Материал: Основы автоматизации производства

Вакуумметр ВСБ-1 рассчитан на применение в автоматизированных вакуумных системах. Он работает в паре с манометрическим преобразователем МТ-6. Температура рабочей нити преобразователя поддерживается во всем диапазоне постоянной (220 °С). Величиной, по которой судят о давлении, является напряжение, прилагаемое для нагрева нити.

Работа преобразователей ионизационных вакуумметров основана на использовании зависимости интенсивности ионизации газа от давления. Основной частью такого преобразователя (рис. 73) является баллон 2, в котором размещен катод 4, эмитирующий электроны, сетка 3, окружающая катод, и анод 1, охватывающий сетку. На сетке поддерживается положительный по отношению к катоду потенциал (100 ... 200 В), потенциал анода – отрицательный (2 ... 5 В).

Электроны, эмитируемые катодом, ускоряются сеткой. Соударяясь с молекулами газа в баллоне, электроны их ионизируют. Образующиеся в пространстве между сеткой и анодом положительные ионы собирает анод, а положительные ионы, образующиеся в пространстве между сеткой и катодом, перемещаются обратно к катоду. Электроны и отрицательные ионы собирает положительно заряженная сетка. Скорость образования ионов пропорциональна количеству газа в баллоне и числу электронов, необходимых для ионизации.

Промышленность выпускает ионизационные вакуумметры типов ВН-12 и ВН-14, а также комбинированные вакуумметры ВИТ-2 и ВИТ-3.

Ионизационный вакуумметр ВИ-12 предназначен для измерения давления газов в диапазоне 10^-8 ... 10^-8 Па в лабораторных условиях. Он состоит из переносной измерительной установки и одного из двух манометрических преобразователей: ИМ-112 в стеклянной колбе или МИ-12-8, выполненного на фланце с металлическим уплотнением (табл. 11).

Ионизационный вакуумметр ВИ-14 предназначен для измерения давления в диапазоне 13,3 ... 10^-8 Па в металлических вакуумных системах. Он комплектуется ионизационным преобразователем МИ-27 и имеет поддиапазонное переключение диапазонов и две обзорные шкалы с диапазонами 10^-8 ... 13,3 Па и 10^-8 ...  10^-8 Па. Для измерения давления в стеклянных системах используется преобразователь ИМ-12.

Ионизационно-термопарные вакуумметры ВИТ-2 и ВИТ-3 предназначены для измерения разрежения газов в промышленных условиях. Они представляют собой комбинированные установки, состоящие из электронной системы измерения и ионизационного и термопарного преобразователей.

Вакуумметр ВИТ-2 предназначен для измерения давлений в диапазоне 6,66 · 10^‑6 ... 2,66 Па, а вакуумметр ВИТ-3 в диапазоне 6,66 · 10^-6 ... 1,33 · 10² Па.

Вакуумметр ВИТ-2 измеряет давление в диапазоне 1,33·10^-1... 26,6 Па с помощью термопарных преобразователей типа ПМТ-2; ПМТ-4М или МТ-8, а в диапазоне высокого вакуума – с помощью ионизационных преобразователей типа ПМИ-2 или ЛМ-3-2.

Преобразователи ПМИ-2, МИ-10-2 и ЛМ-3-2 являются ионизационными преобразователями триодного типа.

Недостатком, ограничивающим применение ионизационных вакуумметров, является наличие накаленного катода, разрушающегося при повышении давления.

Принцип работы электроразрядных магнитных вакуумметров основан на использовании зависимости тока электрического разряда в магнитном поле от концентрации газа, а следовательно, и его давления. В баллоне 4 (рис. 74), соединенном с системой, в которой измеряется вакуум, помещены катодные пластины 2 и кольцевой анод 1. К электродам прикладывается напряжение 2...3 кВ. Сила тока электрического разряда, возникающего между электродами, зависит от давления в баллоне и измеряется микроамперметром. Баллон с электродами расположен между полюсами 3 постоянного магнита.

Совместное действие электрического и магнитного полей на электроны значительно удлиняет их траектории и увеличивает

вероятность ионизации газа в баллоне, что способствует возникновению самостоятельного разряда при низком давлении. Все это повышает чувствительность вакуумметров и увеличивает предел измерения до 10^-12 Па.

Вакуумметры в литейных и термических цехах в основном применяют для контроля давления в вакуумных плавильных и нагревательных печах.

5. Техника безопасности при контроле давления

К числу мероприятий по технике безопасности при эксплуатации устройств и приборов для контроля давления и разрежения относятся следующие.

Все приборы должны быть установлены в местах, доступных для подхода при эксплуатации, и иметь хорошую освещенность шкал.

Для предохранения окружающего воздуха от загрязнения продуктами продувки импульсных линий необходимо использовать дренажные и канализационные трубопроводы.

Электропитание приборов должно осуществляться с центрального пульта, помещенного в закрытый шкаф. Линии электропитания должны иметь средства защиты от перегрузок и коротких замыканий.

Все приборы, к которым подводится электропитание, должны быть заземлены.

Контрольные вопросы и задания

1. Расскажите о классификации различных видов давления.

