Приборы энергосбережения и безопасности

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ЭКОНОМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» (СПбГЭУ)

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Специальность 15.02.07 «Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)»

Контрольная работа

Приборы энергосбережения и безопасности

2016



Общие сведения о погрешности

В период эксплуатации котлов требуется регулярно проводить измерения температуры, давления, расхода и уровня воды в барабане, состава газов и др. Для измерения применяется множество приборов, действие которых основано на использовании ряда физических или химических свойств веществ и на преобразовании этих свойств в форму, удобную для получения информации об измеряемом параметре.

Измерение физических величин не может быть проведено абсолютно точно из-за несовершенства измерительных приборов, методов измерений, индивидуальных качеств наблюдателя и наложения случайных причин. Отклонения измеренного значения величины от ее истинного значения называются погрешностью измерения. Различают абсолютную погрешность измерения -- разность показаний прибора и истинного значения измеряемой величины и относительную погрешность измерения -- отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению. Абсолютная погрешность выражается в единицах измеряемой величины, относительная -- в процентах.

Погрешность измерения, зависящая от свойств и состояния измерительного прибора при нормальных условиях его работы, называется основной (инструментальной) погрешностью, а все остальные -- дополнительными погрешностями.

Любой, даже новый прибор обладает основной погрешностью измерения, величина которой зависит от его назначения, устройства и качества изготовления. С течением времени основная погрешность прибора обычно возрастает за счет появления остаточных деформаций пружин, износа трущихся частей, загрязнения или повреждения измерительного механизма и др. Вследствие этого требуется периодически контролировать работу прибора и проводить его ремонт.

Дополнительные погрешности возникают из-за неправильной установки приборов, влияния вибрации, температуры, влажности среды и т.д.

Для всех приборов в зависимости от их назначения, качества и предела измерения нормами устанавливаются допустимые основные погрешности, которые характеризуют наибольшее возможное (предельное) отклонение показаний прибора от истинного значения в обе стороны (увеличение и уменьшение).

Если при проверке прибора основная погрешность измерения в любой точке его шкалы или в рабочей ее части не превышает допустимой, то прибор признается годным к применению. В противном случае он должен быть подвергнут ремонту или переградуировке.

Приведенная основная погрешность измерения П, %, определяемая в зависимости от абсолютной основной погрешности Л, выражается в процентах диапазона шкалы прибора по равенству:

П = ±100,

где А_в и А_н -- верхнее и нижнее предельные значения шкалы прибора.

По величине приведенной основной погрешности измерения приборы разделены на разные классы точности, условное обозначение которых соответствует размеру приведенной основной погрешности измерения. Так, например, приборы, у которых приведенные основные погрешности измерения равны ±0,6 и ±1,6%, относят соответственно к классу точности 0,6 и 1,6.

Согласно существующим нормам теплотехнические измерительные приборы подразделяются на следующие классы точности: 0,06; 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1; 1,6; 2,5 и 4. Класс точности обычно указывается на циферблате прибора.



Приборы для измерения температуры

Температура -- мера теплового состояния вещества, измеряемая в градусах температурной шкалы.

Измерить температуру вещества какого-либо тела или среды непосредственно, т.е. так, как измеряют другие физические величины, например, длину, массу, объем, не представляется возможным, так как в природе не существует эталона или образца единицы этой величины. Определение температуры вещества проводят посредством наблюдения за изменением физических свойств другого, так называемого термометрического (рабочего) вещества, после соприкосновения которого с нагретым объектом измерения между ними через некоторое время устанавливается тепловое равновесие.

Такой метод не дает абсолютного значения температуры нагретого тела, а лишь разность температур относительно исходной температуры рабочего вещества, условно принятой за нуль.

При увеличении в процессе нагрева внутренней энергии рабочего вещества практически все его физические свойства и размеры меняются, но для измерения температуры выбирают те из них, изменение которых однозначно с изменением температуры, не подвержено влиянию других факторов и сравнительно легко поддается точному измерению. Этим требованиям наиболее полно соответствуют такие свойства используемых рабочих веществ, как объемное расширение, изменение давления в замкнутом объеме, изменение электрического сопротивления, возникновение термоэлектродвижущей силы и интенсивность излучения. Именно эти свойства лежат в основе принципов действия приборов для измерения температуры.

Термометры расширения. В работе термометров расширения используется свойство тел изменять объем, а следовательно, и линейные размеры при повышении температуры.

В жидкостных стеклянных термометрах в качестве рабочего вещества применяют ртуть и органические жидкости -- этиловый спирт, толуол, пентан и др.

Наиболее широкое распространение получили ртутные стеклянные термометры. При нормальном абсолютном давлении ртуть находится в жидком состоянии при температурах от -39 (точка замерзания) до +357 °С (точ ка кипения). Стеклянные термометры с органическими заполнителями пригодны для измерения температур в пределах -190... +100 °С.

Верхний предел измерения ртутных термометров, ограничиваемый температурой размягчения стеклянной оболочки термометра, достигается при помощи искусственного повышения точки кипения ртути. С этой целью у термометров для измерения высоких температур 500 °С и выше пространство капилляра над ртутью заполняется инертным газом (азотом) при давлении свыше 2 МПа (20 кгс/см²).

Ртутные стеклянные термометры изготавливаются двух типов: с вложенной шкалой и палочные. Термометр технический с вложенной шкалой (рис. 2.1, а) имеет заполненный ртутью резервуар 6, капилляр 4, шкалу 3, выполненную из стеклянной пластинки молочного цвета, и наружную цилиндрическую оболочку 2, в которой укреплены капилляр и шкала.

Лабораторный палочный термометр (рис. 1.1, б) состоит из резервуара 6, соединенного с толстостенным капилляром 4, имеющим наружный диаметр 6... 8 мм. Шкала термометра нанесена непосредственно на наружной поверхности капилляра в виде насечки по стеклу.

Точность показаний ртутного термометра, как и любого прибора для измерения температуры, зависит от способа установки. Неправильная установка прибора, приводящая к большой утечке теплоты в окружающую среду, может привести к занижению его показаний на 10... 15 %.

Применяют два способа установки ртутных термометров: в защитных гильзах и без них, т.е. путем непосредственного погружения термометра в измеряемую среду.

Наиболее распространенным способом является установка термометра в защитной гильзе (рис. 1.2), предохраняющей его от поломки.

Рис. 1.1 Типы ртутных термометров: а -- технический с вложенной шкалой; 6 -- лабораторный с безнулевой шкалой; 1 -- пробка, залитая гипсом; 2 -- оболочка; 3 -- шкала; 4 -- капилляр; 5 -- нижняя часть термометра; б -- резервуар; 7,8 -- расширения капилляра; 9 -- дополнительная шкала



Рис. 1.2 Варианты установки ртутного термометра в защитной гильзе: а -- вдоль оси трубопровода; б -- наклонно к оси горизонтального трубопровода; в -- нормально к оси горизонтального трубопровода; г -- на вертикальном трубопроводе; д -- диаметр трубопровода; --> -- направление потока среды

Манометрические термометры. Их действие основано на измерении изменения давления жидкости, газа или пара в замкнутом объеме в зависимости от температуры. Указанные термометры являются техническими или самопишущими приборами и предназначаются для измерения температуры в пределах от +150... +600 °С. Класс точности термометров 1-2,5.

Схема манометрического термометра показана на рисунке 1.3. Замкнутая система прибора, заполненная рабочим веществом, состоит из термобаллона 5, погружаемого в измеряемую среду, трубчатой (манометрической) пружины 2, воздействующей посредством тяги 1 на стрелку или перо прибора, и капиллярной трубки 3, соединяющей пружину с термобаллоном.

Термобаллон выполняется из стальной или латунной трубки, с одного конца закрытой, а с другого соединенной с капилляром посредством объемного штуцера 4 с сальниковым уплотнением и резьбой. Термобаллон устанавливается в трубопроводах, баках и др.

При нагреве термобаллона давление рабочего вещества в нем возрастает, импульс давления передается через капилляр трубчатой пружине и вызывает ее перемещение. Соединительный капилляр, выполненный из медной или стальной трубки с внутренним диаметром 0,2...0,4 мм и толщиной стенки 0,5...2 мм, снаружи защищен металлической оплеткой. Длина его достигает 60 м.

Рабочим веществом газовых манометрических термометров является азот, для заполнения жидкостных манометрических термометров применяется ртуть, ксилол, толуол при начальном давлении 1,5...2 МПа, для парожидкостных -- низкокипящие органические жидкости (хлорид метила, ацетон, бензол и др.).

Рис. 1.3 Схема манометрического термометра: 1 -- тяга; 2 -- трубчатая пружина; 3 -- капиллярная трубка; 4 -- штуцер с сальниковым уплотнением; 5 -- термобаллон

Термометры сопротивления. Для измерения температуры широкое применение получили термометры сопротивления, основанные на изменении электрического сопротивления металлических проводников в зависимости от температуры. Для металлов и сплавов электрическое сопротивление при повышении температуры возрастает, поэтому, располагая зависимостью сопротивления проводника от температуры и определяя это сопротивление при помощи электроизмерительного прибора, можно получить информацию о температуре проводника.

Термометры сопротивления применяются для измерения температуры в диапазоне от -260 до +750 °С (в отдельных случаях до 1000 °С).

Достоинствами термометров сопротивления являются высокая точность измерения, легкость осуществления автоматической записи и дистанционной передачи показателей, возможность присоединения к одному вторичному прибору при помощи переключателя нескольких однотипных термометров.

Термометр сопротивления выполняется из тонкой металлической проволоки, намотанной на каркас из электроизоляционного материала (слюды, кварца, пластмассы) и помещенной в металлический защитный чехол с головкой для подключения соединительных проводов.

В качестве вторичных приборов, работающих с термометрами сопротивления, применяются уравновешенные и неуравновешенные измерительные мосты и логометры.

Стандартные технические термометры сопротивления имеют следующие условные обозначения: платиновые -- ТСП, медные -- ТСМ. Например, в платиновом термометре сопротивления ТСП-1 на каркасе из слюдяной пластинки 5 (рис. 1.4), имеющей по бокам зубчатую насечку, намотана платиновая проволока 4 диаметром 0,07 мм и длиной примерно 2 м. К концам платиновой обмотки припаяны два вывода 1 из серебряной проволоки диаметром 1 мм, при соединенные к латунным зажимам в головке 9 термометра. Слюдяная пластинка с обмоткой изолирована с двух сторон более широкими слюдяными накладками 2 и связана с ними в общий пакет серебряной лентой 3.

Образованный таким образом чувствительный элемент термометра вставлен в плоский алюминиевый вкладыш и вместе с ним заключен в трубчатую оболочку 7 из алюминия. Серебряные выводы изолированы фарфоровыми бусами 6. Оболочка с чувствительным элементом помещена в стальной защитный чехол 11 с приваренным к нему штуцером 10, предназначенным для установки термометра в трубопроводах и резервуарах. В верхней части защитного чехла закреплена алюминиевая головка 9, внутри которой помещен бакелитовый вкладыш с двумя зажимами для присоединения внешних соединительных проводов.

Рис. 1.4 Платиновый термометр сопротивления ТСП-1: а -- чувствительный элемент; б -- внутренняя арматура; в -- защитная арматура; 1 -- выводы; 2 -- накладки; 3 -- серебряная лента; 4 -- платиновая проволока; 5 -- каркас из слюдяной пластинки; б -- фарфоровые бусы; 7 -- оболочка; 8 -- вкладыш; 9 -- головка; 10 -- штуцер; 11 -- защитный чехол

Термоэлектрические пирометры. Действие термоэлектрических пирометров заключается в том, что в замкнутом контуре, состоящем из двух разнородных проводников, образующих так называемую термопару, непрерывно течет электрический ток, если места спаев этих проводников имеют разную температуру.

Термоэлектрический пирометр (рис. 1.5) состоит из термопары (термоэлектроды А и В) и подключенного к ней соединительными проводами С вторичного электроизмерительного прибора ЭП.

Величина термоэлектродвижущей силы (ТЭДС), развиваемой термопарой, зависит от материала термоэлектродов, а также от температуры рабочего 3 и свободных 1, 2 концов термопары.

В качестве термоэлектродных материалов для изготовления термопар применяются главным образом чистые металлы и их сплавы, которые должны удовлетворять следующим требованиям:

1) обеспечение при измерениях сравнительно больших ТЭДС;

2) постоянство термоэлектрических свойств независимо от изменения со временем внутренней структуры и загрязнения поверхности;

3) устойчивость против действия высоких температур, окисления;

4) хорошая электропроводность;

5) однозначная и по возможности линейная зависимость ТЭДС от температуры;

6) однородность и постоянство состава материала термоэлектродов для обеспечения взаимозаменяемости термопар.

Рис. 2.5 Схема термоэлектрического пирометра: 1,2 -- свободные (холодные) концы термопары; 3 -- рабочий конец термопары (голый спай); А, В -- термоэлектроды; С-- соединительные провода; ЭП -- вторичный электроизмерительный прибор; to -- температура холодных концов термопары; t -- температура горячего спая

Наибольшее распространение для промышленных термопар получили следующие материалы: платина, платинородий, хромель, алюмель и копель. Соответственно термопары получили названия: платинородий-платиновая, платинородиевая, хромель-алюмелевая, хромель-копелевая (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Пределы измерения температур наиболее распространенными термопарами

Наименование термопары	Тип	Градуировка	Пределы измерения температур при длительном измерении, °С
Платинородий-платиновая (10 % родия)	ТПП	ПП-1	-20...+1 300
Платинородиевая (30 и 6 % родия)	ТПР	ПР-30/6	+300...+1600
Хромель-алюмелевая	ТХА	ХА	-50...+1 000
Хромель-копелевая	ТХК	ХК	-50...+600

Рис. 1.6 Рабочие концы термопар: а, б -- термоэлектроды, соединенные сваркой; в -- термоэлектроды, приваренные к дну защитного чехла

Термопары типов ТПП и ТПР из драгоценных металлов и сплавов применяются главным образом для измерения высокой температуры (выше 1000 °С), так как они обладают большой термостойкостью. Термопары типов ТХА и ТХК применяют для измерения температуры до 1 ООО °С. Эти термопары развивают значительные ТЭДС, что является их большим достоинством.

Термоэлектроды термопар из драгоценных металлов изготовляются обычно из проволоки диаметром 0,5 мм, а диаметр проволоки из недрагоценных металлов -- 1,2...3,2 мм.

Рабочий конец термопары из тонких термоэлектродов образуется сваркой их концов (рис. 1.6, а, б), а из толстых -- их скруткой и сваркой. Иногда для улучшения условий теплопередачи рабочий конец термопары из недрагоценных металлов приваривают к дну защитного металлического чехла (рис. 1.6, в).

Термоэлектроды термопары от спая до зажимов тщательно изолируются. В качестве изоляции применяют одно- и двухканальные фарфоровые трубки или бусы, надеваемые на термоэлектроды.

Термопара имеет стальной защитный чехол 5 (рис. 1.7), на который насажен подвижный фланец 6 со стопорным винтом для ее закрепления. Рабочий конец термопары 7 помещен в фарфоровый стаканчик 8. Оба термоэлектрода изолированы по длине фарфоровыми бусами 9. Головка состоит из литого корпуса 10, крышки 1 и сальника 2 с уплотнением для вывода проводов. Внутри головки расположена колодка 4 с двумя зажимами 3, несущими на себе две пары винтов 11 и 12 для закрепления термопроводов и соединительных проводов.

В качестве электроизмерительных приборов в термоэлектрических пирометрах применяются пирометрические милливольтметры и потенциометры.



Рис 2.7 Общий вид термопары: 1 -- крышка; 2 -- сальник с уплотнением для вывода проводов; 3 -- зажимы; 4 -- колодка; 5 -- защитный чехол; 6 -- подвижный фланец; 7 -- рабочий конец термопары; 8 -- фарфоровый стаканчик; 9 -- фарфоровые бусы; 10 -- корпус головки; 11,12 -- винты

Приборы для измерения давления

Давление и его виды, единицы измерения. Давлением жидкости, газа или пара называют силу, действующую равномерно на единицу площади. При измерении различают барометрическое, избыточное и абсолютное давление.

Барометрическое (атмосферное) давление р_б -- давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы. Величина превышения давления измеряемой среды над барометрическим составляет избыточное давление р. Показаниями подавляющего большинства приборов, измеряющих давление, является именно избыточное давление. Абсолютное |полное) давление -- это давление жидкости или газа в закрытом сосуде, т. е. это абсолютное давление среды р_а, которое может быть больше или меньше барометрического. В первом случае абсолютное давление равно сумме барометрического и избыточного давлений (р_а = р₆ + р_из6), во втором случае абсолютное давление меньше барометрического на величину р_р, называемую разрежением (р_а = р₆ + р_р)*

Жидкостные стеклянные манометры. Различают двухтрубные (U-образные) и однотрубные (чашечные) жидкостные стеклянные манометры, они используются для измерения давления газа или воздуха до 5 кПа (500 мм вод. ст.). В качестве рабочего вещества в них используются жидкости -- вода, этиловый спирт, ртуть.

Тягомеры и напоромеры. Для измерения небольших разрежений и избыточных давлений (продуктов горения, газа, воздуха) применяются тягомеры (для разрежения), напоромеры (для давления) и тягонапоромеры (для разрежения и давления). Эти приборы широко используются для определения давления, разрежения в топках, газоходах и воздуховодах котла и имеют одностороннюю или двустороннюю (тягонапоромеры) шкалу, градуированную в Па, кгс/м² или мм вод. ст.

Так как между этими приборами нет существенного различия, достаточно рассмотрения, например, тягонапоромеров. Наибольшее распространение получили жидкостные стеклянные и мембранные тягонапоромеры.

Жидкостные тягонапоромеры по сути не отличаются от жидкостных одно- и двухтрубных манометров. Приборы заполняются чаще всего этиловым спиртом или дистиллированной водой.

При относительно точных измерениях небольших избыточных давлений или разрежений до 2 кПа (до 200 кгс/м²) применяются жидкостные однотрубные (чашечные) тягонапоромеры с наклонной измерительной трубкой типа ТНЖ-Н и ТНЖ-Щ (соответственно для настенного и щитового монтажа).

Жидкостный однотрубный тягонапоромер типа ТНЖ-Н (рис. 1.8) показан со снятой передней крышкой. Он состоит из стеклянного сосуда 14 и присоединенной к нему стеклянной измерительной трубки 12 внутренним диаметром 2...2,5 мм, укрепленных при помощи скоб и винтов в металлическом корпусе 11. Около трубки расположена шкала 13, которую можно перемещать с помощью ходового винта 5 с головкой 9. Ходовой винт с головкой служит для корректировки нуля, позволяя при установке и эксплуатации прибора совмещать нулевую отметку шкалы с меткой рабочей жидкости в измерительной трубке. В верхней части корпуса закреплены штуцеры 3 и 6, соединенные резиновыми трубками 2 и 10 соответственно с сосудом 14 и измерительной трубкой 12.

Рис 1.8 Жидкостный однотрубный тягонапоромер типа ТНЖ-Н: 1,8 -- ушки; 2,10 -- резиновые трубки; 3,6 -- штуцеры; 4 -- уровень; 5 -- ходовой винт; 7 -- винт для установки прибора на уровень; 9 -- головка винта; 11 -- корпус; 12 -- измерительная трубка; 13 -- шкала; 14 -- стеклянный сосуд

При измерении давления прибор сообщается со средой через штуцер 3, а при измерении разрежения -- через штуцер 6.

Для установки тягонапоромера под определенным углом наклона служит уровень 4. Установка прибора производится при помощи ушек 1 и 8, из которых последнее позволяет менять угол наклона корпуса с помощью винта 7.

Тягонапоромеры типов ТНЖ-Н и ТНЖ-Щ имеют верхний предел измерения 0,25; 0,4; 0,6; 1,0 и 1,6 кПа (25; 40; 63; 100 и 160 кгс/м²). В качестве рабочей жидкости используется подкрашенный этиловый спирт плотностью 850 кг/м³.

Для технических измерений применяется жидкостный дифференциальный тягонапоромер типа ТДЖ (рис. 2.11). Прибор имеет стеклянную измерительную трубку 1 внутренним диаметром 10 мм, расположенную вертикально и соединенную резиновой трубкой 4 с сосудом 6 с жидкостью. Для установки нулевого положения мениска жидкости по шкале 2 сосуд 6 можно перемещать по вертикали при помощи ходового винта 5. Тягонапоромер комплектуется из отдельных приборов на несколько (до шести) точек измерения с общей фронтальной рамой 3.

Тягонапоромеры типа ТДЖ имеют шкалу с верхним пределом измерения 1,6... 6,3 кПа (160... 630 кгс/м²). Рабочей жидкостью является подкрашенная дистиллированная вода.

Рис. 1.9 Жидкостный дифференциалкный тягонапоромер типа ТДЖ: 1 -- измерительная трубка, 2 -- шкала; 3 -- фронтальная рама; 4 -- резиновая трубка; 5-- ходовой винт; 6 -- сосуд с жидкостью

Мембранные тягонапоромеры являются показывающими приборами. Большое распространение получили мембранные тягонапоромеры типов TM-II1 (тягомер), НМ-111 (напоромер) и THI1- П1 (тягонапоромер) с горизонтальной профильной шкалой и рычажным передаточным механизмом. Их устройство принципиально одинаковое за исключением передаточного механизма, формы шкалы и корпуса.

На рис. 1.10 изображен мембранный тягомер типа ТМ-П1. В прямоугольном корпусе (на рисунке не показан) при помощи штуцера 8 плена упругая мембранная коробка 1, состоящая из двух спаянных по краям гофрированных дисковых мембран, выполненных из бериллиевой бронзы. Внутренняя полость мембранной коробки сообщается с измеряемой средой (в данном случае со средой меньщ_его давления), а полость корпуса прибора -- с атмосферой (со средой большего давления). С помощью поводка 4 верхняя часть мембранной коробки соединена с фасонным рычагом 2, сидящим на оси 3. Для увеличения жесткости упругой системы ось 3 закреплена на скобообразной плоской пружине 5.

Под воздействием переменной разности давлений мембранная коробка сжимается и разжимается, вызывая перемещение рычага 2, тяги 14 и рычага 9у сидящего на оси 12. На этой же оси закреплена стопорным винтом 10 указывающая стрелка 13 с противовесом 11. Конец стрелки передвигается вдоль горизонтальной профильной шкалы (на рисунке не показана). Спиральная пружина (волосок 15), закрепленная одним концом на оси стрелки и другим на неподвижной части прибора, служит для устранения влияния зазоров (люфтов) в сочленениях рычажного механизма.

Для установки стрелки прибора на начальную отметку шкалы служит корректор нуля 6. При вращении винта корректора происходят изгиб пружины 5 и передвижение рычажной системы, связанной со стрелкой.



Рис. 1.10 Показывающий мембранный тягомер типа ТМ-П1 с профильной шкалой: 1 -- мембранная коробка; 2 -- фасонный рычаг; 3,12 -- оси; 4 -- поводок; 5 -- пружина; 5 -- корректор нуля; 7 -- соединительная трубка; 8 -- штуцер; 9 -- рычаг; 10 -- стопорный винт, противовес; 13 -- стрелка; 14 -- тяга, 15 -- волосок

Пружинные манометры. Наиболее широкое применение для измерения избыточного давления жидкости, газа и пара получили пружинные манометры.

Принцип действия пружинных манометров основан на использовании упругой деформации специальных пружин, возникающей под влиянием измеряемого давления. По роду применяемых пружин манометры подразделяют на трубчатые (с одновитковой и многовитковой трубчатыми пружинами) и мембранные (с гармониковой мембраной -- сильфоном).



Рис. 1.11 Показывающий манометр с одновитковой трубчатой пружиной: 1 -- трубчатая пружина; 2 -- стрелка; 3 -- зубчатый сектор; 4 -- пробка; 5 -- поводок; б -- корпус; 7 -- штуцер; 8 -- держатель; 9 -- шкала; 10 -- спиральная пружина; li -- шестеренка

Показывающий манометр с одновитковой трубчатой пружиной приведен на рис. 1.11. Трубчатая пружина 1 эллиптического сечения одним концом жестко соединена с держателем 8, укрепленным в корпусе 6 манометра. Держатель имеет штуцер 7 с резьбой, служащей для сообщения прибора с измеряемой средой. Свободный конец пружины закрыт запаянной пробкой 4 с шарнирной осью. Посредством поводка 5 он связан с передаточным механизмом, состоящим из зубчатого сектора 3, сцепленного с шестеренкой 11, сидящей неподвижно на оси вместе с указывающей стрелкой 2. Спиральная пружина 10 прижимает зубцы шестеренки к зубцам сектора и устраняет «мертвый ход».

Под действием измеряемого давления трубчатая пружина частично раскручивается и тянет за собой поводок, приводящий в движение зубчатосекторный механизм и стрелку манометра, показывающую по шкале 9 величину этого давления.

По функциям различают технические, контрольные и образцовые манометры. Контрольные манометры типа МКО являются переносными приборами, служащими для периодических точных измерений давления, а также для поверки технических манометров на рабочем месте. Образцовые пружинные манометры типа МО применяются для поверки технических и контрольных манометров.

Электроконтактные манометры. В системах автоматического регулирования технологических процессов, в схемах сигнализации, устройствах тепловой защиты нашли применение электроконтактные манометры. На рис. 1.12 показаны внешний вид и принципиальная схема электроконтактного манометра. В приборе типа ЭКМ в качестве упругого чувствительного элемента используется одновитковая трубчатая пружина. По устройству прибор типа ЭКМ отличается от рассмотренного на рис. 1.11 пружинного манометра лишь наличием специальных электрических контактов i, 2 и 5. Установка контактов 1 и 2 может быть выполнена на любые отметки рабочей шкалы манометра вращением винта в головке 3, расположенной на наружной стороне стекла.

Если измеряемое давление среды в объекте уменьшится и достигнет нижнего значения, заданного на шкале с помощью контакта 1, то стрелка 4 посредством контакта 5 замкнет цепь и включится лампа определенного цвета, например, зеленого JI₃.

Если же давление среды увеличится до верхнего значения, заданного с помощью контакта 2, то стрелка с помощью контакта 5 замкнет цепь красной лампы JI_K.

Приборы типа ЭКМ имеют класс точности 2,5.



Рис. 1.12 Электроконтактный манометр типа ЭКМ: а -- внешний вид; 6 -- схема прибора; 1,2,5 -- электрические контакты; 3 -- головка с винтом; 4 -- стрелка; Л_к, Л_з -- лампы красного и зеленого цвета; р -- измеряемое давление среды

Манометры электрические дистанционные. В пружинных манометрах электрических дистанционных типа МЭД происходит преобразование в электрический сигнал давления измеряемой среды, приводящего к механической деформации измерительной части прибора. Действие прибора типа МЭД основано на использовании деформации одновитковой трубчатой пружины 1 (рис. 1.13), свободный конец которой связан рычагом со стальным сердечником (плунжером) 2 дифференциально-трансформаторного преобразователя 3.

Преобразователь состоит из двух секций первичной обмотки, намотанных последовательно (согласно), двух секций вторичной (выходной) обмотки, включенных встречно, и подвижного сердечника. Создаваемый первичной обмоткой преобразователя магнитный поток индуцирует в секциях выходной обмотки ЭДС е₁ и е₂, значения которых ъ=\хэ.жзависят от тока питания первичной обмотки и взаимных индуктивностей М₁ и М₂ между первой и второй секциями вторичной обмотки и первичной обмоткой. Взаимные индуктивности М₁ и М₂ равны между собой при среднем положении сердечника внутри катушки преобразователя. При перемещении сердечника вверх из среднего положения значение М₁ увеличивается, а М₂ уменьшается. При этом изменяются величина и фаза выходного сигнала Е дифференциально-трансформаторного преобразователя. Приборы типа МЭД имеют классы точности 1 и 1,6.

Рис. 1.13 Пружинный манометр электрический дистанционный типа МЭД: 1 -- трубчатая пружина; 2 -- сердечник (плунжер); 3 -- дифференциально- трансформаторный преобразователь; R₁ и R₂ -- электрические сопротивления; р -- импульс давления; Е -- выходной сигнал

Датчик давления Метран-100 и Метран-150

Датчики давления Метран-100 (далее по тексту датчики) предназначены для непрерывного преобразования измеряемой величины - давления избыточного, абсолютного, разрежения, давления-разрежения, разности давлений, гидростатического давления нейтральных и агрессивных, газообразных и жидких сред в унифицированный токовый выходной сигнал и/или цифровой сигнал на базе HART-протокола, или цифровой сигнал на базе интерфейса RS-485 с протоколами обмена ICP или Modbus.

