Какой прибор измеряет давление на предметы
Содержание статьи
Приборы для измерения давления. Виды и работа. Применение
Характеристикой давления является сила, которая равномерно воздействует на единицу площади поверхности тела. Эта сила оказывает влияние на различные технологические процессы. Давление измеряется в паскалях. Один паскаль равен давлению силы в один ньютон на площадь поверхности в 1 м2. Применяют приборы для измерения давления.
Виды и работа
Приборы для измерения давления, называются манометрами. В технике чаще всего приходится определять избыточное давление. Значительный интервал измеряемых величин давлений, особые условия измерения их во всевозможных технологических процессах обуславливает разнообразие видов манометров, которые имеют свои различия по конструктивным особенностям и по принципу работы.
Виды давления
- Атмосферное давление образуется атмосферой Земли.
- Вакуумметрическое давление — это давление, не достигающее величины атмосферного давления.
- Избыточное давление — это величина давления, превосходящая значение атмосферного давления.
- Абсолютное давление определяется от величины абсолютного нуля (вакуума).
Барометры
Барометром называют прибор, измеряющий давление воздуха в атмосфере. Существует несколько видов барометров.
Ртутный барометр действует на основе перемещения ртути в трубке по определенной шкале.
Жидкостный барометр работает по принципу уравновешивания жидкости давлением атмосферы.
Барометр-анероид работает на изменении размеров металлической герметичной коробки с вакуумом внутри, под действием давления атмосферы.
Электронный барометр является более современным прибором. Он преобразовывает параметры обычного анероида в цифровой сигнал, отображающийся на жидкокристаллическом дисплее.
Жидкостные манометры
В этих моделях приборов давление определяется высотой столба жидкости, которое выравнивает это давление. Жидкостные приборы для измерения давления чаще всего выполняют в виде 2-х стеклянных сосудов, соединенных между собой, в которые залита жидкость (вода, ртуть, спирт).
Рис-1
Один конец емкости соединен с измеряемой средой, а второй открыт. Под давлением среды жидкость перетекает из одного сосуда в другой до выравнивания давления. Разность уровней жидкости определяет избыточное давление. Такими приборами замеряют разность давлений и разрежение.
На рисунке 1а изображен 2-х трубный манометр, измеряющий вакуум, избыточное и атмосферное давление. Недостатком является значительная погрешность измерения давлений, имеющих пульсацию. Для таких случаев применяют 1-трубные манометры (рисунок 1б). В них один край сосуда большего размера. Чашка соединена с измеряемой полостью, давление которой передвигает жидкость в узкую часть сосуда.
При замере берется во внимание только высота жидкости в узком колене, так как жидкость изменяет свой уровень в чашке незначительно, и этим пренебрегают. Чтобы произвести замеры малых избыточных давлений используют 1-трубные микроманометры с трубкой, наклоненной под углом (рисунок 1в). Чем больше наклон трубки, тем точнее показания прибора, вследствие увеличения длины уровня жидкости.
Особой группой считаются приборы для измерения давления, в которых движение жидкости в емкости действует на чувствительный элемент — поплавок (1) на рисунке 2а, кольцо (3) (рисунок 2в) или колокол (2) (рисунок 2б), которые связаны со стрелкой, являющейся указателем давления.
Рис-2
Преимуществами таких приборов является дистанционная передача и их регистрация значений.
Деформационные манометры
В технической области приобрели популярность деформационные приборы для измерения давления. Их принцип работы заключается в деформации чувствительного элемента. Эта деформация появляется под действием давления. Упругий компонент связан со считывающим устройством, имеющим шкалу с градуировкой единицами давления.
Деформационные манометры делятся на:
- Пружинные.
- Сильфонные.
- Мембранные.
Рис-3
Пружинные манометры
В этих приборах чувствительным элементом является пружина, соединенная со стрелкой передаточным механизмом. Давление воздействует внутри трубки, сечение старается принять круглую форму, пружина (1) пытается раскручиваться, в результате стрелка передвигается по шкале (рисунок 3а).
Мембранные манометры
В этих приборах упругим компонентом является мембрана (2). Она прогибается под давлением, и воздействует на стрелку с помощью передаточного механизма. Мембрану изготавливают по типу коробки (3). Это увеличивает точность и чувствительность прибора из-за большего прогиба при равном давлении (рисунок 3б).