2. В каких единицах измеряется давление и вакуум?

3. Как классифицируются приборы для контроля давления и вакуума?

4. Как устроены и работают жидкостные манометры?

5. Как классифицируются деформационные манометры?

6. Расскажите о принципах действия деформационных манометров.

7. Как устроен и работает грузопоршиевой манометр?

8. Как устроен и работает пьезоэлектрический манометр?

9. Как устроен и работает манометр с индуктивным преобразователем?

10. Как классифицируются тягонапоромеры?

11. Как устроен и работает чашечный тягонапоромер?

12. Как устроены и работают кольцевые весы?

13. Как устроен и работает колокольный тягонапоромер?

14. Как устроен и работает деформационный тягонапоромер?

15. Расскажите о классификации вакуумметров.

16. Как устроен и работает тепловой вакуумметр?

17. Как устроен и работает ионизационный вакуумметр?

18. Как устроен и работает газоразрядный вакуумметр?

Глава 9. Контроль расхода, количества и уровня

1. Общие сведения и классификация приборов

Одними из наиболее важных параметров технологического процесса являются количество и расход вещества. Уточним значение этих терминов.

Если под количеством вещества подразумевается объем или масса отмеренного вещества, то под расходом понимают количество вещества, проходящего непрерывно в потоке (в трубе, на транспортере и т. д.) за единицу времени.

В системе СИ объемный расход Q измеряется в кубических метрах в секунду, а массовый М – в килограммах в секунду, иногда используют единицу – литр в секунду.

Для измерения расходов газов и жидкостей применяют приборы, называемые расходомерами.

В тех случаях, когда требуется отмерять и учитывать количество вещества, используют счетчики и весы. С их помощью ведут учет сырья и готовой продукции, электроэнергии, пара и воды.

Применяют также комбинированные приборы; в расходомеры встраивают интегрирующие (суммирующие) устройства, позволяющие вести суммарный учет вещества, израсходованного за заданный промежуток времени.

В зависимости от принципа действия приборы для измерения расхода жидкостей и газа подразделяют на расходомеры обтекания, переменного перепада давления и переменного уровня, индукционные, тахометрические и объемные.

Для измерения расхода твердых и сыпучих материалов используют механические, электрические, фотоэлектрические с радиоизотопными счетчиками весы и весы с ручной наводкой, а также автоматические порционные, платформенные и автомобильные, тензометрические и другие весы.

Для контроля уровня жидкости или сыпучего материала применяют приборы, называемые уровнемерами. Уровень жидкости или сыпучего материала – это высота границы раздела жидкости или сыпучего материала и воздуха (газа), находящегося над жидкостью или сыпучим материалом, относительно условного (нулевого) отсчета. Отсчетом измерения уровня, как правило, является резервуар или бункер, в котором измеряется уровень жидкости или сыпучего материала.

Большое разнообразие объектов измерения обусловило многообразие физических принципов и средств измерений уровня, удовлетворяющих тем или иным требованиям.

Все приборы контроля уровня можно разделить по метрологическому принципу на две группы. Первую группу приборов используют для непрерывного измерения уровня и называют уровнемерами. Приборы второй группы предназначены для сигнализации о достижении заданного (контрольного) уровня, например верхнего или нижнего. Их называют сигнализаторами уровня.

2. Расходомеры

В соответствии с применяемыми методами приборы для измерения расхода подразделяют на расходомеры обтекания, переменного перепада давления, переменного уровня, индукционные, тахометрические и объемные. Последние чаще используют в качестве счетчиков.

Из расходомеров обтекания наибольшее распространение получили расходомеры постоянного перепада давления, получившие название ротаметров. Чувствительным элементом этих приборов является поплавок (шарик), воспринимающий динамическое давление потока. Принцип действия ротаметра (рис. 75) основан на том, что при движении жидкости или газа снизу вверх через конусную трубку 1 поплавок 2 поднимается (опускается) до тех пор, пока его сила тяжести не уравновесится разностью давлений до и после поплавка и выталкивающей силой. При постоянной плотности и кинематической вязкости сред значение расхода соответствует строго определенному положению поплавка.

К основным преимуществам ротаметров следует отнести простоту конструкции, значительный диапазон измерения и возможность измерения малых расходов и расходов агрессивных сред. К недостаткам относятся большая чувствительность к изменению вязкости жидкой среды при изменении температуры и невозможность измерения расхода загрязненных жидкостей, из которых выпадают осадки.

Промышленность выпускает ротаметры трех видов: показывающие (табл. 12) для местного контроля расхода без передачи информации (рис. 75, а); с электрической дистанционной передачей информации без местной шкалы (рис. 75, б) и с пневматической дистанционной передачей и местной шкалой показаний.

В термических и литейных цехах ротаметры применяют для измерения расхода природного газа, азота, аммиака и водорода.

Работа расходомеров переменного перепада давления основана на измерении перепада давления, создаваемого с помощью дросселя, в зависимости от расхода среды.

Рис. 75. Ротаметры:

а – для местного измерения; б – с электрической передачей информации; 1 – коническая трубка; 2 – поплавок

Таблица 12

Технические характеристики ротаметров