Мембранный манометр принцип действия. Электрические манометры
При проектировании и эксплуатации систем отопления наиболее важным показателем и параметром является давление теплоносителя. При нормальном давлении, находящемся в пределах гидравлического графика, рабочий процесс идет без нарушений, теплоноситель доходит до самых отдаленных точек системы отопления. При превышении давления выше критической точки возникает опасность разрыва трубопроводов. При понижении давления ниже допустимого возникает угроза кавитации – образования пузырьков воздуха, приводящих к коррозии и разрушению трубопроводов. Для того, чтобы удерживать показатели давления на требуемом уровне, нужно постоянно за ними наблюдать. Именно для этого и применяются манометры – приборы, которые это самое давление измеряют.
Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. Давлением во многом определяется ход технологического процесса, состояние технологических аппаратов и режимы их функционирования.
ВИДЫ ДАВЛЕНИЯ:
- Атмосферное (барометрическое) давление – давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы.
- Абсолютное давление – полное давление с учетом давления атмосферы, отсчитываемое от абсолютного нуля.
- Избыточное давление – разность между абсолютным и барометрическим давлениями.
- Вакуум (разрежение) – разность между барометрическим и абсолютным давлениями.
- Дифференциальное давление – разность двух измеряемых давлений, ни одно из которых не является давлением окружающей среды.
По виду измеряемого давления манометры подразделяют на:
- манометры избыточного давления,
- манометры абсолютного давления,
- барометры,
- вакуумметры,
- мановакуумметры – для измерения избыточного и вакуумметрического давления;
- напоромеры – манометры малых избыточных давлений (до 40 кПа);
- тягомеры – вакуумметры с верхним пределом измерения до 40 кПа;
- дифференциальные манометры – средства измерений разности давлений.
Общий принцип действия манометров основан на уравновешивании измеряемого давления некоторой известной силой. По принципу действия манометры подразделяют на:
- жидкостные манометры;
- пружинные манометры;
- мембранные манометры;
- электроконтактные манометры (ЭКМ);
- дифференциальные манометры.
В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости. В приборах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давлений над ними, а при неравенстве занимают такое положение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом. Большинство жидкостных манометров имеют видимый уровень рабочей жидкости, по положению которого определяется значение измеряемого давления. Эти приборы используются в лабораторной практике и в некоторых отраслях промышленности.
Существует группа жидкостных дифманометров, в которых уровень рабочей жидкости непосредственно не наблюдается. Изменение последнего вызывает перемещение поплавка или изменение характеристик другого устройства, обеспечивающих либо непосредственное показание измеряемой величины с помощью отсчетного устройства, либо преобразование и передачу ее значения на расстояние.
Наиболее широкое применение среди приборов для измерения давления нашли пружинные манометры. Их достоинства в том, что они просты по конструкции, надежны и пригодны для измерения давления среды в широком диапазоне от 0,01 до 400 МПа (от 0,1 до 4000 бар).
Упругие чувствительные элементы деформационных манометров:
а - трубчатые пружины;
б - сильфоны;
в, г - плоские и гофрированные мембраны;
д - мембранные коробки;
е - вялые мембраны с жестким центром
Чувствительным элементом пружинного манометра является полая изогнутая трубка эллипсоидного или овального сечения, деформирующаяся под действием давления. Один конец трубки запаян, а второй соединен со штуцером, через который соединяется со средой, в которой измеряется давление. Закрытый конец трубки соединен с передаточным механизмом, смонтированным на стойке, который состоит из поводка, зубчатого сектора, шестеренки с осью и стрелки манометра. Для устранения мертвого хода между зубцами сектора и шестеренки служит спиральная пружина. Шкала проградуирована в единицах давления (паскаль или бар) и стрелка показывает непосредственную величину избыточного давления измеряемой среды. Механизм манометра помещен в корпус. Измеряемое давление поступает внутрь трубки, которая под действием этого давления стремится распрямиться, так как площадь наружной поверхности больше площади поверхности внутренней. Перемещение свободного конца трубки через передаточный механизм передается стрелке, которая поворачивается на определенный угол. Между измеряемым давлением и деформацией трубки существует прямолинейная зависимость и стрелка, отклоняясь относительно шкалы манометра, показывает величину давления.
Принцип действия мембранного манометра основан на пневматической компенсации, где сила развиваемая измеряемым давлением уравновешивается силой упругости мембранной коробки.
Чувствительный элемент прибора состоит из двух спаянных между собой мембран образующих мембранную коробку 1. Измеряемое давление через штуцер подводится к внутренней полости коробки. Под действием разности атмосферного и измеряемого давления коробка изменяет свой объем, что вызывает перемещение жёсткого центра верхней мембраны которая через поводок 2 и рычаг 3 перемещает стрелку прибора 4.
