Материал: Основы автоматизации производства

По принципу действия тягонапоромеры подразделяют на жидкостные, мембранные и сильфонные.

Жидкостные тягонапоромеры выполняют в форме U-образных, чашечных с вертикальной измерительной трубкой, чашечных с наклонной измерительной трубкой, кольцевых весов и колокольных приборов. Наиболее широко применяют чашечные приборы.

Тягонапоромер ТНВ является чашечным микронапоромером с вертикальной измерительной трубкой. Затворной рабочей жидкостью служит дистиллированная вода, подкрашенная эозином натрия. Пределы измерения 0 ... 1,6 кПа. Основная погрешность прибора ±1,5 %.

Тягонапоромер ТНЖ-Н является чашечным микронапоромером с наклонной измерительной трубкой. В качестве затворной жидкости применяемся этиловый спирт. Наклонное расположение измерительной трубки позволяет получить растянутую шкалу и благодаря этому измерять малые давления. Особенностью данного прибора является возможность изменения угла наклона измерительной трубки, что позволяет варьировать чувствительность и пределы измерения прибора. Пределы измерения прибора: 0 ... 0,4 кПа; 0 ... 0,63 кПа; 0 ... 1,0 кПа; 0 ... 1,6 кПа. Основная погрешность прибора при нормальной температуре не превышает ±1,5 % от верхнего предела измерений.

Чашечные тягонапоромеры применяют для измерения тяги и напора в топках топливных, плавильных и термических печей и вентиляторов низкого давления.

Кольцевые весы можно использовать в качестве тягонапоромеров. В отличие от U-образных и чашечных приборов они являются стрелочными приборами, могут регистрировать значения измеряемых параметров и передавать показания с помощью электрических систем на расстояние.

Чувствительным элементом такого прибора (рис. 69) является плоское металлическое кольцо 1, имеющее в верхней части перегородку 2, которая разделяет внутреннюю полость кольца. С двух сторон перегородки к кольцу подсоединены две резиновые трубки. Одна трубка соединяется с объемом, в котором измеряется давление Р, а другая – с атмосферой. Кольцо с помощью перекладины 3 подвешено на Призматической опоре 4. В нижней части кольца закреплен груз 5.

Рис. 69. Схема кольцевого манометра (тягонапоромера)

Рис. 70. Схема самопишущего колокольного тягонапоромера

Если давления с двух сторон перегородки кольца равны (Р = Р_атм), то оно находится в равновесии и стрелка 7 занимает нулевое положение (рис. 69, а). Если измеряемое давление больше атмосферного (Р₁ > Р_атм), то уровень жидкости с правой стороны повышается, а с левой – понижается. Кольцо 1 поворачивается по часовой стрелке, пока груз не уравновесит кольцо в новом положении (рис. 69, б). Вместе с кольцом поворачивается и стрелка, которая показывает на шкале значение измеряемого напора.

Поскольку измеряемое давление пропорционально синусу угла отклонения кольца, шкала получается неравномерной. Для устранения этого недостатка, т. е. для получения равномерной шкалы, передачу от кольца к стрелке осуществляют с помощью рычага и специального профилированного лекала 6. При измерении тяги (разрежения) места подключения трубок меняют между собой.

В качестве затворной рабочей жидкости используют дистиллированную воду или трансформаторное масло. Плотность жидкости ограничивает верхний предел измерения. Для приборов с водяным заполнением он составляет 1600 Па, а для приборов с масляным заполнением – 1000 Па.

Колокольные тягонапоромеры являются бесшкальными первичными измерительными приборами, которые предназначены для измерения тяги и напора, а также разности давлений неагрессивных газов при весьма низких статических давлениях.

В этом приборе (рис. 70) чувствительным элементом являются два колокола 1, подвешенные на коромысле 2 и погруженные в бак 3 с трансформаторным маслом. Одна из камер 4 под колоколом сообщается с атмосферой, а другая – с измеряемым давлением. Уравновешивающий момент создается пружиной 5. При изменении измеряемого давления Р равновесие коромысла нарушается, и оно поворачивается. Это фиксируется показывающей и записывающей системами прибора 6. Верхний предел показаний при двусторонней шкале 80 Па, класс точности 2,5.

Таблица 10

Технические характеристики тягомеров, напоромеров и тягонапоромеров

Промышленность выпускает также колокольный тягонапоромер типа ДКОФМ с ферродинамическим преобразователем, диапазоном напора 40 ... 400 Па и тяги ±32 ... 200 Па.

Наибольшее распространение получили мембранные тягонапоромеры, принцип действия которых основан на использовании зависимости между упругой деформацией мембраны (чаще мембранной коробки) и измеряемым давлением. Преимуществами приборов этого типа являются простота устройства, небольшие размеры, наглядность показаний и удобство размещения на щитах управления. Промышленность выпускает приборы типа НМП-52; ТММП-52; ТНМП-52 с пределом измерения до 25 кПа у напоромеров, до 40 кПа у тягомеров и классами точности 1,5 и 2,5 (табл. 10).

