Перепад давлений– разность давлений в двух точках. Точка отсчета давлений обычно понятна из контекста и оговаривается только когда необходимо пояснение. Разность давлений часто используется в промышленных установках. Измерители перепада давления имеют два впускных отверстия, каждое соединяется с сосудом, давление в котором должно быть контролируемым.
Поплавковые приборы представляют собой U-образные жидкостные манометры, 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 перепада давления. На рисунке 18 показана схема поплавкового дифманометра. Если в левом сосуде давление p1, а в правом p2 то при p1 > p2 урвень жидкости в левом сосуде понизится на высоту h2 , а в правом повысится на высоту h1 . Разность давлений p1 — p2 уравновешивается столбом жидкости высотой Н = h1+h2.
Рисунок 18 – Схема поплавкового дифференциального манометра
Колокольные дифманометры представляют собой колокол, погруженный в рабочую жидкость и перемещающийся под влиянием разности давлений. Противодействующая сила создается за счет утяжеления колокола при его подъеме и уменьшении тяжести колокола при его погружении. Достигается это за счет изменения гидростатической подъемной силы, действующей на колокол согласно закону Архимеда.
Колокольные дифманометры с гидростатическим уравновешиванием обладают высокой чувствительностью и могут быть использованы для измерения малых давлений, перепадов давлений и разрежений.
Некоторые модификации колокольных дифманометров с гидростатическим уравновешиванием оснащаются преобразователями П., посредством которых перемещение поплавка преобразуется в унифицированный сигнал измерительной информации, передаваемый по каналу связи.
Жидкостные средства измерения имеют высокую точность, однако сложны по конструкции и в обслуживании, поэтому используются редко.
Внешний вид грузопоршневого манометра дифференциального давления, представлен на рисунке 19.
Рисунок 19 - Грузопоршневой манометра дифференциального давления
Дифференциальные грузопоршневые манометры состоят из двух поршневых систем - измерительной (А1) и уравновешивающей (А2), причем обе системы имеют свои собственные источники создания давления и соединены между собой соединительным клапаном. При открытом клапане грузы, помещенные на системы А1 и А2, создают одинаковое требуемое статическое давление. В системе создается давление таким образом, чтобы оба поршня были уравновешены. Это значит, что оба поршня вращаются с грузами и опускаются с одинаковой скоростью. Достижение одинаковой скорости опускания, контролируется с помощью специального устройства, соединительный клапан перекрывается. В этот момент принимается, что статическое давление в поршневых системах равны между собой. После этого можно создавать необходимую разность давлений ΔР путем наложения небольшого груза на систему А1 (рис.20)
Рисунок 20 - Схема грузопоршневого манометра дифференциального давления
А1 – измерительная система; А2 – уравновешивающая система; ΔР – разность давлений.
Для расширения диапазона давлений, измеряемых грузопоршневыми манометрами, используются поршни дифференциальные, разгруженные, косвенного нагружения с мультипликаторами.
Рассмотрим устройство мембранного дифманометра с пневматическим преобразователем на примере преобразователя разности давлений 13ДД11
Рисунок 21 - Мембранный дифманометр с пневматическим преобразователем.
1 –перегородка, 1 –мембраны, 3 –шток, 4 –рычаг, 5 –уплотнительная мембрана, 6, 7, 8 –вентили, 9 –сильфон обратной связи, 10 –корректор нуля, 11 –индикатор рассогласования «сопло-заслонка», 12 –дроссель, 13, 16 –впускной и выпускной клапаны, 14,15 –мембраны.
Разность давлений воспринимается мембранным измерительным блоком, образованным двумя стальными мембранами 2, разделенными перегородкой 1. Центры мембран соединены штоком 3, проходящим через сквозное отверстие в перегородке. К штоку прикреплен конец рычага 4, который через упругую уплотнительную мембрану 5 выводится из мембранного блока (точка О).
Полость между мембранами и перегородкой заполнена незамерзающей жидкостью (водноглицериновой смесью). Контролируемая среда (жидкость или газ) поступает в измерительные камеры дифманометра через вентили 6 и 8 (уравнительный вентиль 7 при работе прибора закрыт). При увеличении измеряемого перепада давление в «плюсовой» камере будет выше, мембраны прогнутся влево, и на рычаге относительно точки О создастся момент силы, пропорциональный перепаду давлений — это выходной сигнал измерительного блока. Мембранный блок рассчитан на определенный измеряемый перепад. При эксплуатации прибора не исключено внезапное многократное увеличение перепада, например, при сообщении одной из подводящих трубок с атмосферой. Чтобы мембранный блок при этом не вышел из строя, при прогибе перегруженная мембрана своим профилем совместится с перегородкой, имеющей такой же профиль, а вторая мембрана будет опираться на заполняющую межмембранное пространство жидкость.
