубке h 2. Обычно площадь сечения чашки значительно больше сечения трубки, поэтому величиной понижения уровня жидкости в чашке пренебрегают, и результат отсчитывают только по высоте столба жидкости в трубке от начального значения. Однако, при этом возникает погрешность, вызванная понижением уровня жидкости в чашке, что изменяет положение нуля шкалы. Например, при диаметре чашки D в десять раз большем диаметра трубки d, получим: h 1 = 0, 01 h 2 , т. е. относительная погрешность составит 1%. Таким образом, погрешность прибора зависит от отношения площадей сечений трубки и чашки и может быть сколь угодно малой. На практике площади сечений чашки S и трубки s выбирают обычно такими, чтобы отношением s/S можно было пренебречь. В основном для чашечных приборов s /S ≤ 1/400. Давление определяется как:

Деформационные манометры В этих приборах измеряемое давление или разрежение уравновешивается силами упругого противодействия различных чувствительных элементов, деформация которых, пропорциональная измеряемому параметру, через рычаги передается на стрелку или перо прибора. При снятии давления чувствительный элемент возвращается в первоначальное положение под воздействием упругой деформации. Деформационные манометры нашли широкое применение в промышленности, что обусловлено простотой и надежностью конструкции, наглядностью показаний, малыми габаритами, высокой точностью и широкими пределами измерения. В качестве измерительных элементов деформационных манометров и измерительных преобразователей давления, разрежения и перепада давлений используют одновитковую трубчатую пружину (рис. 3 а), сильфон (рис. 3 б), мембранную коробку (рис. 3 в), многовитковую трубчатую пружину (рис. 3 г), вялую мембрану (рис. 3 д), жесткую мембрану (рис. 3 е). В трубчато-пружинном манометре с одновитковой трубчатой пружиной (рис. 4), получившем наибольшее распространение, чувствительным элементом является трубчатая пружина 2, представляющая собой полую трубку овального или эллиптического сечения, согнутую по дуге окружности на 180– 270 . Маленькая ось эллипса трубки расположена параллельно, а большая – перпендикулярно плоскости чертежа. Один конец трубчатой пружины жестко соединен с держателем 1, укрепленным винтами в круглом корпусе 3 манометра. Держатель имеет резьбовой ниппель, предназначенный для крепления прибора на трубопроводе или аппарате, в котором измеряется давление. Свободный конец пружины поводком связан с передаточным механизмом 7 , состоящим из зубчатого сектора и сцепленной с ним шестеренки, на ось которой насажена стрелка 4. Рис. 3

Для устранения мертвого хода стрелки, вызванного люфтами в соединениях, передаточный механизм снабжен упругим спиральным волоском 5. Внутренний конец волоска крепится на оси стрелки, а внешний – на неподвижной плате механизма. Волосок постоянно прижимает шестеренки со стрелкой в направлении, противоположном перемещению звеньев механизма под действием давления, что устраняет влияние люфтов в соединениях, и стрелка прибора начинает двигаться одновременно с отклонением чувствительного элемента. Под действием давления среды, сообщающийся с внутренней полостью трубчатой пружины, последняя несколько распрямляется, свободный конец перемещается и тянет за собой поводок, который через передаточный механизм вызывает перемещение стрелки по шкале прибора. Раскручивание трубчатой пружины, согнутой по дуге окружности, обусловлено тем, что при подаче давления ее эллиптическое сечение стремиться перейти в круглое. При этом малая ось эллипса, расположенная в плоскости чертежа, увеличивается, и волокна пружины, находящиеся на радиусе r 1, переходят на больший радиус r 1’, а волокна, находящиеся на радиусе r 2, переходят на меньший радиус r 2’. Так как длина трубчатой пружины остается неизменной, а один конец ее жестко заделан в держателе, в пружине возникают внутренние напряжения, приводящие к ее раскручиванию и перемещению свободного конца. Последний и, следовательно, стрелка прибора перемещаются пропорционально изменению измеряемого давления, поэтому манометр имеет равномерную шкалу. Рис. 4