Электроконтактные манометры (ЭКМ) применяют в системах автоматического контроля, регулирования и сигнализации. В две специальные стрелки, устанавливаемые на минимальное и максимальное давление в пределах шкалы, вмонтированы контакты электрической цепи. При достижении подвижной стрелки одного из контактов цепь замыкается, что вызывает подачу сигнала либо соответствующее действие системы, в которую подключен манометр.
1 — указательная стрелка; 2 и 3 — электроконтактные уставки; 4 и 5 — зоны замкнутых и разомкнутых контактов соответственно; 6 и 7 — объекты воздействия.
Исполнение 1 — одноконтактная на замыкание;
Исполнение 2 — одноконтактная на размыкание;
Исполнение 3 — двухконтактная на размыкание-размыкание;
Исполнение 4 — двухконтактная на замыкание-замыкание;
Исполнение 5 — двухконтактная на размыкание-замыкание;
Исполнение 6 — двухконтактная на замыкание-размыкание.
Электрический манометр имеют типовую схему функционирования, которая может быть проиллюстрирована на рис.а). При увеличении давления и достижении им определённого значения указательная стрелка 1 с электрическим контактом входит в зону 4 и замыкает с помощью базового контакта 2 электрическую цепь прибора. Замыкание цепи, в свою очередь, приводит к вводу в работу объекта воздействия 6.
Виды ЭКМ:
- Электроконтактные манометры на микровыключателях: виброустойчивые (жидконаполненные), промышленные, в нержавеющем корпусе, коррозионностойкие с плоской мембраной или трубчатой пружиной.
- Электроконтактные манометры с магнитомеханическими контактами: коррозионностойкие с плоской или трубчатой мембраной, промышленные.
- Электроконтактные манометры взрывозащищённые: с взрывонепроницаемой оболочкой из нержавеющей стали или сплава алюминия, а также используемые для малых давлений.
- Дифференциальные мембранные манометры применяются для измерения перепада давления в газовых фильтрах или в сужающих устройствах расходомеров.
В большинстве манометров технология определения и расчета данных базируется на деформационных процессах в специальных измерительных блоках, например, в сильфонном. Этот элемент выступает индикатором, воспринимающим перепады давления. Блок становится и преобразователем разности в показателях давления – пользователь получает информацию в виде перемещения стрелки указателя на приборе. Кроме того, данные могут быть представлены в Паскалях, охватывая весь измерительный спектр. Такой способ отображения информации, к примеру, обеспечивает дифференциальный манометр Testo 510, который в процессе измерения избавляет пользователя от необходимости держать его в руке, так как на задней стороне прибора предусмотрены специальные магниты.
Сильфонный дифманометр типа ДС:
а - схема сильфонного блока; б - внешний вид; 1 - рабочий сильфон; 2 - кремний органическая жидкость; 3 - внутренняя полость сильфона; 4 - шток; 5 - пружины; 6 - неподвижный стакан; 7 - рычаг; 8 - тореной; 9 - ось; 10 - резиновые кольца; 11 - гофры; 12, 13 - вентили запорные и уравнительный
В механических же устройствах главным индикатором служит расположение стрелки, контролируемое рычажной системой. Движение указателя происходит до момента, пока перепады в системе не перестанут оказывать воздействие определенной силы. Классический пример данной системы показывает дифференциальный манометр ДМ серии 3538М, который обеспечивает пропорциональное преобразование дельты (разности давления) и предоставляет результат оператору в виде унифицированного сигнала.
Мембранные манометры
Мембранный манометр типа ММ (рис.3) предназначен для измерения давления до 2,5 МПа. В манометре под действием измеряемого давления мембрана 2, находящаяся в коробке 1, прогибается, перемещая шток 3, соединенный через рычаг 4 с зубчатым сектором 6. Зубчатый сектор находится в зацеплении с зубчатым колесом 8, которое через пружину 9 соединено со стрелкой 7, перемещающейся по шкале 5. Снизу у манометра предусмотрен резьбовой штуцер для установки манометра на объект измерения.
Мембранные манометры применяют, как правило, для измерения небольших давлений. Недостатками мембранных манометров являются малая чувствительность системы, трудность регулировки и изменение характеристик во времени вследствие «усталости мембраны».
Для изготовления мембран используют бронзу, латунь и хромоникелевые сплавы.