Работа пневматического преобразователя дифманометра основана на принципе компенсации сил. Рычаг 4 играет роль элемента сравнения моментов сил относительно точки О, создаваемых мембранным блоком с одной стороны и сильфоном обратной связи 9 с другой. Индикатор рассогласования сопло — заслонка 11 преобразует разность моментов сил, возникающую при изменении измеряемого перепада давления, в пневмо-сигнал, который далее усиливается по мощности. Усилитель состоит из нескольких камер. В камеру В поступает входной сигнал, сверху и снизу она ограничена мембранами 14 и 15. Камеры Б и Г соединены с выходом усилителя. Давление в них зависит от положения впускного клапана 16, управляющего подачей воздуха из камеры питания А, и выпускного 13, связывающего линию выхода с атмосферой.
Клапанами управляют мембраны, воздействуя на них до тех пор, пока давление воздуха на выходе усилителя не станет равным давлению в камере В, т. е. пока не уравновесятся действующие на мембраны сверху, и снизу силы. Пропускная способность клапанов обеспечивает передачу пневмосигнала по линии связи на вторичный прибор, удаленный от дифманометра на расстояние до 300 м. Одновременно сигнал поступает в сильфон. Создаваемый им на рычаге 4 момент обратной связи устанавливает заслонку в положение, при котором давление воздуха на выходе дифманометра пропорционально измеряемому перепаду давления. Изменению перепада от нуля до верхнего предельного значения соответствует изменение давления воздуха на выходе от 20 до 100 кПа при давлении питания 140 кПа. Начальный пневмосигнал (при открытом уравнительном вентиле) настраивается пружинным корректором нуля 10, а конечный — изменением момента обратной связи (перемещением сильфона).
Рассмотрим работу тензопреобразователя разности давлений на примере Сапфир-22ДД-Вн (рис.)
Рисунок 22 – Схема преобразователя Сапфир-22ДД-Вн
Преобразователи предназначены для работы в системах автоматического контроля, регулирования и управления технологическими процессами и обеспечивают непрерывное преобразование значения измеряемого параметра — давления избыточного, абсолютного, гидростатического, разрежения, разности давлении нейтральных и агрессивных сред в унифицированный токовый выходной сигнал дистационной передачи.
Преобразователь состоит из измерительного блока и электронного устройства. Преобразователи различных параметров имеют унифицированное электронное устройство и отличаются лишь конструкцией измерительного блока.
Измеряемый параметр подается в камеру измерительного блока и линейно преобразуется в деформацию чувствительного элемента и изменение электрического сопротивления тензорезисторов-тензопреобразователя, размещенного в измерительном блоке. Электронное устройство преобразователя преобразует это изменение сопротивления в токовый выходной сигнал. Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленочными тензорезисторами (структура КНС), прочно соединенная с металлической мембраной гензопреобразователя.
Схема преобразователей Сапфир-22ДД-Вн представлена на рис. 22.
Мембранный тензопреобразователь 4 размещен внутри коруса 8 и отделен от измеряемой среды металлическими гофрированными мембранами 7. Внутренние полости 6 и 10 заполнены кремнийорганической жидкостью. Фланцы 9 уплотнены прокладками 3. Измеряемая разность давлений воздействует на мембраны 7 и через жидкость воздействует на мембрану тензопреобразователя, вызывая изменение сопротивления тензорезисторов. Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройсиво 1 через гермоввод 2.
Контрольные вопросы
1 Дать определение давлению
2 Что является основной единицей измерения давления?
3 Привести классификацию манометров по принципу действия
4 Привести классификацию манометров по роду измеряемой величины
5 В чем состоит назначение жидкостных приборов давления?
6 Объяснить назначение, устройство и принцип действия двухтрубного U-образного манометра
7 Объяснить назначение, устройство и принцип действия грузпоршневого манометра
8 В чем заключается принцип действия деформационных манометров? В чем преимуществ пружинных приборов давления?
9 На какие группы делятся пружинные приборы по виду упругого чувствительного элемента?
10 Объяснить назначение, устройство и принцип действия приборов с одновитковой трубчатой пружиной
11 В чем заключается принцип действия электрических манометров? Для каких целей их применяют?
12 Объяснить назначение, устройство и принцип действия манганинового манометра сопротивления
13 Объяснить назначение, устройство и принцип действия тензометра
14 Объяснить назначение, устройство и принцип действия емкостного манометра
15 Объяснить назначение, устройство и принцип действия поплавкового дифференциального манометра
16 Объяснить назначение, устройство и принцип действия грузопоршневого манометра дифференциального давления
17 Объяснить принцип работы пневматического преобразователя дифманометра
18 Объяснить принцип работы тензопреобразователя разности давлений