Приборы для измерения давления и расхода

Для измерения давления газов широко применяют U-образные мано­метры (напоромеры), манометры других типов, вакуумметры и др.

Напоромеры (рис. ниже), обычно используемые для измерения давления воздуха выше атмосферного, неагрессивных газов до 0,1 МПа и вакуума до 0,101 МПа, представляют собой открытую с двух сторон стеклянную трубку, изогнутую по форме буквы U и до половины заполненную рабочей жидкостью, уровни которой можно отсчитывать по специальной шкале.

 

U-образный манометр:

1 - стеклянная трубка, 2 - шкала, 3 - рабочая жидкость

Измеряемое давление (разрежение или разность давлений) уравновешивается и определяется столбом h рабочей жидко­сти, представляющим собой сумму столбов h1 и h2 в обоих коленах трубки. Для измерения давления выше атмосферного правое колено трубки соединяют с газовой средой объекта, а левое оставляют откры­тым, сообщающимся с атмосферой. Давление ниже атмосферного изме­ряют, подключая колена трубки наоборот, т.е. левое соединяют с газовой средой объекта, а правое оставляют открытым. Разность давлений изме­ряют, подключая правое колено к большему давлению, а левое — к мень­шему.

Рабочей жидкостью U-образных манометров может быть вода (внут­ренний диаметр трубки при этом должен быть не менее 8—10 мм, так как иначе нельзя точно определить уровень жидкости), спирт, ртуть. Обычно измеренное такими приборами давление выражают в миллимет­рах столба рабочей жидкости, а для перевода в паскали пользуются следующей формулой: p=hg(p - р_с), где g - ускорение свободного падения, м/с²; h - разность уровней, м; р — плотность рабочей жидко­сти, кг/м³; р_с — плотность среды над рабочей жидкостью, кг/м³.

Точность измерения давления U-образным манометром при строго вертикальной его установке составляет ± 2 мм столба рабочей жидкости.

Манометры, мановакуумметры, вакуумметры-приборы с упругими чувствительными элементами (сильфонами и одновитковыми трубчатыми пружинами) - имеют одинаковое устройство.

Технические манометры, мановакуумметры, вакуумметры выпус­каются классов точности 1; 1,5; 2,5 и 4 и могут иметь трубчатые пружиныэллиптического и плоскоовального сечения или с эксцентриковым каналом. Тонкостенные пружины эллиптического сечения (пружины Бурдона) имеют приборы для измерения как низкого (до 0,1 МПа), так и высокого (до 6 МПа) давления, толстостенные пружины овального сечения - приборы для измерения высокого давления (до 20-160 МПа), а пружины с эксцентриковым каналом — приборы для измерения сверхвысоких давлений (1000 МПа и выше).

Рассмотрим показывающий манометр с одновитковой трубчатой пружиной Бурдона (рис. ниже).

Пружинный манометр: 1 - стрелка, 2 - триб, 3, 5 – спиральная и трубчатая пружины, 4 - сектор, 6 - поводок, 7 - держатель, 8 - штуцер

Один конец этой пружины 5 закреплен к корпусу прибора держателем 7, имеющим штуцер 8 с шестигранником под ключ и резьбу для ввертывания в магистраль, в которой необходимо измерить давление. Другой свободный конец трубчатой пружины, закрытый пробкой с серьгой и герметично запаянный, соединен поводком 6 с с ектором 4, который своим зубчатым венцом находится в зацеплении маленькой шестеренкой (трибом) 2. На оси триба 2 закреплена стрелка 1.Спиральная пружина 3 прижимает зубья триба к зубьям сектора и выводит эту систему из крайних положений.

Манометр работает следующим образом. Под действием измеряемого давления трубчатая пружина деформируется, увеличиваясь в поперечном сечении, и тянет за собой поводок, поворачивающий зубчатый сектор, триб и стрелку, которая показывает на шкале значение давления. Так как перемещение свободного конца трубчатой пружины и угол поворота стрелки пропорциональны измеряемому давлению, шкалы подобных приборов равномерны. Ход стрелки регулируют изменением длины плеча сектора со стороны поводка.

При измерении манометром давления ниже атмосферного трубчатая пружина скручивается и ее свободный конец перемещается не вверх, как при измерении высокого давления, а вниз. Следовательно, стрелка будет двигаться справа налево и прибор будет работать как вакуумметр. Если необходимо, можно изменить движение стрелки, установив трубча­тую пружину с правой стороны.

