Тема 1 “Технические средства для измерения давления жидкостей”
Цель работы – 1) изучить принцип действия и устройство приборов для измерения давления общепромышленного применения; 2) изучить устройство и принцип действия современных преобразователей давления (датчиков Метран-55 и Метран-100), порядок настройки, нормирование погрешностей; 3) изучить метод обмена данными по HART-протоколу и структуру системы измерения давления.
1.1. Показывающие манометры с трубчатой пружиной общепромышленного назначения
В теплоэнергетике для контроля давления пара, воды нашли применение показывающие манометры с трубчатой пружиной [1]. Трубчатая пружина является чувствительным элементом манометра. Для измерения низких и средних давлений она имеет вид ¾ окружности (рис. 1), выполнена из медных сплавов ЛАНКМЦ, бронзы БрОФ4-0,25 или латуни Л63 с углом изгиба 180-300o.
Рис.1. Схема чувствительного элемента манометра
1 – пружина; 2 – держатель.
Один конец пружины запаян, а другой соединен с держателем. Под действием давления измеряемой среды, подведенного к внутренней полости через держатель, пружинная трубка стремится распрямиться, что приводит к перемещению свободного конца пружины на величину от 2 до 10 мм в зависимости от размеров чувствительного элемента. Передача движения свободного конца может быть выполнена в виде секторной или рычажной схем (рис. 2).
Рис. 2. Упрощенные схемы передаточных механизмов пружинных манометров
а – секторный; б – рычажный; 1 – трубчатая пружина; 2 – тяга (поводок); 3 – зубчатый сектор; 4 – трибка; 5 – стрелка.
В секторной схеме движение с помощью поводка 2 передается зубчатому сектору 3, который посредством зубчатого зацепления приводит во вращение трибку 4 с закрепленной на ней стрелкой 5. Для устранения люфта в зацеплении трибка подпружинена с помощью спиральной волосковой пружинки.
Схема с рычажным передаточным механизмом менее сложна в регулировке. Шкала таких приборов составляет 60-70o, а класс точности 2,5 и 4,0.
Основной целью регулировки является установление близкой к линейной зависимости хода зубчатого сектора — трибки — указательной стрелки от измеряемого давления. Это достигается варьированием длины поводка.
Зубчатая передача является одним из наиболее уязвимых звеньев манометра с трубчатой пружиной, особенно при работе под действием пульсирующего давления. По ГОСТ 2405-88 [2] к пульсирующему давлению отнесено многократно изменяющееся по любому периодическому закону со скоростью свыше 10 % диапазона показаний в секунду. Для измерения пульсирующих давлений следует применять демпферы и демпферные устройства.
Трубчатая пружина во многом предопределяет метрологические характеристики и показатели надежности манометра. Для измерения давлений до 0,16 МПа применяются трубчатые пружины эллиптического сечения с повышенной чувствительностью, а для давлений 0,16 - 6 МПа – плоскоовального сечения. Для измерения более высоких давлений применяются пружины толстостенные плоскоовального сечения, а для измерения сверхвысоких давлений (до 1000 МПа) – трубчатые пружины с эксцентрическим каналом, предложенные А.Г. Нагаткиным.
Один из основных недостатков трубчато-пружинных манометров – присутствие остаточных деформаций. За счет этого при повышении и понижении давления при одном и том же действительном значении давления показания прибора будут разные. Появление гистерезиса в пределах упругих деформаций с течением времени исчезает. Для уменьшения его влияния применяют металл трубчатой пружины с наиболее упругими свойствами и оптимальные температурные режимы обработки.