Электрические манометры

                                              СОДЕРЖАНИЕ

 

1.Вступление

2.Техническое описание:

   2.1 Назначение

  2.2 Технические данные

   2.3 Устройство и работа

   2.4 Размещение и монтаж

3.Литература

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                          

 

                           ВСТУПЛЕНИЕ

 

Электрические манометры  используются главным образом для  измерения очень высоких давлений или разряжений, а также для измерения давлений, пульсирующих с высокой частотой.Пьезоэлектрические манометры используют явление прямого пьезоэффекта, заключающегося в появлении разности электрических потенциалов на противоположных стенках пластины из пьезоматериала при сдавливании (или растягивании) пластины. Величина возникшей э.д.с. пропорциональна приложенному давлению и площади пластины пьезоматериала. В качестве пьезоматериала используют пьезокерамики из титана бария или цирконат-титаната свинца. На рис. 5.7 показана схема пьезоманометра с двумя пластинами пьезокерамики. Наружные обкладки пластин заземляются через корпус манометра, а потенциал внутренних обкладок снимается экранированным кабелем в измерительную схему.Выходная мощность пьезоэлектрических преобразователей мала, поэтому полезный сигнал должен быть обязательно усилен усилителем с большим входным сопротивлением.                  Емкостные манометры представляют собой упругий мембранный манометр, в котором мембрана является одной из обкладок плоского конденсатора. При изменении давления меняется расстояние /между обкладками конденсатора, что изменяет величину его емкости.Емкостной датчик имеет малую мощность и высокое сопротивление, доходящее до десятков мега Ом. Для увеличения мощности емкостных манометров их применяют в цепях повышенной частоты.

                                 

Рисунок 5.7 Пьезоэлектрический манометр

Индуктивные манометры представляют собой мембранный упругий манометр с индуктивным преобразователем перемещения мембраны. Преобразователь состоит из катушки с ферромагнитным сердечником. Часть магнитопровода расположена на мембране. При выгибании мембраны в сторону катушки магнитное сопротивление уменьшается и индуктивность катушки возрастает.Манометры сопротивления используют преобразование движения упругого органа - мембраны в величину электрического сопротивления путем перемещения движка резистора. Реостатным преобразователем свойственна погрешность квантования из-за ступенчатого изменения сопротивления при плавном движении движка. Для ее уменьшения увеличивают число витков провода до 200 и уменьшают его диаметр. Наличие трущегося контакта делает эти манометры наименее предпочтительными в смысле надежности эксплуатации.

Частным случаем манометров сопротивления  можно считать те изометрические манометры, в которых чувствительным элементом является тензорезистор, сопротивление которого зависит от приложенного давления или деформации. Обычно тонкопленочный полупроводниковый тензорезистор приклеивается к упругой мембране манометра. Манометры, рассчитанные на большое давление (0,4 МПа и более) могут не иметь упругой мембраны вообще. В этом случае давление подводится к тензорезисторам. Измерение осуществляется с помощью мостовой измерительной схемы, плечами которой являются тензорезисторы. Тензометрические манометры малогабаритны, имеют высокую точность, просты и надежны в эксплуатации. Предел показаний 0,1-40 МПа, класс точности 1 и 1,5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                         ТЕХНИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ

                        2.1 Назначение

Преобразователи давления (манометры, вакуумметры и мановакуумметры) типа МЭД предназначены для непрерывного преобразования избыточного или вакуумметрического давления в унифицированный выходной сигнал переменного тока, основанный на изменении взаимной индуктивности.

Приборы применяются на неподвижных  объектах (в стационарных условиях) для работы в комплекте со вторичными взаимозаменяемыми дифференциально-трансформаторными приборами, машинами централизованного контроля и другими приемниками информации, способными принимать стандартный сигнал в виде взаимной индуктивности.

Свойство взаимозаменяемости обеспечивает возможность совместной работы вторичного прибора с несколькими приборами при периодическом подключении точек измерения, а также быструю замену вышедшего из строя прибора без тарировки комплекта.

Измеряемыми средами могут служить  жидкости и газы_; не агрессивные по отношению к материалам деталей, соприкасающихся с измеряемой средой:

латуни ЛС59-1; бронзе Бр. 0Ф4-0.25; стали 50ХФА и стали А12 с кадмиевым покрытием.Приборы служат для работы во взрывобезопасных помещениях при температуре окружающего воздуха:от 5 до 50°С и относительной влажности до 80% — для районов с умеренным климатом;от 5 до 35° С и относительной влажности до 80% — для районов с тропическим климатом.

2.2 Технические данные

Таблица   1

Наименование		Верхний предел измерений, кгс/см2		Измеряемая
прибора	Модель	избыточного давления	вакууммет-рического давления	среда
	22364	1; 1,6; 2,5; 4; 6, 10, 16
Манометр	22365	25, 40, 60, 100, 160, 250, 400, 600, 1000, 1600	—	Газ или жидкость
Вакуумметр		—
	22364	0,6; 1,5; 3
Мановакуумметр		5, 9, 15	1	Газ или
	22365	24		жидкость

 

Верхние пределы измерений избыточного  и вакуум-, метрического давления и измеряемые среды указаны в табл. 1.Питание первичной обмотки дифференциально-трансформаторного преобразователя    прибора    осуществляется от вторичного устройства переменным током мА.

