Инструментально-программный методический комплекс

физических параметров, и его измерение необходимо как в расчетных целях,

например для определения расхода, количества и тепловой энергии среды, так и в технологических целях, например для контроля и прогнозирования безопасных и эффективных гидравлических режимов напорных трубопроводов, используемых на предприятии.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ

действующего перпендикулярно к поверхности тела, вектора силы F к площади

S этой поверхности. Если сила равномерно распределена по площади, то указанное отношение задает точное значение давления в каждой ее точке.

F — внешняя сила,
S — свободная поверхность (площадь) среды,
∆F — сила давления на внутреннюю площадку ∆S

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЕ, ЕГО ВИДЫ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

давление
вакуумметрическое,
ДД — давление
дифференциальное.
ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЕ, ЕГО ВИДЫ И ЕДИНИЦЫ

ИЗМЕРЕНИЯ

силы является Н (ньютон), а единицей площади — м2. Отсюда

определяется единица давления паскаль Па=1 н/м2 и ее производные.

Для приблизительных оценок и расчетов давления с относительной погрешностью не более 0,5% полезно использовать следующие соотношения:
1 ат = 104 мм вод.ст. = 10 м вод.ст = 0,98*105 Па = 98 кПа= 0,098 МПа

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ДАВЛЕНИЕ, ЕГО ВИДЫ И ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

среды с отображением его значения непосредственно на шкале, табло или

индикаторе первичного измерительного прибора применяются манометры (ГОСТ 8.27177).

Манометры классифицируют по принципу действия и конструкции, по виду измеряемого давления, по применению и назначению, по типу отображения данных и другим признакам.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ

гидростатически столбом жидкости — воды, ртути — соответствующей высоты);

деформационные (давление

определяется по величине деформации и перемещения упругого чувствительного элемента УЧЭ — мембраны, трубчатой пружины, сильфона);

грузопоршневые (измеряемое или воспроизводимое давление гидростатически уравновешивается через жидкую или газообразную среду прибора давлением веса поршня с грузоприемным устройством и комплектом образцовых гирь);

электрические (давление определяется на основании зависимости электрических параметров: сопротивления, емкости, заряда, частоты —чувствительного элемента ЧЭ от измеряемого давления) и

прочие (тепловые, ионизационные, термопарные и т.п.).

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

делят на:
манометры — приборы для измерения абсолютного и избыточного давления;
вакуумметры

— приборы для измерения разрежения (вакуума);
мановакуумметры — приборы для измерения избыточного давления и вакуума;
напоромеры (микроманометры) — приборы для измерения малых избыточных давлений;
тягомеры (микроманометры) — приборы для измерения малых разрежений;
тягонапоромеры (микроманометры) — приборы для измерения малых давлений и разрежений;
дифференциальные манометры (дифманометры) — приборы для измерения разности двух давлений, ни одно из которых не является давлением окружающей среды;
барометры — приборы для измерения атмосферного давления.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

их широко применяют как для лабораторных, так и для технических

измерений.
Жидкостные приборы служат для градуировки и поверки приборов других систем, измерения небольших избыточных давлений, разрежений, разности давлений, а также атмосферного давления.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ЖИДКОСТНЫЕ ПРИБОРЫ

ПРИБОРЫ С ВИДИМЫМ УРОВНЕМ
Система находится в равновесии, если гидростатическое давление столба жидкости в открытом колене уравновешивается давлением в другом колене.

(1 + s/S) (ρ — ρ1)
Микроманометры с наклонной трубкой изготовляют

обычно для измерения давления 150 — 1000 Па. Погрешность этих приборов не превышает ±1,5 % предельного значения шкалы. При необходимости измерения давления или разрежения в более широких пределах используют микроманометры с переменным углом наклона трубки.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ЖИДКОСТНЫЕ ПРИБОРЫ

собой U-образные жидкостные приборы, у которых одно из колен расширено,

и в нем помещен поплавок, связанный со стрелкой, движущейся вдоль шкалы. Поплавковые приборы чаще всего используют как дифференциальные манометры (дифманометры) для измерения разности давлений.