Сильфонные манометры
В приборах сильфонного типа (рисунок 3в) упругим элементом является сильфон (4), который выполнен в виде гофрированной тонкостенной трубки. В эту трубку воздействует давление. При этом сильфон увеличивается в длину и с помощью механизма передачи передвигает стрелку манометра.
Сильфонные и мембранные виды манометров используют для замеров незначительных избыточных давлений и вакуума, так как упругий компонент имеет небольшую жесткость. При применении таких приборов для измерения вакуума они получили название тягомеров. Прибор, измеряющий избыточное давление, является напоромером, для измерения избыточного давления и вакуума служат тягонапоромеры.
Приборы для измерения давления деформационного типа имеют преимущество в сравнении с жидкостными моделями. Они позволяют производить передачу показаний дистанционно и записывать их в автоматическом режиме.
Это происходит вследствие преобразования деформации упругого компонента в выходной сигнал электрического тока. Сигнал фиксируется приборами измерений, которые имеют градуировку по единицам давления. Такие приборы имеют название деформационно-электрических манометров. Широкое использование нашли тензометрические, дифференциально-трансформаторные и магнитомодуляционные преобразователи.
Дифференциально-трансформаторный преобразователь
Рис-4
Принципом работы такого преобразователя является изменение силы тока индукции в зависимости от величины давления.
Приборы с наличием такого преобразователя имеют трубчатую пружину (1), которая передвигает стальной сердечник (2) трансформатора, а не стрелку. В итоге изменяется сила индукционного тока, подающегося через усилитель (4) на измерительный прибор (3).
Магнитомодуляционные приборы для измерения давления
В таких приборах усилие преобразуется в сигнал электрического тока вследствие передвижения магнита, связанного с упругим компонентом. При движении магнит воздействует на магнитомодуляционный преобразователь.
Электрический сигнал усиливается в полупроводниковом усилителе и поступает на вторичные электроизмерительные устройства.
Тензометрические манометры
Преобразователи на основе тензометрического датчика работают на основе зависимости электрического сопротивления тензорезистора от величины деформации.
Рис-5
Тензодатчики (1) (рисунок 5) фиксируются на упругом элементе прибора. Электрический сигнал на выходе возникает вследствие изменения сопротивления тензорезистора, и фиксируется вторичными устройствами измерения.
Электроконтактные манометры
В схемах сигнализации, системах авторегулирования технологических процессов, приборах тепловой защиты популярными стали электроконтактные манометры. На рисунке изображена схема и вид прибора.
Рис-6
Упругим компонентом в приборе выступает трубчатая одновитковая пружина. Контакты (1) и (2) выполняются для любых отметок шкалы прибора, вращая винт в головке (3), которая находится на внешней стороне стекла.
При уменьшении давления и достижении его нижнего предела, стрелка (4) с помощью контакта (5) включит цепь лампы соответствующего цвета. При возрастании давления до верхнего предела, который задан контактом (2), стрелка замыкает цепь красной лампы контактом (5).
Классы точности
Измерительные манометры разделяют на два класса:
- Образцовые.
- Рабочие.
Образцовые приборы определяют погрешность показаний рабочих приборов, которые участвуют в технологии производства продукции.
Класс точности взаимосвязан с допустимой погрешностью, которая является величиной отклонения манометра от действительных величин. Точность прибора определяется процентным соотношением от максимально допустимой погрешности к номинальному значению. Чем больше процент, тем меньше точность прибора.
Образцовые манометры имеют точность намного выше рабочих моделей, так как они служат для оценки соответствия показаний рабочих моделей приборов. Образцовые манометры применяются в основном в условиях лаборатории, поэтому они изготавливаются без дополнительной защиты от внешней среды.
Пружинные манометры имеют 3 класса точности: 0,16, 0,25 и 0,4. Рабочие модели манометров имеют такие классы точности от 0,5 до 4.
Применение манометров
Приборы для измерения давления наиболее популярные приборы в различных отраслях промышленности при работе с жидким или газообразным сырьем.
Перечислим основные места использования приборы для измерения давления в:
- Газо- и нефтедобывающей промышленности.
- Теплотехнике для контроля давления энергоносителя в трубопроводах.