Мановакуумметры отличаются от рассмотренных приборов наличи­ем двусторонней шкалы: слева от нуля измеряют давление от 0,1 до 0 МПа, а справа - от 0,06 до 2,4 МПа.

При выборе прибора с одновитковой трубчатой пружиной необходи­мо, чтобы рабочий предел измерения был не менее ¾ шкалы при изме­рении постоянного и переменного давлений.

 

Термопарный манометрический преобразователь ПМТ (рис. ниже) предназначен для измерения давлений от 2•10¹ до 10^-1 Па и состоит из стеклянной трубки 1, заполненной газопоглотителем, которой он присоединяется к вакуумной системе, стеклянного баллона 2 и цоко­ля 5 с четырьмя штырьками 6. Внутри баллона расположены находящие­ся в тепловом контакте платиновый подогреватель 3 и хромель-копелевая термопара 4. Преобразователь имеет два ввода подогревателя и два ввода термопары. Подогрева­тель питается от измерительного блока вакууммет­ра постоянным током.

 

Термопарный манометрический преобразователь: 1, 2 - стеклянные трубки и баллон. 3 - платиновый по­догреватель, 4 - хро­мель-копелевая тер­мопара,.5 - цоколи 6 - штырьки

При постоянном токе накала подогревателя термопарного преобразователя, вакуумно-плотно соединенного с откачиваемым объемом, термо-эдс термопары будет определяться давлением окружаю­щего газа, так как изменение температуры подогре­вателя зависит от теплопроводности окружающего газа. При понижении давления теплопроводность га­за уменьшается, температура подогревателя увеличи­вается, а следовательно, увеличивается и термо-эдс термопарного преобразователя. Таким образом, из­меряемой величиной, по которой судят о давлении, является термо-эдс преобразователя. Зависимость термо-эдс от давления находят по градуировочной кривой, прилагаемой к термопарному манометри­ческому преобразователю.

Термопарные манометрические преобразовате­ли ПМТ-2 имеют стеклянный баллон, а ПМТ-4М металлический и могут работать в двух режимах: постоянного рабочего тока и постоянной термо-эдс. В режиме постоянного рабочего тока они измеряют давление до 5 • 10¹ Па. При давлении выше 5 • 10¹ Па режим постоянного рабочего тока заменяют режимом постоянной термо-эдс, при котором мерой давления газа является ток нагревателя. Это позволяет расширить диапазон измеряемых давлений до 6,7 • 10² На.

Термопарный вакуумметр ВТ-3 состоит из ПМТ, блоков питании а также измерения термо-эдс и тока нагревателя.

В блок питания входят силовой трансформатор, выпрямитель и компенсационный полупроводниковый стабилизатор напряжения. От двухполупериодного выпрямителя питаются регулирующий элемент (транзистор) и усилитель компенсационного стабилизатора, для которого дополнительным источником питания является однополупериодная схема. Компенсационный стабилизатор состоит из регулирующего элемента и двухкаскадного усилителя постоянного тока. В качестве опорного элемента служит стабилитрон. Нестабильность напряжения блока питания не более ±0,01 % при токе нагревателя от 80 до 500 мА и не более ±0,05 % при токе от 500 до 1000 мА; пульсации напряжения не превышают 30 мВ.

В вакуумметре ВТ-3 измерение термо-эдс и тока нагревателя выпол­няется одним прибором М-136/А (при измерении тока нагревателя к це­пи измерительного прибора подключают добавочный резистор и шунт).

Электронные ионизационные вакуумметры, применяемые для измерения давлений от 1.3 •10^-3 до 10^-1 Па, состоят из датчика – электронного ионизационного манометрического преобразователя (ПМИ) — и измерительного электрического блока ВИТ-1, ВИТ-2 или ВИТ-3, верх­ний предел измеряемых давлений которых ограничен перегоранием нака­ленного катода и нарушением линейности характеристики преобразова­теля, а нижний — фоновым током, соответствующим давлению 5 • 10^-6 — 8 • 10^-6 Па. Принцип действия ионизационных вакуумметров основан на движении заряженных частиц в вакууме.