Рисунок 4.2.1 Мембранный манометр
Грузопоршеневые манометры
В этих приборах измеряемое давление определяется по величине нагрузки, воздействующей на поршень определенной площади. Грузопоршневые манометры имеют высокую точность (0,02; 0,05; 0,2) и широкий диапазон измерения (0,1- 250 МПа). Обычно их применяют для градуировки и поверки грузопоршневых манометров.
Грузопоршневой образцовый манометр МП-60 (рисунок 4), предназначенный для поверки технических манометров с одновитковой трубчатой пружиной состоит из вертикального цилиндра 8 с тщательно пригнанным стальным поршнем 5, на верхнем конце которого закреплена тарелка 7 для укладки образцовых грузов 6, имеющих форму дисков. Воронка 4 служит для заполнения прибора минеральным маслом. Прибор имеет поршневой пресс 1 с манжетным уплотнением. Для установки поверяемых манометров предназначены штуцеры 3 и 10. Игольчатые вентили 2, 9, и 11 служат для перекрытия каналов, вентиль 12 для спуска масла. Создаваемое грузом давление P = m/A, где m - масса поршня с тарелкой и грузом; А - эффективная площадь поршня, за которую принимают сумму площади сечения поршня и половину площади кольцевого зазора между поршнем и цилиндром (обычно А=0,996-1,004см 2). Пределы измерения прибора 0 - 6 МПа. Класс точности 0,05.
Рисунок 4.3.1 Грузопоршневой образцовый манометр
Электрические манометры
Действие этих приборов основано на зависимости электрических параметров преобразователя давления от величины измеряемого давления. К ним относятся: пьезометрические манометры, в которых используется зависимость электрического заряда пьезоэлемента от измеряемого давления; манометры сопротивления, основанные на зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от измеряемого давления; ионизационные манометры, действие которых базируется на зависимости силы тока положительных ионов, образованных в результате ионизации молекул разреженного газа, от измеряемого давления; а также радиоизотопные манометры, в которых для ионизации газа используется излучение радиоизотопных источников.
5. Применение манометров
Манометры применяются во всех случаях, когда необходимо знать, контролировать и регулировать давление. Наиболее часто манометры применяют в теплоэнергетике, на химических, нефтехимических предприятиях, предприятиях пищевой отрасли.
Мембранный манометр
Мембранный манометр типа ММ предназначен для измерения давления до 2,5 МПа. В манометре под действием измеряемого давления мембрана 2, находящаяся в коробке 1, прогибается, перемещая шток 3, соединенный через рычаг 4 с зубчатым сектором 6. Зубчатый сектор находится в зацеплении с зубчатым колесом 8, которое через пружину 9 соединено со стрелкой 7, перемещающейся по шкале 5. Снизу у манометра предусмотрен резьбовой штуцер для установки манометра на объект измерения.
Мембранные манометры применяют, как правило, для измерения небольших давлений. Недостатками мембранных манометров являются малая чувствительность системы, трудность регулировки и изменение характеристик во времени вследствие «усталости мембраны».
Для изготовления мембран используют бронзу, латунь и хромоникелевые сплавы.
Индуктивное сопротивление:
L - индуктивность, ? - циклическая частота протекающего тока
Емкостное сопротивление:
С - емкость
Сильфоны. Общие сведения
Сильфон представляет собой тонкостенную металлическую трубку или камеру с гофрированной (волнообразной) боковой поверхностью (рис.). Сильфоны изготавливают из латуни (обычно полутомпака), фосфористой и бериллиевой бронзы и нержавеющей стали. Наиболее широко сильфоны применяют в пневмо- и гидроавтоматике в качестве чувствительных элементов, реагирующих (расширением или сжатием, подобно пружине) на изменение давления газа или жидкости, действующего на дно сильфона (например, в датчиках температуры, давления), а также в качестве гибких соединений трубопроводов, компенсаторов температурных удлинений, упругих разделителей сред и т. п. Стенки сильфона для работы при больших разностях давлений и в агрессивных средах изготовляют 2-, 3- и 4-слойными.
Грузопоршневые манометры
В этих приборах измеряемое давление определяется по величине нагрузки, воздействующей на поршень определенной площади. Грузопоршневые манометры имеют высокую точность (0,02; 0,05; 0,2) и широкий диапазон измерения (0,1- 250 МПа). Обычно их применяют для градуировки и поверки грузопоршневых манометров.