Грузопоршневые манометры В этих приборах измеряемое давление определяется по величине нагрузки, воздействующей на поршень определенной площади. Грузопоршневые манометры имеют высокую точность (0, 02; 0, 05; 0, 2) и широкий диапазон измерения (0, 1 - 250 МПа). Обычно их применяют для градуировки и поверки грузопоршневых манометров. Грузопоршневой образцовый манометр МП-60 (рис. 5), предназначенный для поверки технических манометров с одновитковой трубчатой пружиной состоит из вертикального цилиндра 8 с тщательно пригнанным стальным поршнем 5, на верхнем конце которого закреплена тарелка 7 для укладки образцовых грузов 6, имеющих форму дисков. Воронка 4 служит для заполнения прибора минеральным маслом. Прибор имеет поршневой пресс 1 с манжетным уплотнением. Для установки поверяемых манометров предназначены штуцеры 3 и 10. Игольчатые вентили 2, 9, и 11 служат для перекрытия каналов, вентиль 12 для спуска масла. Создаваемое грузом давление P = m/A, где m - масса поршня с тарелкой и грузом; А - эффективная площадь поршня, за которую принимают сумму площади сечения поршня и половину площади кольцевого зазора между поршнем и цилиндром (обычно А=0, 996– 1, 004 см 2). Пределы измерения прибора 0 – 6 МПа. Класс точности 0, 05. Рис. 5

Электрические манометры Действие этих приборов основано на зависимости электрических параметров преобразователя давления от величины измеряемого давления. К ним относятся: пьезометрические манометры, в которых используется зависимость электрического заряда пьезоэлемента от измеряемого давления; манометры сопротивления, основанные на зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от измеряемого давления; ионизационные манометры, действие которых базируется на зависимости силы тока положительных ионов, образованных в результате ионизации молекул разреженного газа, от измеряемого давления; радиоизотопные манометры, в которых для ионизации газа используется излучение радиоизотопных источников.

Преобразователи давления электрические с силовой компенсацией Преобразователи давления измерительные с электрическим токовым выходным сигналом входят в общий комплекс унифицированной системы взаимозаменяемых компенсационных преобразователей ГСП. Измерительные преобразователи давления (в дальнейшем преобразователи) предназначены для непрерывного преобразования давления (абсолютного, избыточного или вакуумметрического) в пропорциональный электрический токовый сигнал дистанционной передачи. Преобразователи используют в комплекте с вторичными приборами, регуляторами и другими устройствами автоматики, машинами центрального контроля и системами управления, работающими от стандартного входного сигнала в виде электрического постоянного тока 0 -20, 4 -20 или 0 -5 м. А. Преобразователи построены по блочному принципу. Основным блоком преобразователя является электросиловой преобразователь. Каждый преобразователь состоит из электросилового линейного преобразователя и измерительного блока. Принцип действия преобразователя основан на электрической силовой компенсации. Усилие, с которым измерительный блок воздействует на электросиловой преобразователь, создает момент М, (рис. 6) вызывающей незначительные перемещения рычажной системы передаточного механизма и связанного с ним плунжера 6 индикатора рассогласования. Индикатор рассогласования преобразует это перемещение в управляющий сигнал электрического тока, поступающий на вход электронного усилителя 7. Выходной сигнал усилителя в виде постоянного тока поступает на обмотку катушки силового механизма и одновременно в последовательно соединенную с ней линию дистанционной передачи. В электросиловом преобразователе типа П-Э 1 (рис. 6 а) взаимодействие постоянного магнита 10 с магнитным полем, создаваемым током. Протекающим по обмотке подвижной катушки 9, создает пропорциональное этому току усилие. В электросиловом преобразователе типа П-ЭР 1 (рис. 6 б) взаимодействие электромагнита 12 с подвижным сердечником 11 создает усилие, пропорциональное квадрату тока, протекающего по обмотке этого электромагнита. Усилие, создаваемое силовым механизмом, уравновешивает через рычажную систему входное усилие. Рис. 6

Преобразователи давления и разрежения с пневматическим выходом Преобразователи давления и разрежения измерительные (в дальнейшем – преобразователи) предназначены для работы в системах автоматического управления, контроля и регулирования производственных процессов с целью выдачи информации об измеряемом давлении или разрежении газа или жидкости в виде унифицированного пневматического аналогового выходного сигнала. Преобразователи входят в общий комплекс унифицированной системы взаимозаменяемых компенсационных преобразователей ГСП типа МАС-П, МС-П, ВС-П, МВС-П, ГС-П, НС-П, ТНС-П. По устойчивости к воздействию окружающей среды преобразователи исполняются в двух исполнениях: защищенном от попадания внутрь пыли и воды и защищенном от агрессивной среды (коррозионно-стойком), содержащей сероводород, аммиак и другие смеси, агрессивные к меди и медным сплавам. Измерительные пневматические преобразователи предназначены для непрерывного преобразования давления, разрежения, тяги, перепада в унифицированный пневматический сигнал. Преобразователи могут применяться во взрывоопасных помещениях. Преобразователи построены по блочному принципу. Основным блоком преобразователя является пневмосиловой преобразователь Пневмосиловые преобразователи состоят из чувствительного элемента, силового узла и усилителя. Принцип действия приборов основан на пневматической силовой компенсации. Пневмосиловой преобразователь предназначен для непрерывного преобразования усилия, развиваемого чувствительным элементом преобразователя, в стандартный пневматический выходной сигнал и может использоваться в различных преобразователях, в которых изменение измеряемого параметра может быть преобразовано в изменение силы. В преобразователях с пневмосиловой компенсацией измеряемая величина воздействует на чувствительный элемент и преобразуется в силу, которая автоматически уравновешивается усилием, развиваемым давлением воздуха в сильфоне обратной связи. Это давление и является выходным сигналом. Все преобразователи конструктивно выполнены одинаково, и отличаются друг от друга только типом измерительного элемента. Преобразователи типов ТС-П 1, ТС-П 2, ТС-П 3, НС-П 1, НС-П 2, НС-П 3, ТНС-П 1, ТНС-П 2, ТНС-П 3, МАС-П 1, МАС-П 2, МАС-П 3, используют при измерении параметров газа. Все остальные для измерения параметров газа и жидкости. При измерении давления или разрежения жидкости для преобразователей типов МС-П 1, МС-П 2, МС-П 13, ВС-П 1, МВС-П 1 и МВСП 2 допускается дополнительная погрешность 0, 5 к. Па.

Рассмотрим принципиальную схему пневмосилового преобразователя (рис. 7). Усилие, с которым измерительный блок воздействует на пневмосилвой преобразователь, создает момент М, вызывающий незначительные перемещения рычажной системы передаточного механизма и связанной с рычагом 1 заслонки 8 относительно неподвижного сопла 5. Возникший в линии сопла сигнал управляет давлением, поступающим с усилителя мощности 7 в сильфон обратной связи 6. Пневмосиловой преобразователь состоит из следующих основных элементов: передаточного механизма, сильфона обратной связи, индикатора рассогласования и усилителя мощности. Передаточный механизм смонтирован между двумя платами. Усилие передается от Т образного рычага к Г образному рычагу через подвижную опору. Индикатор рассогласования выполнен по системе соплозаслонка. Заслонка закреплена на Т образном рычаге при помощи двух параллельных плоских пружин. При нормальной работе заслонка перемещается вместе рычагом относительно неподвижного сопла. При перегрузках заслонка плотно закрывает отверстие сопла и остается неподвижной при дальнейшем перемещении Т-образного рычага пневмосилового преобразователя. Для устранения автоколебания предусмотрен жидкостной демпфер. В демпфере используют полиметилсилоксановую жидкость ПМС вязкостью от 15000 до 30000 ст. Допускается использование других жидкостей той же вязкости, в том числе демпферного масла ДС 1. Их применение может быть ограничено температурами, при которых эти жидкости замерзают. Рис. 7

Манометр сильфонный МС-П 1 (МС-П 2) Манометр сильфонный МС П 1 (МС-П 2) предназначен для непрерывного преобразования величины измеряемого избыточного давления газов или жидкостей в пропорциональный пневматический сигнал давлением от 0, 02 до 0, 1 МПа. Манометр (рис. 8) состоит из измерительного блока и унифицированного пневматического узла. Чувствительным элементом измерительного блока этого прибора является сильфон. Унифицированный преобразователь, построенный на принципе пневматической силовой компенсации, включает в себя управляющее устройство «сопло – заслонка» с системой рычагов, усилитель и сильфон обратной связи. Измеряемое давление Ризм подводится к сильфону 1 измерительного блока. При изменении измеряемого давления несколько перемещаются рычаги 3 и заслонка 6 относительно сопла 5. Система сопло-заслонка преобразует это перемещение в сигнал давления сжатого воздуха, поступающий на усилитель 7. Выходной сигнал Рвых с усилителя направляется в пневматическую линию к вторичному прибору и в сильфон обратной связи 8, уравновешивающий при помощи системы рычагов измеряемое давление Ризм. Диапазон измерений прибора может регулироваться изменением в пределах 1: 10 его передаточного отношения перемещением опоры 2 вдоль рычагов 3. Начальное значение выходного сигнала 0, 02 МПа устанавливается пружиной – корректором нуля 4 Рассмотрим схему усилителя прибора (рис. 9). Воздух питания под давлением 0, 14 МПа поступает в камеру высокого давления 11, откуда через шариковый клапан 1 направляется в камеру 7 и к соплу 3. При полностью открытом сопле жесткость пружины 10 и воздействие воздуха на эффективную площадь мембраны 2 обеспечивают в камерах 6 и 9 давление, равное 4, 0 -6, 7 к. Па (30 -50 мм. рт. ст. ). Когда же измеряемое давление Ризм увеличивается, заслонка 12 приближается к соплу 3, вызывая возрастание давления в камере 7. При этом мембрана 4 закрывает шариковый клапан 5 сброса воздуха в атмосферу, мембрана 2 открывает шариковый клапан 1 и давление Рвых увеличивается до восстановления равновесия сил на мембранах 2 и 4. В случае уменьшения измеряемого давления Ризм заслонка 12 отходит от сопла 3, силы на мембранах действуют в обратном направлении, и Рвых уменьшается. МС-П 2 отличается от МС-П 1 только размерами чувствительного элемента (входного сильфона). Эффективная площадь сильфона в МС -П 1 – 2 см 2, а в МС-П 2 – 0. 4 см 2. Пределы измерения манометра сильфонного МС П 1 от 0, 025 до 0 0, 4 МПа, а МС-П 2 от 0. 6 до 2. 5 МПа; классы точности 0, 5; 1, 0. Рис. 8 Рис. 9

Возможные неисправности и методы их устранения манометров сильфонных МС-П 1 (МС-П 2) приведены в таблице 1 Неисправность Вероятная причина 1. Выходной сигнал равен нулю. Обрыв или полное засорение линии питания, соединительных линий, засорение фильтра или дросселя пневмореле. 2. Завышенные значения Засорение сопла или небольшое выходного сигнала отвёртывание дросселя пневмореле. Нарушен диапазон настройки. Метод устранения Устранить обрыв или засорение, прочистить, продуть или сменить фильтр или дроссель. Прочистить сопло специальной иглой. Завернуть дроссель. Отрегулировать диапазон настройки с помощью подвижной опоры Засорение дросселя пневмореле Вывернуть дроссельный винт и прочистить капиллярную трубку дросселя иглой, а затем поставить дроссельный винт на место. То же, что и в пп. 2 и 3, а также Проверить и, в случае необходимости, неправильная регулировка упоров 2 отрегулировать положение упоров, прочистить или ослабление крепления пружины дроссель или сопло, проверить крепление корректора нуля. пружины. 3. Заниженные значения выходного сигнала. Выходной сигнал нестабилен. 4. Не удаётся установить значение выходного сигнала, соответствующее нулевому или начальному значению измеряемого давления 5. Выходной сигнал нестабилен. Затирание демпфера. Некачественное крепление деталей измерительного блока и преобразователя. Разрушение или деформация ленточных опор. Повышенная влажность питающего воздуха и образование в каналах пневмосистемы конденсата или инея. Проверить визуально зазор между поршнем и стаканом демпфера, установить поршень таким образом, чтобы зазор со всех сторон был одинаковым и чтобы при постоянном входном давлении и повороте стакана в пределах одного оборота выходной сигнал устанавливался на одно и то же значение. Подтянуть все крепёжные винты и болты. Проверить, нет ли лопнувших или прогнутых ленточных опор и, в случае необходимости, заменить их. Обеспечить осушку питающего воздуха в соответствии с требованиями ГОСТ 24484 -80 6. Значительные автоколебания Неправильная регулировка демпфера Отрегулировать демпфер. выходного сигнала. или неисправность пневмореле. Заменить пневмореле.