Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

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 т.д.

В системе 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.

Деформационный манометр - манометр, принцип действия которого основан на зависимости деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления.

В манометрических приборах, предназначенных для измерения малых значений давления, в большинстве случаев используют мембраны, мембранные коробки или сильфоны. Соответственно эти приборы могут называться мембранными или сильфонными манометрами. Сильфонные и мембранные чувствительные элементы имеют более широкие возможности для увеличения эффективной площади с целью получения требуемого перестановочного усилия, что позволяет использовать их для измерения малых избыточных давлений и разрежения.

1. Сильфон

Сильфон (от англ. фирменного названия Sylphon) - упругая однослойная или многослойная гофрированная оболочка из металлических, неметаллических и композиционных материалов, сохраняющая прочность и герметичность при многоцикловых деформациях сжатия, растяжения, изгиба и их комбинаций под воздействием внутреннего или внешнего давления, температуры и механических напряжений.

Жесткость сильфона зависит от материала, наружного и внутреннего диаметров, толщины стенки заготовки, радиуса закругления гофр r и угла их уплотнения a, числа гофр. Сильфоны бывают цельнотянутыми и сварными.

Изготавливают сильфоны из латуни, а также из нержавеющей стали или бериллиевой бронзы. Они применяются в качестве чувствительных элементов приборов давления, которые своевременно и точно реагируют на изменение давления. Благодаря значительному прогрессу в технологии изготовления сильфонов, они получили широкое распространение в манометрах и дифманометрах с силовой компенсацией.

При действии нагрузки (внешнего P₂ или внутреннего P₁ давления) длина сильфона изменяется, увеличиваясь или уменьшаясь в зависимости от направления приложенной силы. Наличие гофров позволяет перемещать подвижную часть сильфона на значительное расстояние (десятки миллиметров) без заметного изменение его характеристик. Выходная координата сильфона - перемещение h, выходные - P₁ и P₂ или их разность ДР.

Существенными недостатками сильфонов являются значительный гистерезис и некоторая нелинейность характеристики. Для увеличения жесткости, уменьшения влияния гистерезиса и нелинейности часто внутрь сильфона помещают винтовую цилиндрическую пружину. В этом случае характеристика сильфона изменяется, так как к жесткости сильфона добавляется жесткость пружины. Жесткость пружины обычно в несколько раз превышает жесткость сильфона, благодаря чему резко уменьшается влияние гистерезиса сильфона и некоторой нелинейности его характеристики. Расчетные формулы основных размеров сильфонов весьма сложны и не всегда подтверждаются опытом. Обычно диаметр сильфонов находится в пределах 20-80 мм.

2. Структурная схема

а -- схема сильфонного блока;

б -- внешний вид;

1 -- рабочий сильфон;

2 -- кремний органическая жидкость;

3 -- внутренняя полость сильфона;

4 -- шток; 5 -- пружины;

6 -- неподвижный стакан;

7 -- рычаг;

8 -- тореной;

9 -- ось;

10 -- резиновые кольца;

11 -- гофры;

12, 13 -- вентили запорные и уравнительный.

3. Принцип действия

Принцип действия сильфонного манометра основан на уравнивании избыточного давления силами упругой деформации сильфона. Избыточное давление подводят внутрь сильфона, при этом длина сильфона увеличивается, вследствие чего стрелка прибора через систему рычагов движется по шкале.

Первые три гофра 11 представляют собой термокомпенсатор, воспринимающий изменение внутреннего объема жидкости 2 при изменении температуры прибора. Дифманометры снабжаются вентильным блоком, включающим запорные вентили 12 и уравнительный 13. Подключение к объекту измерения дифманометра с открытым уравнительным вентилем позволяет исключить воздействие одностороннего рабочего давления на чувствительный элемент. При закрытых вентилях 12 и открытом 13 указатель дифманометра должен находиться на начальной отметке, что используется при проверке его работоспособности и настройке

Измеряемое давление Р через штуцер 2 поступает во внутреннюю полость сильфона 1. Жесткое основание 8 закреплено неподвижно. Поэтому под действием избыточного давления Р на подвижную крышку 7 будет действовать сила F, численно равная произведению избыточного давления Р на сечение S основания или крышки 7 F = PS. Под действием этой силы крышка 7 перемещается слева направо.

Перемещение прекратится в тот момент, когда сила F уравновесится суммой упругих сил собственно сильфона и шнура. Обе этих упругих силы увеличиваются с ростом перемещения крышки 7 по линейному закону. Поэтому для любого момента времени положение крышки 7 будет определяться величиной избыточного измеряемого давления P: чем больше Р, тем на большее расстояние вправо сместится крышка 7. Шнур работает в пределах упругих деформаций, как и гофрированный сильфон 1, и поэтому с уменьшением избыточного давления Р упругие силы сильфона и шнура возвращают крышку 7 справа налево, причем это смещение снова будет пропорциональным падению давления в сильфоне. Мерой давления Р в любой момент времени будет перемещение крышки сильфона 7 относительно основания 8, то есть расстояние между крышкой 7 и основанием 8.