.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ЖИДКОСТНЫЕ ПРИБОРЫ

и напоромеры) и в качестве дифференциальных манометров
Чтобы превратить эту

систему в измерительный прибор, необходимо обеспечить однозначность зависимости перемещения колокола 2 от давления под ним. Для этого в систему (1 – корпус) должна быть введена переменная противодействующая сила, функционально зависящая от перемещения колокола.
В существующих колокольных приборах для создания противодействующей силы используют архимедову силу, силу тяжести груза или силу сжатия пружины.
Ввод измеряемого импульса давления 3.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ЖИДКОСТНЫЕ ПРИБОРЫ

дуге окружности трубку вытянутого поперечного сечения.
При заполнении полости трубки

газом или жидкостью под давлением происходит деформация сечения в направлении приближения к ее круглому, это вызывает появление усилий, которые заставляют трубку разгибаться.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ПРИБОРЫ С УПРУГИМИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

до момента, когда силы, создаваемые измеряемым давлением, уравновесятся силами упругости

трубки. Перемещение свободного конца трубки до определенного предела пропорционально давлению: Δ=kp.
При дальнейшем повышении давления линейная зависимость нарушается – деформация начинает расти быстрее увеличения давления. Предельное давление, при котором еще сохраняется линейная зависимость между перемещением конца трубки и давлением, называется пределом пропорциональности трубки. Это ее важнейшая характеристика.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ПРИБОРЫ С УПРУГИМИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ПРИБОРЫ С УПРУГИМИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

гофрированных мембран, мембранных коробок и мембранных блоков применяют для измерения

небольших избыточных давлений и разрежений.
Величина прогиба мембраны является сложной функцией действующего на нее давления, ее геометрических параметров и модуля упругости материала.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ПРИБОРЫ С УПРУГИМИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Жесткая мембрана

давлений (разрежений) с целью повышения чувствительности.
К недостаткам мембранных приборов следует

отнести:
небольшой ход подвижного центра чувствительного элемента;
возможное отклонение жесткости мембраны от расчетной и трудность регулирования жесткости.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ПРИБОРЫ С УПРУГИМИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Мембранная коробка

кольцевыми складками (гофрами), называемом сильфоном.
Материал сильфона – металл (бериллиевая

бронза, нержавеющая сталь и т.д.). При действии нагрузки – внешнего или внутреннего давления – длина сильфона изменяется. В пределах рабочего диапазона давлений деформация сильфона пропорциональна действующей силе, т.е. характеристика сильфона близка к линейной. Для создания противодействующей силы внутрь сильфона помещают пружину.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ПРИБОРЫ С УПРУГИМИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

деформации постоянно и называется жесткостью сильфона.

Недостатки сильфонов:
значительный гистерезис;
некоторая нелинейность

характеристики.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ПРИБОРЫ С УПРУГИМИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

сопротивления проводника под действием внешнего избыточного давления.
Электрическими проводниками принципиально

могут служить любые металлы и сплавы, а также полупроводники. Однако для использования в манометрах сопротивления наиболее подходящим материалом является манганин, так как он обладает малым температурным коэффициентом электрического сопротивления. Недостаток манганина заключается в малой зависимости электрического сопротивления от давления (малый пьезокоэффициент).

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ

действию давления, через R, изменение сопротивления через ΔR, а давление

через р, то изменение сопротивления будет соответствовать линейному закону
ΔR = kRp,
где k — пьезокоэффициент, величина которого зависит от материала проводника, см2/Н.
Значения пьезокоэффициента различны не только для разных материалов, но и даже для одного и того же материала. Для манганина k = (2 ... 2,5)*10-7 см2/Н.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ

пропорциональной ему деформации в изменение сопротивления проволоки, наклеенной на поверхность

деформирующегося тела. Тензометр представляет собой тонкую проволоку 1 (диаметром 0,01—0,05 мм), наклеенную на изоляционное основание 2 (бумагу или пластмассу).