Ионизационный манометрический преобразователь (рис. ниже) пред­ставляет собой электровакуумный прибор — триод, в стеклянный бал­лон 4 которого заключены катод 1, сетка 2 и анод 3. На анод подается отрицательный по отношению к катоду потенциал, равный 25 В, а на сетку - положительный, равный 200 В. Когда ионизационный преобра­зователь вакуумно-плотно соединен с откачиваемым объемом и подано питание, электроны с раскаленного катода 1, ускоренные положитель­ным потенциалом сетки 2, ионизируют находящийся в баллоне 4 разре­женный газ, в котором возникает ионный ток, пропорциональный давле­нию газа в баллоне.

Ионизацион­ный манометричес­кий преобразова­тель:

1 - катод 2 - сет­ка, 3 - анод 4 -стеклянный баллон

Образующиеся при ионизации разреженного газа ионы собираются анодом 3, находящимся под отрицательным потенци­алом относительно катода. Ток с анода подается на усилитель, а затем регистрируется измерительным прибором. Так как чувствительность ионизационного преобразователя обычно указана в паспорте, измери­тельный прибор вакуумметра градуируют непосредственно в единицах давления.

Ионизационно-термопарный вакуумметр ВИТ-3 (рис. ниже), представ­ляющий собой комбинированный переносной настольный прибор, служащий для измерения давления воздуха от 10² до 10^-5 Па, работает совме­стно с ионизационным манометрическим преобразователем ПМИ-2 и термопарным манометрическим преобразователем ПМТ-2 или ПМТ-4М.

Структурная схема ионизационно-термопарного вакуумметра ВИТ-3:

1, 13 - ионизационный и термо­парный манометрические преобра­зователи, 2 - усилитель постоянно­го тока, 3, 10 - стрелочные индика­тор и прибор, 4 - стабилизатор, 5 - схема сигнализации и защиты катода, 6-9, 11, 12 - источники питания устройств вакуумметра стабилизированным напряжением

Ионизационная часть предназначена для измерения ионного тока преоб­разователя питания вакуумметра, прогрева анода и измерения давления от 10^-1 до 10^-5 Па при работе с ионизационным манометрическим преобразователем ПМИ-2. Термопарная часть вакуумметра служит для пи­тания преобразователя, измерения его термо-эдс и давления от 10² до 10^-1 Па.

Как уже отмечалось, ионный ток ионизационного манометрического преобразователя служит мерой давления при неизменяющихся токе эмиссии электронов, ускоряющем анодном токе эмиссии электронов и ускоряющем анодном напряжении. При работе прибора ионный ток ионизационного манометрического преобразователя 1 подается через входные резисторы на усилитель постоянного тока 2, а затем регистри­руется стрелочным прибором 3. Постоянство тока эмиссии поддержива­ется стабилизатором 4.

При неизменном токе накала термопарного манометрического пре­образователя 13 его термо-эдс, как указывалось ранее, определяемая давлением газа в измеряемом объеме, преобразуется и регистрируется стрелочным прибором 10.

Схема 5 сигнализации и защиты катода предназначена для автомати­ческого предохранения катода ионизационного манометрического преоб­разователя МИ-10-2 от перегорания при давлениях выше 10² Па. Для пи­тания элементов электрической схемы вакуумметра служат стабилизи­рованные источники 6-9,11 и 12.

 

Андерс Цельсий (1701-1744)- опорные точки принимается температура замерзания и кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Участок шкалы между двумя этими точками делится на 100 равных частей. Абсолютная шкала абсолютной температуры по Кельвину (Вильсон Томсон - Лорд Кельвин) 1824-1907 г.г. с Цельсием связано с равенством Т = t + 273,16

Нуль К = О соответствует температуре t = - 273,16

Абсолютны нуль - это температура, при которой прекращается хаотическое движение молекул идеального газа.

3) Фаренгейта (F)

За нуль принимается температура таяния смеси снега равная - 32 гр. С.Градусом в шкале F является 0,01 температурного интервала между температурой таяния смеси снега и нормальной температурой человеческого тела. По шкале температура таяния льда (0 С) сказывается равной + 32,а температура кипения воды при нормальном давлении + 212 гр.Таким образом, интервал от таяния снега до кипения воды оценивается в шкале F в 180 rp.F

F = t +32

F = 0npnt =-32гр.

F = tx(l,8) + 32

F кип. воды = 100x18-180+32=212 гр.

F = t кип. воды =212 rp.F

4) Шкала Реомюра - точкой опоры таяния снега и льда (у Цельсия), но за градус принимается 1/80 температурного интервала - между таянием и кипением 80 гр. R.

 

Раздел 3

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: