Лабораторная работа № 1
Предмет: «Процессы и аппараты пищевых производств»
Тема: «Измерение давления, расхода и скорости жидкости»
Выполнила: Данилова Александра ТПД-10-1
Датчики давления
Общее название приборов для измерения давления – манометры.
Манометры подразделяют на следующие группы:
- манометры избыточного давления (p изб);
- вакуумметры разрежения (p р);
- мановакуумметры (p р… p изб);
- вакуумметры абсолютного давления (p абс=0… p атм, обычно до 13 кПа или 100 мм рт.ст.).
Принцип действия: преобразование силового действия давления на чувствительный элемент непосредственно в показания (перемещение указателя), либо в пропорциональное изменение иной физической величины.
По принципу действия датчики давления подразделяют на следующие группы:
- жидкостные;
- деформационные;
- электрические;
- тепловые.
Жидкостные манометры (дифференциальные манометры)
Принцип действия: уравновешивание измеряемого давления (разности давлений) столбом жидкости.
По конструкции подразделяют на следующие группы:
- U-образные;
- колокольные;
- поплавковые.
U-образные манометры
а – дифференциальный манометр;
б – манометр абсолютного давления (вакуумметр);
1 - манометрическая U-образная трубка;
2 - манометрическая жидкость;
3 - шкала;
4 - местное сужение.
Необходимое количество манометрической жидкости 2 (ртуть, вода, спирт, минеральное масло) наливают в U-образную манометрическую трубку 1. Разность давлений p изм1– p изм2 в левом и правом колене манометрической трубки 1 уравновешивается столбом манометрической жидкости 2.
Высота столба h манометрической жидкости 2 связана с разностью давлений Δ p следующим образом:
Δ p = ρgh,
где ρ – плотность манометрической жидкости; g – ускорение свободного падения.
Для уменьшения влияния поверхностного натяжения манометрической жидкости на показания датчика внутренний диаметр манометрической трубки должен быть не менее 6 мм.
В том случае, если одно колено трубки выполняют открытым (p изм2= p атм, вариант а), манометр является прибором относительного давления и может измерять как избыточное, так и давление разрежения.
Если одно колено манометрической трубки выполняют закрытым (вариант б), то p изм2 равно давлению насыщенных паров манометрической жидкости. Такой датчик является манометром абсолютного давления.
Ртутные манометры с закрытым коленом выполняют с местным сужением 4 для уменьшения гидравлических ударов при резких колебаниях давления.
Для измерения разности давлений Δ p следует измерить по шкале 3 высоту двух столбов манометрической жидкости. Точность отсчета составляет ±2 мм (или ±1 мм для зеркальной шкалы).
Диапазон измеряемых давлений ограничен высотой манометрической трубки.
Для различных манометрических жидкостей погрешность измерения составляет значения, указанные в таблице.
Поплавковые манометры
1 - 
манометрическая трубка;
2 - манометрический сосуд;
3 - манометрическая жидкость;
4 - сосуд с запасом манометрической жидкости;
5 - поплавок;
6 - преобразователь перемещения или устройство индикации;
7 - уплотнение.
Поплавковый манометр является разновидностью U-образного манометра. В сосуде 2 на поверхности манометрической жидкости 3 размещен поплавок 5. Поплавок 5 связан с преобразователем перемещения или устройством индикации 6. Для нормального функционирования манометр дополнен сосудом 4 с запасом манометрической жидкости.
Положение поплавка 5 относительно сосуда 2 пропорционально разности давлений p изм1– p изм2. Для преобразования линейного перемещения поплавка 5 в электрический сигнал используют устройство 6, выполненное на основе резистивного или индукционного преобразователя (рассмотрим далее).
В основном в качестве манометрической жидкости используют ртуть. Диапазон измеряемых давлений составляет ±63 кПа при погрешности измерения ±1,5 %.
Деформационные манометры (манометры с упругим элементом)
Принцип действия: уравновешивание измеряемого давления упругой деформацией чувствительного элемента.
По конструкции подразделяют на следующие группы:
- трубчато-пружинные;
- мембранные;
- сильфонные.
Чувствительные элементы деформационных манометров изготавливают из бронзы, коррозионно-стойкой стали или никелевого сплава. Бронзы используют в неагрессивных (окислительных, восстановительных, нейтральных) атмосферах, остальные материалы – в агрессивных средах (например, аммиак).
Трубчато-пружинные манометры
1 - манометрическая трубка (трубка Бурдона или «тёщин язык»);
2 - передаточный механизм;
3 - указатель;
4 - штуцер или фланец.
Конструкцию трубчато-пружинного манометра образует одновитковая или многовитковая манометрическая трубка 1. С одной стороны трубка 1 герметично закрыта (пайкой или сваркой), с другой – оснащена штуцером или фланцем 4 для подвода измеряемого давления p изм.
При изменении давления поперечное сечение манометрической трубки деформируется. В результате радиус кривизны манометрической трубки 1 изменяется, что приводит к перемещению ее закрытого конца. Это перемещение передается через передаточный механизм 2 на указатель 3.
Трубчато-пружинные манометры имеют линейную шкалу и измеряют относительное давление p отн в диапазоне
- для одновитковых манометров – от –0,1 до 250 МПа;
- для многовитковых (более чувствительных) – от –0,1 до 16 МПа.
Класс точности манометров от 0,4 до 4,0 в зависимости от диаметра манометрической трубки.
Мембранные и сильфонные манометры
1 - упругий чувствительный элемент;
2 - корпус;
3 - шток;
4 - устройство индикации;
5 - предохранительная трубка.
Конструкцию мембранного и сильфонного манометра образует упругий чувствительный элемент 1, размещенный в корпусе 2. В мембранных манометрах в качестве чувствительного элемента используют гофрированную мембрану, в сильфонных манометрах – поперечно гофрированную трубку – сильфон.
Под действием измеряемого давления p изм чувствительный элемент 1 манометра деформируется, что приводит к перемещению его торца. Это перемещение передается через шток 3 в устройство индикации 4, где преобразуется в перемещение стрелки указателя относительно шкалы.