Грузопоршневой образцовый манометр МП-60 (рис. 5), предназначенный для поверки технических манометров с одновитковой трубчатой пружиной состоит из вертикального цилиндра 8 с тщательно пригнанным стальным поршнем 5, на верхнем конце которого закреплена тарелка 7 для укладки образцовых грузов 6, имеющих форму дисков. Воронка 4 служит для заполнения прибора минеральным маслом. Прибор имеет поршневой пресс 1 с манжетным уплотнением. Для установки поверяемых манометров предназначены штуцеры 3 и 10. Игольчатые вентили 2, 9, и 11 служат для перекрытия каналов, вентиль 12 для спуска масла.
Создаваемое грузом давление
где m - масса поршня с тарелкой и грузом; А - эффективная площадь поршня, за которую принимают сумму площади сечения поршня и половину площади кольцевого зазора между поршнем и цилиндром (обычно А=0,996-1,004см2). Пределы измерения прибора 0 - 6 МПа. Класс точности 0,05.
Оптические (фотоэлектрические) датчики применяются в промышленном оборудовании и предназначены для контроля положения и расстояния, определения контрастных и цветовых меток и других технологических задачах.
Оптические датчики делятся на три основных типа, по способу функционирования:
1. Отражающие от объекта - излучающие и принимающие свет, отражённый от объекта, находящегося в зоне действия датчика. При возвращении на сенсор определённого количества света, отражённого от объекта, на выходе устанавливается соответствующий логический уровень. Величина зоны срабатывания зависит от типа датчика, размеров регистрируемого предмета, от его цвета, шероховатости, кривизны поверхности и т.д. Конструктивно излучатель и приёмник выполнены в одном корпусе.
2. Отражающие от световозвращателя - которые излучают и принимают свет, отражённый от специального отражателя (рефлектора), и при прерывании луча объектом, выдаётся соответствующий выходной сигнал. Дальность зоны действия зависит от состояния воздушной среды, окружающей объект и датчик (пыль, дым, туман и т.д.). Конструктивно излучатель и приёмник также выполнены в одном корпусе.
3. Датчики сквозного типа - имеющие раздельные источник света и приёмник. Они должны быть расположены соосно напротив друг друга. Любой предмет попадающий в зону светового потока прерывает его и вызывает изменение на выходе логического уровня.
Световые элементы оптических датчиков работают на различных длинах световых волн. Это могут быть ифракрасный свет, видимый свет (лазерные), и другие, работающие на различных длинах волн (датчики цветовых меток).
Конструктивно оптические датчики состоят из излучателя, излучающего свет в различных световых диапазонах, и приёмника, воспринимающего свет той же длины волны, которая испускается излучателем. Излучатель и приёмник могут быть конструктивно размещены в одном корпусе, либо могут быть разнесены в разных корпусах.
Принцип работы оптических датчиков основан на изменении оптического излучения излучателя возвращаемого на приёмник при появлении в активной зоне действия датчика (оптическом луче) непрозрачного объекта. При включении датчика излучатель излучает оптический луч, который принимается приёмником либо непосредственно, либо через рефлектор, либо отражённый от регистрируемого объекта. На выходе датчика появляется аналоговый или цифровой сигнал, различной логики, используемый далее схемой регистрации и исполнительным устройством.
Зона чувствительности (длина оптического луча) оптических датчиков различна и лежит в пределах от нескольких сантиметров до десятков и даже сотен метров.
Исполнение в соответствии с EN 837-3.
Манометры мембранные ДММ, ДММЭ
предназначены для измерений избыточного давления и/или разрежения газов и жидкостей.
Конструкция чувствительного элемента манометра позволяет работать со сложными измеряемыми средами, такими как агрессивные, загрязненные и вязкие среды.
Используются в сложных эксплуатационных и технологических условиях, в пищевой, пивоваренной и фармацевтической промышленности, в энергетической технике, химической и нефтехимической индустрии, в очистительных и фильтрующих установках, в деревообрабатывающей, целлюлозно-бумажной, сахарной, цементной и других отраслях перерабатывающей промышленности.
Технические характеристики манометров мембранных ДММ, ДММЭ
Диаметр:
100, 150 (160) мм.
Класс точности:
1; 1,5; 1,6; 2,5.
Диапазоны измерений:
Нижние пределы измерений: - 0,1 или 0,06…0 МПа (- 1 или 0,60 бар) или другие эквивалентные единицы давления.
Верхние пределы измерений: 0,06 или 4,0 МПа (0,6 или 40 бар) или другие эквивалентные единицы давления.
Рекомендуемые диапазоны измерений давления:
Измеряемое давление до 75% от конечного значения шкалы.
Перегрузка по давлению:
Кратковременно до 30% конечного значения шкалы.
Допустимые температуры
прибора
:
Окружающая среда: минус 40…+65 °С.
Измеряемая среда: максимум +120 °С.