- Авиационной отрасли промышленности, автомобилестроении, сервисном обслуживании самолетов и автомобилей.
- Машиностроительной отрасли при применении гидромеханических и гидродинамических узлов.
- Медицинских устройствах и приборах.
- Железнодорожном оборудовании и транспорте.
- Химической отрасли промышленности для определения давления веществ в технологических процессах.
- Местах с применением пневматических механизмов и агрегатов.
Похожие темы:
- Датчики давления. Виды и работа. Как выбрать и применение
- Тензометрические датчики (Тензодатчики). Виды и работа. Устройство
Источник
Измерение давления
Измерение давления необходимо для управления технологическими процессами и обеспечения безопасности производства. Кроме того, этот параметр используется при косвенных измерениях других технологических параметров: уровня, расхода, температуры, плотности и так далее. В Международной системе единиц (СИ) за единицу давления принят Паскаль (Па).
В большинстве случаев первичные преобразователи давления имеют неэлектрический выходной сигнал в виде силы или перемещения и объединены в один блок с измерительным прибором. Если результаты измерений необходимо передавать на расстояние, то применяют промежуточное преобразование этого неэлектрического сигнала в унифицированный электрический или пневматический. При этом первичный и промежуточный преобразователи объединяют в один измерительный преобразователь.
В зависимости от измеряемой среды (ИС) — газ, пар или жидкость используются различные способы отбора давления. Имеются специфические особенности измерения агрессивных, вязких, высокотемпературных, низкотемпературных, «грязных» сред, в воздухопроводах, дымоходах, пылепроводах и т. д.
Для измерения давления используют манометры, вакуумметры, мановакуумметры, напоромеры, тягомеры, тягонапоромеры, датчики давления, дифманометры.
В большинстве приборов измеряемое давление преобразуется в деформацию упругих элементов, поэтому они называются деформационными.
Деформационные приборы широко применяют для измерения давления при ведении технологических процессов благодаря простоте устройства, удобству и безопасности в работе. Все деформационные приборы имеют в схеме какой-либо упругий элемент, который деформируется под действием измеряемого давления: трубчатую пружину (трубка Бурдона), мембрану или сильфон.
Также существуют грузопоршневые манометры, в которых ничего не деформруется.
Наибольшее применение получили приборы с трубчатой пружиной. Их выпускают в виде показывающих манометров и вакуумметров c максимальным пределом измерений. В таких приборах с изменением измеряемого давления р трубчатая пружина / изменяет свою кривизну. Её свободный конец через тягу поворачивает зубчатый сектор и находящуюся с ним в зацеплении шестерню. Вместе с шестерней поворачивается закрепленная на ней стрелка, перемещающаяся вдоль шкалы. Для дистанционной передачи показаний выпускают манометры с промежуточными преобразователями с токовым и пневматическим выходом (МП-Э, МП-П), а также с дифференциально-трансформаторными преобразователями (МЭД).
Промышленность выпускает также мембранные дифманометры с промежуточными преобразователями, имеющими унифицированные токовые или пневматические сигналы.
Для преобразования деформации мембраны в унифицированный токовый сигнал применяют также тензорезисторные промежуточные преобразователи, в которых сопротивление резистора изменяется при его растяжении или сжатии. В таких приборах тензорезистор укреплен на жесткой измерительной мембране. Деформация мембраны, пропорциональная приложенному давлению, приводит к деформации тензорезистора и изменению его сопротивления. Это сопротивление преобразуется измерительной схемой, включающей неуравновешенный мост, в выходной сигнал постоянного тока. Так как деформация жесткой мембраны мала, то применяют полупроводниковые кремниевые тензорезисторы, обладающие высокой чувствительностью.
В дифманометрах чувствительным элементом служит блок из двух неупругих мембран, соединенных между собой штоком. Смещение этого штока под действием перепада давлений приводит к изгибу рычага и деформации измерительной мембраны. Мембраны выполнены из коррозионно-стойкого материала, что позволяет использовать дифманометр для измерений в сильноагрессивных средах.
Для измерения давления агрессивных сред применяют датчики, снабженные защитной мембраной, изготовленной из коррозионно-стойкого материала. Измеряемое давление передается к измерительной мембране через силиконовое масло, которым заполнена внутренняя полость датчика.