Датчики предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами на предприятиях газовой, металлургической, химической, пищевой отраслей промышленности, в том числе на объектах атомной энергетики, а также для измерения давления газообразного кислорода.

Датчики предназначены для работы во взрывобезопасных и взрывоопасных условиях. Взрывозащищенные датчики с видом взрывозащиты «искробезопасная электрическая цепь» имеют обозначения "Метран-100-Ех"; взрывозащищенные датчики с видом взрывозащиты «взрывонепроницаемая оболочка» имеют обозначение "Метран-100-Вн".

Датчики разности давлений могут использоваться для преобразования значения уровня жидкости, расхода жидкости, газа или пара в унифицированный токовый выходной сигнал и/или цифровой сигнал.

Принцип действия датчиков основан на тензорезистивном эффекте в полупроводниковом чувствительном элементе под воздействием измеряемой величины. Изменение электрического сопротивления тензорезисторов чувствительного полупроводникового упругого элемента преобразуется в электронном блоке датчика в стандартный аналоговый и/или цифровой выходной сигнал.

Датчики имеют унифицированный микропроцессорный электронный преобразователь сигналов и отличаются лишь конструкцией измерительного узла с тензорезисторным преобразователем входной величины.

В зависимости от измеряемой величины датчики имеют следующие обозначения: Метран-100-ДИ - датчики избыточного давления; Метран-100-ДА - датчики абсолютного давления; Метран-100-ДВ - датчики разрежения; Метран-100-ДИВ - датчики давления - разрежения; Метран-100-ДД - датчики разности давлений; Метран-100-ДГ - датчики гидростатического давления. Для визуализации результатов измерений и параметров настройки датчики могут быгь укомплектованы индикаторными устройствами.

Для обеспечения устойчивости к электромагнитным воздействиям датчики могут быть укомплектованы блоком фильтра помех (БФП).



Рис. 1.14 Конструкция датчика серии Метран-100 (модель 1411) 1-- фланец; 2 -- корпусом; 3 -- мембрана. 4 -- жесткий центр; 5 -- тяга; 6,7 -- камеры; 8 -- рычаг тензопреобразователя

Между фланцем 1 и корпусом 2 крепится мембрана 3. К мембране приваривается жесткий центр 4. Жесткий центр с помощью тяги 5 соединен с рычагом тензопреобразователя 8. При измерении разности давлений (ДД) положительное давление подается в камеру 6, а отрицательное в камеру 7. Измеряемое давление, поданное в камеру 6 или 7, воздействует на мембрану и перемещает ее. Перемещение мембраны через жесткий центр 4 и тягу 5 передается на рычаг тензопреобразователя. Перемещение рычага вызывает деформацию мембраны тензопреобразователя, с которой жестко соединен рычаг. На мембране тензопреобразователя расположены тензорезисторы. Деформация мембраны тензопреобразователя вызывает изменение сопротивления тензорезисторов. Электронное устройство датчика преобразует изменение электрических сопротивлений в стандартный аналоговый сигнал.

В датчике Метран-150 в качестве одного из первичных преобразователей давления также используется новая емкостная ячейка Rosemount (рис. 1). Она образована двумя цилиндрическими основаниями 1, между которыми расположена плоская металлическая мембрана 2. На торцах цилиндрических оснований, обращенных к поверхности мембраны, имеются диэлектрические вкладыши 3 с тонкопленочными металлическими электродами 4. Цилиндрические основания и мембрана сварены между собой по наружному контуру, образуя симметричную и прочную конструкцию ячейки. Таким образом, между металлической мембраной и электродами, расположенными по обе стороны от нее, образованы две емкости конденсаторов.

При перемещении мембраны под действием измеряемого давления происходит увеличение емкости одного из конденсаторов и уменьшение емкости другого. Это дифференциальное изменение емкостей ячейки под действием давления преобразуется и обрабатывается в электронном устройстве датчика.

Рис. 1.15 Емкостная ячейка: 1 -- цилиндрические основания; 2 -- мембрана; 3 -- диэлектрические вкладыши; 4 -- электроды

Емкостная ячейка - существенное, но недостаточное условие для успешной работы прибора, поэтому датчики давления Метран и Rosemount обладают следующими конструктивными особенностями:

· симметричность конструкции, которая обеспечивает одинаковое количество заполняющей жидкости с стороны камер высокого и низкого давления. Таким образом, при изменении температуры жидкость расширяется равномерно, что со стороны высокого давления, что со стороны низкого давления, обеспечивая взаимную компенсацию температурной погрешности;

· наиболее важным параметром конструкции является объем заполняющей жидкости: чем он меньше, тем меньше влияние заполняющей жидкости на точность показаний от расширения/сжатия под воздействием статического давления и температуры. Если в традиционной конструкции датчиков объем заполняющей жидкости равен ~ 5 см³, то в Метран-150 этот объем снижен до 0,2 см³, а в датчиках Rosemount он составляет всего лишь до 0,1 см³;

· следующим преимуществом конструкции является «свободно плавающий сенсор» - емкостная ячейка не имеет жесткой кинематической связи с корпусом модуля, ячейка всего лишь подвешена на двух капиллярах, данное решение снижает влияние механических напряжений в корпусе прибора при затяжке монтажных фланцев. Также оно снижает влияние вибрации, обеспечивая лучшие метрологические характеристики на таких применениях, ведь вибрации присутствуют практически во всех технологических процессах.