Влияние температуры:
Предел дополнительной погрешности, вызванной изменением температуры окружающего воздуха от +20 °С +/-2 °С в диапазоне рабочих температур в соответствии с ГОСТ 2405.
Чувствительный элемент:
Мембрана, нержавеющая сталь (другие материалы по запросу).
Присоединение:
Нержавеющая сталь, штуцер снизу (другие материалы по запросу).
Присоединительные размеры:
М20х1,5; G1/2; 1/2 NPT; G3/8; 3/8 NPT (возможны другие резьбы по запросу).
Конструкция присоединения:
Радиальное (снизу); открытый присоединительный фланец с DN 15 до DN 80 по DIN или с 1/2” до 3” по ANSI и др.
Передаточный механизм:
Нержавеющая сталь, (медный сплав по запросу).
Циферблат:
Алюминий белого цвета, шкала черного цвета.
Стрелка:
Алюминий черная крашенная, фиксированная (корректировка нуля на стрелке по запросу).
Корпус:
Нержавеющая сталь, (другой материал по запросу).
Стекло:
Инструментальное стекло (другие материалы по запросу).
Кольцо:
Нержавеющая сталь, съемное (другой материал по запросу).
Уплотнение:
Неопрен (другой материал по запросу).
Степень защиты:
IP54; IP55; IP56; IP65.
Дополнительные опции
ДММ, ДММЭ
:
Свидетельство о поверке. Дизайн шкалы по запросу Заказчика (цветные, комбинированные шкалы). Безопасное или сверхпрочное стекло. Покрытие мембраны – монель, серебро, хастеллой, PTFE (фторопласт) (другой материал по запросу). Покрытие PTFE (фторопласт) поверхностей, соприкасающихся с измеряемой средой. Корректировка нуля на стрелке.
Материал уплотнения диафрагмы – PTFE (фторопласт); свыше + 200 °С. Заполнение корпуса глицерином. Перегрузка: ВПИ
≤ 40 кПа (0,4 бар) – 500 % ВПИ; 40 кПа (0,4 бар) < ВПИ ≤ 250 кПа (2,5 бар) – 300 % ВПИ; ВПИ > 250 кПа (2,5 бар)
Наиболее востребованные диапазоны и исполнения манометров (вакуумметров и мановакуумметров) ДММ, ДММЭ
есть всегда в наличии на нашем складе в Москве.
Манометры ДММ, ДММЭ
имеют одно из наилучших в своем классе соотношений ЦЕНА - КАЧЕСТВО - СРОК ПОСТАВКИ.
В мембранном манометре упругим чувствительным элементом является мембрана (упругая пластина) или мембранная коробка . Устройство мембранного манометра показано на рис. 7.3.
Давление, подаваемое на штуцер 1, действует на мембрану 3, и зажатую между крышками 2 и 10 корпуса. Под действием давления мембрана прогибается, и прогиб ее через толкатель 4, рычаг 9 и сектор 8, расположенные в корпусе 7, приводит к пропорциональному угловому перемещению стрелки 6. При этом стрелка по шкале 5 показывает значение измеренного давления.
Рис. 7.3. Мембранный манометр
Рис. 7.4. Дифманометр с вялой мембраной
Сильфонный манометр .
Принцип действия прибора основан на пневматической силовой компенсации. Измеряемое давление или разрежение действует на сильфон 9.
Сильфонный тягонапоромер ТНС-П Сильфонный самопишущий манометр
и передается рычагу 8, который перемещает заслонку 4 относительно сопла 5. При этом давление на выходе пневмоусилителя 6 изменяется и с выхода поступает в линию дистанционной передачи и на сильфон обратной связи 7. Усилие обратной связи, действуя через рычаг 1 и сухарик 2 на рычаг 8, держит заслонку 4 относительно сопла 5 на расстоянии, соответствующем значению измеряемого параметра. Таким образом, давление на выходе пневмоусилителя будет соответствовать значению измеряемого параметра. Регулировка прибора осуществляется перемещением сухарика 2 вдоль рычагов 1 и 8. Настройка нулевого значения выполняется пружиной 3.
На рис. 7.9 показано устройство сильфонного самопишущего манометра. Давление через штуцер / подается в камеру 2, где находится сильфон 4. Внутреннее пространство сильфона сообщается с атмосферой. Внутри сильфона расположена пружина 3, противодействующая сжатию его. В дно сильфона упирается штифт 5, соединенный с рычагом 6, передающим движение от сильфона к рычагу 7. Рычаг 7 тягой 8 соединен с рычагом 9, передающим движение стрелке 10 с укрепленным на ней пером.