Geum.ru

Конспект лекций 2010 г. Содержание 1 Средства измерений технологических параметров 4 1Средства измерения давления 12

Вид материалаКонспект

Содержание


1.1.3 Деформационные приборы для измерения давления
1.1.3.1 Трубчатые пружины.
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   38

1.1.3 Деформационные приборы для измерения давления



Высокая точность, простота конструкции, надежность и низкая стоимость являются основными факторами, обусловливающими ши­рокое распространение деформационных приборов для измерения давления в промышленности и научных исследованиях. Чувствительные элементы деформационных средств измерений давления.

Принцип действия деформационных средств измерений давления основан на использовании упругой деформации чувствительного элемента (ЧЭ) или развиваемой им силы. Мерой измеряемого дав­ления в средствах измерений данного вида является деформация упругого чувствительного элемента или развиваемая им сила. Различают три основные формы ЧЭ, получивших распространение в практике измерения: трубчатые пружины, сильфоны и мембраны рисунок 1.5.

Рисунок 1.5 - Конструкции чувствительных элементов деформационных средств измерений давления




1.1.3.1 Трубчатые пружины.



Трубчатая пружина (манометрическая трубка, пружина Бурдона) — упругая криволинейная металличе­ская полая трубка, один из концов которой имеет возможность перемещаться, а другой — жестко закреплен. Трубчатые пружины используются в основном для преобразования измеряемого давления, поданного во внутреннее пространство пружины, в пропорцио­нальное перемещение ее свободного конца. Наиболее распростра­нена одновитковая трубчатая пружина, представляющая собой изо­гнутую по дуге окружности трубку с обычно овальным поперечным сечением рисунок 1.5(а).

Под влиянием поданного избыточного давления трубка раскру­чивается, а под действием разрежения скручивается. Такое направ­ление перемещения трубки объясняется тем, что под влиянием внутреннего избыточного давления малая ось трубки (ось Б) увеличи­вается, в то время как длина трубки остается постоянной. Теоре­тически длина трубки также изменяется, но эти изменения столь малы по сравнению с длиной, что на общее перемещение трубки оно не оказывает существенного влияния.

На рисунке 1.5(б) показана винтовая n-витковая трубчатая пружина. Величина γ в чувствительных эле­ментах этой формы равна 360° п.

Для измерения высоких давлений до 1000 МПа используют кри­волинейные и прямолинейные трубчатые пружины. Форма сечения прямолинейной трубчатой пружины показана на рисунке 1.5(в). Пере­мещение свободного конца пружины происходит не из-за измене­ния поперечного сечения, а благодаря изгибающему моменту. Изгибающейся момент вычисляют по формуле

М=lP,

где — площадь канала;

l — расстояние от центра канала до центра тяжести;

Р—измеряемое избыточное давление, направлен­ное в сторону более толстой стенки.

Основной недостаток рассмотренных пружин — малый угол по­ворота, что требует применения передаточных механизмов. Этот недостаток устранен в чувствительных элементах типа витой труб­чатой пружины овального или звездчатого сечения рисунок 1.5(г). Угол поворота такой витой пружины составляет 40—60°. Это по­зволяет отказаться от применения передаточного механизма, так как стрелка может быть укреплена непосредственно на свободном конце пружины. Трубчатые пружины для давлений до 5 МПа изготавливают из латуни, томпака, бронзы; для изготовления пру­жин, рассчитанных на давления свыше 5 МПа, применяют легиро­ванные сплавы, стали различных составов. Для давлений 1000 МПа и более применяют легированную сталь типа 50 ХФА.

1.1.3.2 Сильфоны.



Сильфон — тонкостенная цилиндрическая оболочка с поперечными гофрами рисунок 1.5(д), способная получать значи­тельные перемещения под действием давления или силы. В преде­лах линейности статической характеристики сильфона отношение действующей на него силы к вызванной ею деформации остается постоянным и называется жесткостью сильфона. Для увеличения жесткости внутри сильфона часто помещают пружину. Сильфоны изготовляют из бронзы различных марок, полутомпака, углероди­стой стали, нержавеющей стали, алюминиевых сплавов и др. Се­рийно производят бесшовные и сварные сильфоны диаметром от 8—10 до 80—100 мм и толщиной стенки 0,1—0,3 мм.

1.1.3.3 Мембраны.



Различают упругие и эластичные (вялые) мембра­ны. Упругая мембрана — гибкая круглая плоская (плоская мембра­на) или гофрированная (гофрированная мембрана) пластина, спо­собная получить прогиб под действием давления рисунок 1.5(е, ж). Статическая характеристика плоских мембран изменяется нели­нейно с увеличением давления, поэтому здесь в качестве рабочего участка используют небольшую часть возможного хода. Гофриро­ванные мембраны могут применяться при больших прогибах, чем плоские, так как имеют значительно меньшую нелинейность харак­теристики. Мембраны изготавливают из различных марок стали, бронзы, томпака, латуни.

Величина прогиба центра плоской мембраны, закрепленной по контуру, при малых перемещениях под действием давления Р вычисляется по формуле

,

где R—рабочий радиус мембраны (по контуру закрепления);

h— толщина мембраны.

Величину прогиба гофрированных мембран определяют из выражения

a=,

где а и b— коэффициен­ты, зависящие от формы профиля мембраны и ее толщины.

По такому принципу действия работают дифманометрические датчики КАРАТ-ДД.

Они имеют мембранный первичный преобразователь и электронный модуль (блок) с конструктивными исполнениями, обусловленными спецификой эксплуатации, особенностями и пределами измерений.

В дифманометрических датчиках мембранный элемент сравнивает два рабочих давления контролируемой среды и имеет два явных входа, что и обеспечивает измерение разности давлений. Такой датчик является наиболее универсальным и может использоваться для измерений избыточного давления и разрежения.

Например, дифманометрический датчик КАРАТ-ДД имеет унифицированную конструкцию: первичный преобразователь в виде мембранного блока (МБ) с тензопреобразователем и блок электроники (БЭЛ) с нормирующим преобразователем, соединенные через горловину МБ. На рисунок 1.6 изображен внешний вид датчика КАРАТ – ДД.














Рисунок 1.6 - Дифманометрический датчик КАРАТ-ДД

Мембраны имеют ход, допускающий одностороннюю (например, аварийную) перегрузку рабочим давлением, многократно превышающим измеряемую разность давлений. При перегрузке, мембраны перемещаются и одна из них ложится на упор – профилированную поверхность основания.