Промышленные тензорезисторные преобразователи предназначены для преобразования давления, разрежения и разности давлений в пропорциональное значение выходного сигнала — постоянного тока.
Особенности эксплуатации приборов для измерения давления
При эксплуатации приборов, измеряющих давление, часто требуется защита их от агрессивного и теплового воздействия среды.
Если среда химически активна по отношению к материалу прибора, то его защиту производят с помощью разделительных сосудов или мембранных разделителей.
Разделительный сосуд заполняется жидкостью, инертной по отношению к материалу прибора, соединительных трубок и самого сосуда. Кроме того, разделительная жидкость не должна химически взаимодействовать с измеряемой средой или смешиваться с ней. В качестве разделительных жидкостей применяют водные растворы глицерина, этиленгликоль, технические масла и др.
В мембранном разделителе измеряемая среда отделяется от прибора мембраной с малой жесткостью из нержавеющей стали или фторопласта. Для передачи давления от мембраны к прибору полость между ними заполняют жидкостью.
Для предохранения прибора от действия высокой температуры среды применяют сифонные трубки.
Деформационные приборы требуют периодической поверки. В эксплуатационных условиях у них проверяют нулевую и рабочую точки шкалы. Для этого применяют трехходовые краны. При поверке нулевой точки прибор соединяют с атмосферой. Стрелка прибора должна вернуться к нулевой отметке. Поверку прибора в рабочей точке шкалы осуществляют по контрольному манометру, укрепляемому на боковом фланце. При пользовании краном необходимо строго соблюдать плавность включения и выключения прибора.
С помощью трехходового крана можно проводить также продувку соединительной линии.
Примечания[править | править код]
Литература[править | править код]
- Датчики теплофизических и механических параметров: Справочник в трех томах. Т.1/ Под общ. ред. Ю.Н. Коптева, М.:ИПРЖР, 1999 -548 с.
- Проектирование датчиков для измерения механических величин/ Под общ. ред. Е.П. Осадчего. — М.: Машиностроение. 1979. -480 с.
См. также[править | править код]
- Метрология
Источник
Какой прибор измеряет давление на предметы
Все приборы, измеряющие давление, классифицируются по нескольким критериям:
По роду измеряемого давления: манометры, вакууметры, мановакуумметры, напоромеры, микроманометры, тягомеры, тягонапоромеры, барометры, дифманометры.
Манометры — это приборы, служащие для измерения избыточного либо абсолютного давления (разности давлений). «Ноль» манометра избыточного давления находится на уровне атмосферного давления воздуха.
Вакуумметры нашли применение для измерения давления разреженных газов.
Мановакуумметр позволяет определять избыточное давление и разрежение газа.
Напоромерами измеряют небольшое избыточное давление (не более 40кПа), тягомерами — небольшое вакуумметрическое.
Дифманометры определяют разность давлений в двух точках.
Микроманометры — дифманометры для определения малых разностей давлений.
Барометрами определяют атмосферное давление воздуха.
По принципу действия : жидкостные, деформационные (пружинные, сильфонные, мембранные), грузопоршневые, электрические и другие приборы.
Жидкостные манометры состоят из сообщающихся сосудов, давление определяется по одному либо нескольким уровням. У деформационных манометров давление определяется по деформации или упругой силе деформирующегося элемента — пружины, мембраны, сильфона. В грузопоршневых манометрах искомое значение давления определяется путем уравновешивания массы грузов и поршня. Электрические манометры работают на первичных преобразователях давления.
По назначению: общетехнические для измерения давления в технологических процессах и эталонные для поверки.
По классу точности : от 0,4 до 4,0. Этот показатель характеризует погрешность измерения прибора.
По особенностям измеряемой среды : общетехнические, коррозионно-стойкие, виброустойчивые, специальные, кислородные, газовые.
Специальные манометры применяются для вязких и кристаллизующихся веществ, а также таких веществ, которые содержат твердые частицы.
Помимо вышеперечисленного приборы для измерения давления отличаются по пределу (диапазону) измерений, степени защиты от воды (восемь степеней), по виду защиты от внешних предметов (шесть степеней), по степени устойчивости к вибрациям, по степени устойчивости к влажности и температуре (11 групп).
Манометры и мановакуумметры рассчитаны на то, чтобы выдерживать кратковременную перегрузку.
На циферблате прибора маркируется разметка шкалы, единицы измерения давления, знак минуса для вакуумметрического давления, монтажное положение прибора, класс точности, наименование/обозначение среды, знак Госреестра, товарный знак завода-изготовителя.
Примеры использования электроконтактных манометров в электрических схемах смотрите здесь: Автоматизация насосов и насосных станций
Источник
Тема 7 Приборы для измерения давления
Приборы для измерения давления классифицируются по различным признакам.
По характеру измеряемой величины приборы разделяют на такие группы:
1. Приборы для измерения атмосферного давления
— барометры.
2. Приборы для измерения разности абсолютного и атмосферного давлений:
w манометры — приборы, измеряющие избыточное давление
;
w вакуумметры — приборы, измеряющие вакуум (разрежение)
;
w мановакуумметры — приборы, измеряющие и избыточное давление и вакуум.
4. Приборы для измерения абсолютного давления р — манометры абсолютного давления.
4. Приборы для измерения разности давлений — дифференциальные манометры.
5. Приборы для измерения малого избыточного давления и вакуума — микроманометры.
По принципу действия различают приборы:
· комбинированные и др.
К жидкостным относятся приборы, основанные на использовании гидростатического закона распределения давления. Принцип действиязаключается в том, что измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым весом столба рабочей жидкости. Высота столба рабочей жидкости служит мерой давления.
Действие пружинных приборов основано на применении закона Гука. Сила давления деформирует упругий элемент прибора. Деформация упругого элемента пропорциональна давлению и служит его мерой.
В поршневых приборах сила измеряемого давления жидкости, приложенная к поршню прибора, уравновешивается внешней силой, величина которой служит мерой давления.
Действие электрических приборов основано на использовании пропорциональности между изменением некоторых электрических свойств материалов и изменением давления. Например, омическое сопротивление некоторых сплавов пропорционально давлению окружающей среды. Это свойство используется для измерения высоких давлений. При измерении быстропеременных давлений используется свойство проводников изменять электрическое сопротивление при деформации. Электрический проволочный датчик наклеивают на упругий элемент, деформирующийся под действием измеряемого давления.
К комбинированным относятся приборы, принцип действия которых носит смешанный характер (например, электромеханические приборы).
Основными характеристиками приборов, измеряющих давление, являются:
· диапазон измеряемых давлений;
· линейность — линейная зависимость между измеряемой величиной и показанием прибора;
Основными преимуществами жидкостных приборов являются:
· высокая точность измерений.
Основными недостатками жидкостных приборов являются:
§ узость диапазона измеряемых давлений (от 10 до 10 5 Па);
§ хрупкость стеклянных трубок;
§ необходимость пользоваться для увеличения диапазона измеряемых давлений ртутью и другими жидкостями, пары которых ядовиты.
С целью уменьшения ошибки из-за капиллярности в приборах используют стеклянные трубки диаметром 10…15 мм для воды и 6…9 мм для ртути.
Ртутный барометр (рис. 13). Основная часть барометра — вертикальная толстостенная стеклянная трубка со шкалой и с запаянным верхним концом, из которой полностью удален воздух. Нижний конец трубки опущен в чашу с ртутью, в которой на свободную поверхность рабочей жидкости действует атмосферное давление.
Рисунок 13 — Принципиальная схема жидкостного барометра
Следствие из закона Паскаля для горизонтального уровня
, совмещенного с поверхностью ртути в чаше, позволяет приравнять атмосферное давление и давление столба ртути в трубке, то есть
Пьезометр (от греч. piezo — давлю). Обычно применяется для измерения избыточного (манометрического) давления в рассматриваемой точке. Представляет собой вертикальную стеклянную трубку со шкалой. Верхний конец трубки открыт в атмосферу. Нижний конец пьезометра соединяется с местом измерения давления (рис. 15).
Абсолютное давление в точке С в соответствии с основным гидростатическим законом определяется выражением
где
— плотность жидкости;
— глубина погружения точки, в которой измеряется давление, относительно уровня жидкости в пьезометрической трубке.
Рисунок 15 — Пьезометр Рисунок 16 — Вакуумметр
hc =
= .
где
— плотность рабочей жидкости (ртути), ;
— ускорение свободного падения, ;
— высота столба ртути в трубке, м.
Высота h является мерой атмосферного давления
.
Вакуумметр жидкостной (обратный пьезометр). Представляет собой вертикальную стеклянную трубку со шкалой. Один конец трубки соединяется с местом измерения давления. Второй конец трубки опущен в чашу с рабочей жидкостью (рис. 16). Условие равенства давлений, записанное для поверхности
, совмещенной со свободной поверхностью рабочей жидкости в чаше, в случае вакуумметра имеет вид
Из этой формулы получаем выражение, определяющее численно вакуумметрическую высоту
hвак =
= .
U — образный манометр. Представляет собой U — образную стеклянную трубку со шкалой, заполненную рабочей жидкостью до нулевой отметки. Одна ветвь манометра открыта в атмосферу, другая соединена с местом, где измеряется давление. На рис. (17 а и б) показаны U — образные манометры для изменения избыточного и вакуумметрического давлений.
При измерении избыточного давления для горизонтального уровня
справедливо выражение
где
— разность уровней рабочей жидкости в ветвях манометра.
Очевидно, что измеренное
определяется избыточное давление
Dh =
= .
При измерении вакуумметрического давления для горизонтального уровня n-n справедливо выражение
Измеренная разность уровней рабочей жидкости в ветвях манометра
является мерой вакуумметрического давления
Dh =
= .
Рисунок 17 — U-образный манометр для измерения избыточного (а) и вакуумметрического (б) давлений
Дифференциальный манометр применяется для измерения разности давлений. Представляет собой U — образный манометр, обе ветви которого присоединяются к местам измерения давления (рис. 18). Разность давлений в рассматриваемых точках определяется разностью уровней рабочей жидкости в ветвях манометра.
Для горизонтального уровня
справедливо выражение
Если в рассматриваемых объемах, в которых измеряется разность давлений, находится газ, то изменением весового давления в газе, заполняющем часть измерительной трубки, обычно пренебрегают. Это, как правило, допустимо, так как плотность газов на три порядка меньше плотности жидкостей. Тогда условие равенства давлений горизонтального уровня
принимает вид
Измеренная разность уровней рабочей жидкости в ветвях манометра
является мерой разности давлений в рассматриваемых точках
Dh =
.
Рисунок 18 — Дифференциальный Рисунок 19 — Микроманометр
Микроманометр применяется для измерения давления и разности давлений с достаточно высокой точностью. Представляет собой чашу, заполненную рабочей жидкостью, с наклонной трубкой и наклонной шкалой (рис. 19). При измерении малых давлений в газах для увеличения точности в качестве рабочих жидкостей в приборах применяют легкие жидкости, например, спирт. Показанием прибора является величина l смещения жидкости в наклонной трубке.
Для уровня
справедливо
Поскольку
, избыточное давление на поверхности жидкости в чаше равно
где
— расстояние, на которое перемещается рабочая жидкость по шкале прибора при замере;
— угол наклона трубки к горизонту.
Точность прибора возрастает с уменьшением угла наклона трубки, так как при этом увеличивается показание
прибора, соответствующее данному давлению р. Приборы с наклонной трубкой применяют для измерений давлений, равных 240…1470 Па.
Основными преимуществами пружинных приборов являются:
· широкий диапазон измеряемых давлений.
Основным недостаткомпружинных приборов является нестабильность их показаний, вызываемая рядом причин: постепенным изменением упругих свойств деформируемого элемента, возможным возникновением остаточной деформации в нем, износом передаточного механизма.
Трубчатые пружинные приборы измеряют давление в пределах от
до 1× Па; погрешность измерений 1…3%. Мембранные приборы применяют для измерения вакуума и избыточного давления, не превышающего 2,5 МПа.
Манометр, вакуумметр и мановакуумметр с одновитковой трубчатой пружиной (рис. 20). Основной деталью прибора является согнутая в дуге окружности полая трубка, имеющая в сечении овальную форму (пружина Бурдона). Один конец трубки запаян. Измеряемое давление р передается внутрь трубки через второй открытый ее конец. Под действием разности давлений в корпусе прибора
и внутри полой трубки р пружина деформируется.
Если р > рбар, то избыточное давление разгибает трубку 1. если р
Источник
Источник