В начале 2010 года модельный ряд датчиков Метран-150 был расширен за счет новых моделей, которые обладают новыми опциями, такими, как:

· возможность применений в кислородных и кислородсодержащих средах;

· измерение уровня (гидростатического давления);

· возможность функционирования датчиков разности давлений при рабочем избыточном давлении до 40 МПа;

· использование новых материалов - Hastelloy® и тантал для применения в агрессивных средах;

· возможность перенастройки диапазонов измерений до 100:1.

Измерители давления многопредельные (далее - измерители) АДН АДР КБ «Агава», предназначены для измерения избыточного давления (разрежения) воздуха, и других газов, неагрессивных к материалам контактирующих деталей.

Область применения: системы измерения давления в промышленности, энергетике, жилищно-коммунальном хозяйстве.

· непрерывного измерения значения избыточного давления воздуха, природных и других газов, неагрессивных кматериалам контактирующих деталей (кремний, сталь);

· низкочастотной фильтрации сигналов избыточного давления;

· формирования дискретных выходных сигналов при достижении давления заданных уровней (уставок);

· формирования токового выходного сигнала 4 - 20 мА, пропорционального измеряемому параметру;

· регулирования давления по ПИ-закону*;

· дистанционного управления уровнем давления*;

· стабилизация давления (поддержания уровня между двумя уставками);

· формирования ШИМ сигналов для управления исполнительным механизмом.

Принцип действия измерителя основан на преобразовании давления в изменение сопротивлений тензорезисторов и измерении напряжения, возникающего в диагонали моста тензорезисторного датчика давления.

Измерители обеспечивают вывод значения измеренного давления на цифровой индикатор, индикацию уровня измеренного давления при помощи светодиодной линейки, формирование сигналов при достижении заданных уровней измеряемого давления (уставка).

Измеритель состоит из датчика давления и электронного преобразователя, состоящего из узла усилителя, узла микропроцессорной обработки сигнала и узла питания.

Электронный преобразователь служит для преобразования выходного сигнала тензо-моста в показания трёхзначного семисегментного индикатора, вывода информации об уровне измеренного давления на светодиодную линейку и формирования сигнала соответствующего заданной уставке.

Узел микропроцессорной обработки сигнала работает под управлением программного обеспечения (ПО). При помощи ПО осуществляются необходимые математические преобразования, цифровая фильтрация, управление трёхзначным семисегментным индикатором и светодиодной линейкой. Настройка измерителя производится через пользовательское меню.

Габаритные размеры измерителя приведены на рисунке 1.16.

Рис. 1.16

Внутренний диаметр присоединительной трубки, по которой подается измеряемая среда, равен 6 мм. Рекомендуется использовать рукав I-6,3-0,63-У ГОСТ 9356-75 (рукава резиновые для газовой сварки и резки металлов).

Приборы для измерения расхода вещества

Расход вещества и методы его измерения. Количество вещества, перемещаемое в единицу времени по трубопроводу или каналу, называется расходом вещества. Расход вещества выражают в единицах измерения объема или массы. Наиболее распространенные единицы измерения объемного расхода -- м³/с, м³/ч, а для массового расхода -- кг/с, кг/ч, т/ч. Для перевода объемных единиц измерения расхода в массовые и обратно используют формулу

G= V?

где G -- массовый расход вещества, кг/с; V -- объемный расход вещества, м³/с; ? -- плотность вещества, кг/м³.

К приборам, измеряющим суммарное количество вещества, прошедшее за известный промежуток времени, относятся счетчики. С их помощью фиксируются показания прибора в начале и конце периода измерения и по разности определяют общее количество жидкости, газа или пара за какой-то период работы.

Приборы, измеряющие или записывающие мгновенное значение измеряемого количества, отнесенное к единице времени, называются расходомерами. В ряде случаев расходомер снабжается суммирующим счетным механизмом (интегратором).

Для определения количества и расхода жидкости, газа или пара обычно применяют скоростной, объемный и дроссельный методы измерений. Скоростным и объемным методами определяют количество жидкости, газа и пара, а дроссельным -- их расход.

Дроссельные расходомеры. Дроссельный метод измерения основан на использовании изменения статического давления среды, проходящей через искусственно суженное сечение трубопровода. Дроссельный расходомер состоит из сужающего устройства, устанавливаемого в трубопроводе в целях местного сжатия струи (первичный прибор), дифференциального манометра, предназначенного для измерения разности статических давлений протекающей среды до и после сужающего устройства (вторичный прибор), и соединительных линий -- двух трубок, связывающих между собой первичный и вторичный приборы.

Сужающее устройство (диафрагма) имеет круглое отверстие, расположенное концентрично относительно стенок трубы, диаметр d которого меньше внутреннего диаметра D трубопровода.

Рис. 1.17 Характер потока в трубопроводе до и после сужающего устройства в виде диафрагмы: D, d -- диаметр трубопровода и сужающего устройства; F₀, F₁, F₂ -- площади сечений соответственно трубопровода, сужающего устройства, максимально сжатого участка на схеме; v₁, v₂ -- скорости потока в трубопроводе и максимально сжатом участке; --> -- направление потока среды

При прохождении потока через сужающее устройство происходит изменение потенциальной энергии вещества, часть которой вследствие сжатия струи и соответствующего увеличения скорости потока преобразуется в кинетическую энергию. Изменение потенциальной энергии приводит к появлению разности статических давлений (перепад давления), которая определяется при помощи дифференциального манометра. По измеренному перепаду давления может быть определена кинетическая энергия потока при дросселировании, а по ней -- средняя скорость и расход вещества.

На схеме установки диафрагмы в трубопроводе тонкими линиями показан характер потока до и после сужающего устройства (рис. 1.17).