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАНОМЕТРЫ И МАНОВАКУУММЕТРЫ

малая инерционность;
возможность размещения в труднодоступных местах;
достаточно малая погрешность, не

превышающая ±2 %.
Недостатки — малая чувствительность и зависимость от температуры.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАНОМЕТРЫ И МАНОВАКУУММЕТРЫ

кристаллических веществ создавать электрические заряды под действием механической силы. Это

явление, называемое пьезоэффектом, характерно для кристаллов кварца, турмалина, сегнетовой соли, титана бария и некоторых других веществ.
Особенностью пьезоэффекта является его безынерционность.
Заряды возникают мгновенно в момент приложения силы. Это обстоятельство делает пьезоэлектрические манометры незаменимыми при измерении и исследовании быстропротекающих процессов, связанных с изменением давления.
Пьезоэлектрическая постоянная кварца практически не зависит от температуры до 500 °С. При температуре выше 500 °С она быстро уменьшается и при температуре 570 °С становится равной нулю, т. е. кварц теряет пьезоэлектрические свойства.
Пьезокварцевые манометры позволяют измерять давление до 100 МПа; погрешность измерения ±1,5 — 2 %.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАНОМЕТРЫ И МАНОВАКУУММЕТРЫ

случаев из-за отсутствия возможности дистанционного доступа к их показаниям (за

исключением манометров с унифицированным выходным электрическим сигналом) не могут использоваться для целей современной автоматизации. Такую возможность обеспечивают измерительные преобразователи давления.

ИЗМЕРЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ И РАЗРЕЖЕНИЯ

с помощью дополнительных промежуточных механизмов и преобразователей (например, магнитотранзисторного или

оптоэлектронного) в электрический или электромагнитный сигнал, а во вторых измеряемое давление, оказывая воздействия на ЧЭ, изменяет его собственные электрические параметры: сопротивление, ёмкость или заряд, которые становятся мерой этого давления.
Подавляющее большинство современных общепромышленных ИПД реализованы на основе ёмкостных (используют УЧЭ в виде конденсатора с переменным зазором: смещение или прогиб под действием прилагаемого давления подвижного электрода мембраны относительно неподвижного изменяет ёмкость УЧЭ), пьезоэлектрических (основаны на зависимости поляризованного заряда или резонансной частоты пьезокристаллов: кварца, турмалина и других — от давления) или тензорезисторных (используют зависимость активного сопротивления проводника или полупроводника от степени его деформации) принципах. В последние годы получили развитие и другие принципы создания ИПД: волоконнооптические, гальваномагнитные, объемного сжатия, акустические, диффузионные и т.д.

ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДАВЛЕНИЯ

– емкостная ячейка; 4 – чувствительные разделительные мембраны платформы; 5 – штепсельный

разъем; 6,7 – высокоинтегрированная монтажная плата.

— запорный клапан,
УК — уравнительный клапан,
СК — спусковой

клапан,
ДК — дренажный клапан,
КС — конденсационный сосуд,
ЖД — жидкость.

элементами являются трубчатые пружины, сильфоны, мембраны и мембранные коробки. Наибольшее

распространение в настоящее время, особенно в показывающих манометрах, получила трубчатая одновитковая пружина, представляющая собой сплющенную трубку эллиптического или овального с прямоугольными участками поперечного сечения, изогнутую по дуге окружности так, чтобы большая ось сечения была перпендикулярна плоскости изгиба. Один конец трубки закреплен неподвижно в цоколе манометра, через штуцер которого в трубку подается избыточное давление. Перемещение свободного конца трубки, увеличенное передаточным механизмом, дает информацию о давлении в объекте измерения. Мембранные и сильфонные упругие чувствительные элементы чаще всего применяются в тягомерах, напоромерах, дифманометрах; Рис. 18. Измерительные элементы деформационных манометров и измерительных преобразователей давления, разрежения и перепада давлений: одновитковая трубчатая пружина (а), сильфон (б), мембранная коробка (в), многовитковая трубчатая пружина (г), вялая мембрана (д), жесткая мембрана (е).