Мембранные напоромеры применяют для измерения разрежений воздуховодов рушильных аппаратов, топок топливных печей и напоров вентиляционных систем.

Сильфонные тягонапоромеры предназначены для измерения и записи давления или разрежения воздуха и неагрессивных газов. Принцип их действия основан на уравновешивании измеряемого давления суммой сил деформации сильфона и винтовой цилиндрической пружины рис. 71).

Измеряемое давление через штуцер 1 подводится к корпусу прибора 2, внутри которого установлен сильфон 3. Для увеличения жесткости сильфон снабжен дополнительной пружиной 4, помещенной внутри него. Под влиянием измеряемого давления сильфон 3 сжимается, преодолевая усилие пружины 4, и перемещает шток 5. Последний через передаточный механизм воздействует на стрелку 6 с установленным на ней пером для записи.

Рис. 71. Схема сильфонного напоромера типа МС

4. Вакуумметры

Вакуумметрами называются приборы, предназначенные для измерения давления разреженных газов. Обычно вакуумметрами считают приборы, измеряющие давление менее 10 Па.

Диапазон давлений, измеряемых в металлургических цехах вакуумметрами, весьма широк (10 ... 1,33-10^–11 Па) и не может быть измерен одним прибором. Это обстоятельство и разнообразие эксплуатационных требований, предъявляемых к вакуумметрической аппаратуре, определили необходимость выпуска большого числа типов вакуумметров.

Все выпускаемые вакуумметры состоят из измерительной установки (блок измерения) и манометрического преобразователя, с помощью которого значение измеряемого разрежения преобразуется в электрический сигнал.

Вакуумметры настроены на измерения давления (разрежения) сухого воздуха. Поэтому при измерении разрежения других газов приходится проводить индивидуальную градуировку вакуумметров или использовать переводные коэффициенты.

Требования к точности измерения низких давлений в большинстве случаев невысоки. Поэтому значительная часть выпускаемых вакуумметров является индикаторными приборами.

Многие вакуумметры могут служить первичными преобразователями автоматических систем, которые одновременно с сигнализацией о достижении или превышении определенного давления управляют различными исполнительными механизмами. Такие вакуумметры могут иметь аналоговый выход на ЭВМ.

Блокировочные вакуумметры осуществляют управление (блокировку) по давлению при разрывной мощности контактов не более 50 Вт для цепей постоянного тока и 500 Вт для цепей переменного тока.

Большинство вакуумметров имеет электрический выходной сигнал, который может использоваться для записи на электронном потенциометре или в системах автоматики.

В зависимости от принципа действия манометрического преобразователя вакуумметры делят на тепловые, ионизационные и электроразрядные.

Тепловые вакуумметры оснащены манометрическими преобразователями, действие которых основано на зависимости теплопроводности разреженных газов от давления. Устройство такого типа изображено на рис. 72. Стеклянный баллон 1 соединен системой, в которой измеряется вакуум. Внутри баллона имеется нагреватель 3, через который пропускается ток (10 ... 100 мА). Температура нагревателя 75 ... 400 °С и зависит от теплопроводности окружающего газа. При атмосферном давлении теплопроводность газа практически не зависит от давления. Однако при давлении ниже 1,3 кПа теплопроводность понижается при снижении давления.

Рис. 72. Схема теплового вакуумного вакуумметра

Рис. 73. Схема ионизационного вакуумметра

Рис. 74. Схема магнитного электроразрядного вакуумметра

Молекулы газа, ударяющиеся о нагреватель, переносят энергию от нагревателя к стенкам баллона. Следовательно, установившаяся температура нагревателя будет определяться скоростью молекул газа, сталкивающихся с ним. При понижении давления нагреватель будет терять тепло медленнее, так как в газе с понижением давления уменьшается число способных переносить теплоту молекул. Соответственно этому температура нагревателя будет повышаться.

Температуру нагревателя измеряют двумя способами: термопарой 2, укрепленной на нагревателе, или посредством измерения его сопротивления.

Промышленность выпускает приборы типов ВТ-3, ВТ-8, ВСБ-1 и др. Вакуумметр ВТ-3 предназначен для работы в лабораторных условиях. Он состоит из измерительной установки и одного из трех термопарных манометрических преобразователей: ПМТ-2 в стеклянном корпусе; ПМТ-4М в металлическом корпусе или МТ-8, выполненного на фланцевом основании. В режиме постоянства тока накала нити (в диапазоне 0,133...1,33 Па) давление определяется по термоЭДС термопары. Определение давления в режиме постоянства термоЭДС (в диапазоне 1,33 ... 6,675 · 10² Па) ведется по току накала нити.

Таблица 11

Технические характеристики промышленных вакуумметров