Шнур работает в пределах упругих деформаций и поэтому его объем при любых растяжениях остается постоянным. Так, например, если длина нити 4 увеличивается в 2 раза, то поперечное сечение нити уменьшается в 2 раза, чтобы объем нити остался постоянным. Если же в любой момент длина нити увеличивается в n раз от l до nl, то одновременно поперечное сечение нити S уменьшается от S до S/n. Известно, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине l и удельному сопротивлению с и обратно пропорционально его поперечному сечению S R = с l/S. (1) В соответствии с (1) при удлинении нити 4 в n раз ее сопротивление увеличивается в n² раз. Поэтому зависимость показываемого омметром 3 сопротивления нити 4 от измеряемого давления имеет квадратичный характер. Омметр 3 градуируют по квадратичной зависимости чтобы его показания соответствовали измеряемому давлению Р. Способ градуировки омметра может быть любым. При нерациональном способе градуировки только увеличивается трудоемкость градуировки, но результаты измерения давления никак не изменятся.

Из описания видно, что шнур в сильфонном манометре одновременно выполняет несколько функций: преобразует измеряемое давление Р в электрическое сопротивление нити 4; позволяет измерять сопротивление нити 4 омметром 3 без относительных перемещений друг относительно друга свободных концов нити и омметра; играет роль двухсторонней пружины, уравновешивая силу перемещения крышки 7 при ее движении вправо и возвращает крышку 7 при спаде давления в исходное состояние; сглаживает возможные колебания крышки 7 при резких перепадах или при резких периодических давлениях, то есть выполняет роль демпфера колебаний; позволяет использовать один сильфон для измерения разных давлений (для этого достаточно иметь набор шнуров разной жесткости для измерения разных давлений, так как смена шнура в манометре проще и быстрее смены собственно сильфона). Совмещение нескольких функций одним шнуром дает возможность преодолеть техническое противоречие, то есть одновременно повысить точность измерений и повысить надежность работы по внезапным отказам, а также ослабить колебания и обойтись одним сильфоном для измерения разных давлений.

4. Пример промышленного прибора (ДСП-160-М1)

сильфон композиционный технический манометр

Дифференциальный манометр ДСП-160 (дифманометр) сильфонный предназначен для измерения:

· разности давлений жидких и газообразных сред (перепадомеры),

Основные технические характеристики

- Метод измерений: прямого действия;

- Функциональное назначение: показывающий;

- Форма представления показаний: стрелочный (аналоговый);

- Метрологическое назначение: рабочий;

- Технологическое назначение: технический общепромышленного и специального исполнения;

- Диаметр показывающей части: 160 мм;

- Расположение штуцеров: радиальное (подключение к процессу сверху);

- Используемые материалы:

сильфоны (сплав 36НХТЮ);

арматура упргуих элементов (нержавеющая сталь 12Х18Р10Т);

крышки (сталь 30);

основание (сталь 30);

диапазонные пружины (12Х18Р10Т);

прокладки (резина МЛП);

соединительные трубки вентильного блока (сталь 20);

· Измеряемая среда: вохдух, вода, пар, жидкость, газ (в тючю кислород и иммиак);

- Предельно допускаемые рабочие избыточные давления, кгс/см2: 63; 160; 250; 320;

- Предельные номинальные перепады давлений, кгс/см2: 0,063; 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1; 1,6; 2,5 - на избыточное давление до 63 и 160 кгс/см2

0,4; 0,63; 1,6; 2,5; 4; 6,3 - на избыточное давление до 250 и 320 кгс/см2;

· Классы точности: 1; 1,5;

· Верхние пределы измерений: должны соответствовать предельным номинальным перепадам давления;

· Время одного оборота диаграммы, ч: 24 или 12

· Питание от сети переменного тока: напряжение - 220 В; частота - 50±1Гц;

· Резьба присоединительного штуцера: металлическая М22х1,5-7Н; М20х1,5-8g;

· Температура окружающей среды,°С: -40…+70;

· Климатические исполнения: Т2;

· Относительная влажность воздуха при температуре 35°С: 100%;

· Степень защиты от воздействия пыли и воды: IP55;

· Виброустойчивость: группаL3;

· Разрывная мощность контактов сигнализирующего устройства, В·А, не более 40

· Параметры питания сигнализирующего устройства: напряжение - 220 или 36 В; частота - 50±1 или 60±1 Гц;

· Присоединительная резьба: М22х1,5-8g;

· Габаритные размеры, мм: 195х153х136;

· Масса, кг, не более 16;

· Изготавливаются по ТУ 25-7310.0063-87;

· Сертификат утверждения типа средств измерений: RU.C.30.065.A №18274.

Список литературы

1. Востров Г.А. Вакууметры/ Г.А. Востров, Розанов Л.Н. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1967. - 236 с.

2. Епанчинцева, О.М. Технические измерения и приборы. - Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2003. - 168 с.

3. Чистофорова Н.В. Технические измерения. Часть 1/ Н.В. Чистофорова, А.Г. Колмогоров. - Ангарск: Ангарская государственная техническая академия, 2008. - 200 с.

4. Большая энциклопедия нефти и газа: [Электронный ресурс]. Уфа, 2017. URL: http://www.ngpedia.ru (Дата обращения 20.11.2017).

5. ООО «Промприбор»: [Электронный ресурс]. Екатиринбург, 2014-2017. URL: http://pp-66.ru (Дата обращения: 19.11.2017).

6. Портал Научно-Технической Информации ЭБ Нефть и Газ: [Электронный ресурс]. СПб, 2008-2017. URL: http://nglib.ru (Дата обращения 20.11.17).

Размещено на Allbest.ru