По способу отбора статического давления к дифференциальному манометру стандартные измерительные диафрагмы подразделяют на камерные (I) и бескамерные (II) (рис. 1.18). В камерной диафрагме импульсы давления к дифференциальному манометру передаются через две кольцевые уравнительные камеры, позволяющие усреднить давление по окружности трубопровода и обеспечивающие более точное измерение перепада давления в камере.

Для установки диафрагм необходимо соблюдение определенных требований. Тщательно проводить центровку отверстия сужающего устройства относительно оси трубы. Не допускать наличия на внутренней поверхности трубопровода перед сужающим устройством больших неровностей (уступов, сварных швов, выступающих внутрь уплотнительных прокладок и др.). До и после сужающего устройства необходимо иметь прямые «успокоительные» участки трубопровода постоянного диаметра, так как разные местные сопротивления (колена, угольники, вентили, задвижки и др.) приводят к искажению профиля скоростей потока по сечению и увеличению погрешности измерения.

Наименьшие относительные (кратные по отношению к диаметру трубопровода D числа) длины прямых участков перед сужающим устройством (l₁) и после него (1₂) зависят от модуля диафрагмы т=d²/D² и характера местных сопротивлений и составляют:

· для участков до диафрагмы l₁/D = 10... 80;

· для участков после диафрагмы l₂/D = 4...8.



Рис. 1.18 Камерная (I) и бескамерная (II) стандартные измерительные диафрагмы: D, d -- диаметр трубопровода и сужающего устройства; ??-- угол скоса; «+», «-» -- импульс давления соответственно до и после диафрагмы; --> -- направление потока

При правильно установленных диафрагмах основная погрешность измерения не превышает ±0,5... 1 %.

Объемные счетчики для газа. Для измерения объема горючего газа используются объемные ротационные счетчики. Ротационный счетчик содержит измерительную камеру 1 (рис. 1.19, а), в которой размещены две широкие вращающиеся в разные стороны лопасти 2 и 3 восьмеричной формы.

Действие ротационного счетчика основано на вытеснении определенных объемов газа, заключенных между стенками измерительной камеры и лопастями, при вращении последних под влиянием разности давлений газа до счетчика и после него. Величина зазоров между шестернями и стенками измерительной камеры не превышает 0,03...

0,06 мм, вследствие чего погрешность измерения из-за перетекания газа через них невелика.

В приборе РС-100М роликовый счетный механизм 4 (рис. 1.19, б) связан с одной из лопастей при помощи магнитной муфты или непосредственно с выходной осью, пропущенной через сальниковое уплотнение. Для контроля за степенью засоренности счетчика в него встроен водяной двухтрубный дифференциальный манометр 5, измеряющий перепад давления в приборе.

Ротационные счетчики устанавливают на вертикальных участках газопровода с нисходящим потоком газа. Входной патрубок счетчика снабжен сетчатым фильтром для очистки газа от механических примесей.

Ротационные счетчики типа PC выпускаются на номинальный расход газа 40... 1 000 м³/ч. Сопротивление счетчиков при номинальном расходе газа составляет 300 Па (30 мм вод. ст.).

Рис. 1.19 Ротационный счетчик a - схема; б - счетчик РС-100М; 1 - измерительная камера; 2,3- лопасти; 4 - счетный механизм; 5 -- дифференциальный манометр; ---> -- направление потока среды; --> направление вращения лопастей

Турбинные (скоростные) счетчики. Тахометрический турбинный газовый счетчик (рис. 1.20) состоит из чугунного корпуса 1 с фланцами для присоединения к трубопроводу, турбины 2, счетчика 3, обтекателей 5, расположенных с обеих сторон турбины. Лопатки турбины размещены в кольцевом зазоре между гильзой 7 и обтекателями 5 и имеют наклон примерно 45°. Спереди и сзади турбины установлены неподвижные направляющие лопатки 6, выравнивающие поток газа. Турбина связана посредством червячной передачи 4 со счетчиком 3. Частота вращения турбины пропорциональна скорости течения газа, а следовательно, и его расходу.

Рис. 1.20 Турбинный (тахометрический) гиоаый сметчик 1 -- корпус; 2 -- турбина; 3 -- счетчик; 4 -- червячная передача; 5 -- обтекатель; 6 -- неподвижная направляющая лопатка; 7 -- гильза; --> -- направление потока среды

прибор измерение датчик температура

Приборы для измерения уровня воды в барабане котла

Широкое распространение в котельных установках получили гидростатические уровнемеры, основанные на принципе измерения разности давлений двух водяных столбов.

На рис. 1.21, а приведен уровнемер с жидкостным однотрубным дифференциальным манометром. Этот прибор присоединяется к барабану при помощи двух стальных трубок 1 и 12 и имеет уравнительный сосуд 2, соединительные медные трубки 3 и 11, грязеуловители 4 и 10, широкий сосуд 9 и измерительную трубку 7 небольшого диаметра. Заполнение водой и продувка грязеуловителей проводятся через верхние и нижние отверстия в их корпусе. Отверстие, закрытое пробкой 8, служит для выпуска из прибора рабочей жидкости. Хорошая видимость уровня жидкости обеспечивается лампой 6 с рефлектором, отключение измерительной трубки -- вентилем 5.

Для измерения уровня воды в барабане и в системах автоматического регулирования используется гидростатический уровнемер, приведенный на рис. 2.23, б. Он состоит из двухкамерного уравнительного сосуда 2, бесшкального мембранного дифференциального манометра (датчика) 13 типа ДМ. В плюсовой камере уравнительного сосуда, соединенной трубкой 11 с паровым пространством барабана котла, уровень конденсата поддерживается постоянным. Минусовая камера сосуда соединяется трубкой 3 с водяным пространством котла. Уровень воды в этой камере соответствует переменному уровню в барабане котла. Давление столба воды плюсовой и минусовой камер уравнительного сосуда передается по соединительным трубкам 11 и 3 нижней и верхней полостям дифференциального манометра.

...