Взаимная  индуктивность связана с измеряемым давлением зависимостью:

             M(P) = = M(P) -j + M_oe

    где М(р)—комплексная    взаимная    индуктивность    между 
    первичной и вторичной цепями прибора, мГ; 
    U₂ (p) —напряжение на зажимах вторичной цепи, В;

     I₁— ток первичной цепи, А; 
     — круговая частота, 1/с; 
 М(р)=М_вХ+ΔМ;

 М(р) —взаимная    индуктивность    между   первичной    и вторичной цепями, мГ;

 М_в—номинальное значение  верхнего   предела   взаимной индуктивности, мГ;

  X — относительное значение измеряемого давления;

 

 для манометров:                ;

  

 для вакуумметров:              Х =;

 

 для мановакуумметров:

а) при измерении избыточного давления:

 X = ;

б) при измерении вакуумметрического давления:

                                           X = ;

     Где: Р — измеряемое   избыточное   или   вакуумметрическое

    давление, кгс/см²;

    Р_вак.max — верхний   предел   измерений вакуумметрического

    давления, кгс/см²;

     Р_изб.max — верхний предел измерений избыточного давления, кгс/см²;

    М — погрешность взаимной индуктивности, мГ;

    — измеренное значение угла потерь (угол сдвига фазы сигнала напряжения    

    переменного  тока по отношению к фазе тока питания, сдвинутой на 90°), град;

    М_o — остаточная взаимная индуктивность   между первичной и   вторичной      

    цепями   дифференциально-трансформаторного преобразователя, мГ.

       Электрические параметры приборов   в   зависимости от рабочего хода сердечника   дифференциального   трансформатора и частоты питающего тока указаны в табл. 2.

Таблица 2

Номинальный рабочий   Ход сердечника, мм     .на лsssss     ьный ий ход чника, мм	Частота питающего тока, Гц	Угол потерь, град	Остаточная взаимная индуктивность, мГ i	Модуль  сопротивления цепей, Ом		Аргумент сопротивления    цепей.рад
				первичной	вторичной	первичной	вторичной
S	f		Мо	Z1	Z2	1	2
1,6					500—1100		0—0,2
2,5	50	71,5		90±9	70—400 70—400	0,5 ±0,05
4,0			±0,1		70 - 400
1,6					500—1100		0—0,2
2,5	60	8 ±1,5		10010	70—400	0,6 ±0,06
4,0					70—400

 

Класс точности приборов — 1 и 1,5.

Основная  погрешность приборов Δm не должна выходить за пределы, равные:

±1 % —для приборов класса точности 1;

±1,5% —для приборов класса точности 1,5.

Основная погрешность выражается в процентах верхнего предела  измерений — для манометров и  вакуумметров и суммы абсолютных значений верхних пределов измерений — для мановакуумметров.

Вариация выходного сигнала  приборов не должна превышать абсолютного значения предела допускаемой основ ной погрешности.

   Время установления выходного сигнала, определяемое при скачкообразном изменении измеряемого давления на 100%, не превышает 1 с.

2.3 Устройство и работа

 

Принцип действия приборов основан  на использовании деформации упругого чувствительного элемента при воздействии на него измеряемого давления.

На рис. 1 показан прибор модели 22364 в разрезе.

Упругим чувствительным элементом  прибора служит трубчатая пружина /, которая смонтирована б держателе 5. К держателю 5 привернута планка 10, на которой закреплена катушка 9 дифференциального трансформатора. На держателе смонтированы также постоянное и переменное сопротивления. Катушка закрыта экраном. К держателю подводится измеряемое давление. Держатель прикреплен к корпусу 2 винтами 4. Корпус, отлитый из алюминиевого сплава, закрыт крышкой; на корпусе укреплен штепсельный разъем 3.

Сердечник 8 дифференциального трансформатора связан с подвижным концом трубчатой пружины специальным винтом 6.

При подаче в прибор давления трубчатая  пружина деформируется, что вызывает пропорциональное измеряемому давлению перемещение подвижного конца пружины и связанного с ним сердечника дифференциального трансформатора.

 

Компенсация температурной погрешности, вызванной изменением линейных размеров деталей, осуществлена подбором металлов с определенными коэффициентами линейного расширения.

 

                      

                  

         Рис. 1. Прибор модели 22364 (крышка условно снята)

2.4 Размещение и монтаж

Место установки приборов должно позволять: производить периодическое обслуживание и проверку приборов в условиях объекта.

Кроме того, при определении  места установки прибора необходимо соблюдать следующие условия:

а) соединительные линии проводят от места отбора дав 
ления к прибору по кратчайшему расстоянию, однако длина 
линий должна быть такой, чтобы температура среды, посту 
пающей в прибор, не отличалась от температуры окружающе 
го воздуха. Рекомендуемое расстояние от места отбора давле 
ния до прибора — не более 15 и.

При выборе длины соединительных линий  следует учитывать ее влияние на динамические характеристики прибора;

б) температура воздуха в помещении может находиться 
в пределах от 5 до 50° С;

в) частота вибрации, передаваемой на прибор, не должна 
превышать 25 Гц при амплитуде не более 0,1 мм;

г) место установки должно позволять быстро и удобно 
демонтировать прибор.

Прибор нельзя устанавливать во взрывоопасных помещениях.

Наиболее благоприятные условия  для работы прибора: температура 20^±5°С, относительная влажность до 80%, отсутствие вибрации и ударных сотрясений, окружающая среда не должна быть сильно запыленной.

   Приборы не предназначены для измерения параметров водорода и гелия из-за возможного наводороживания чувствительного элемента, потери прочностных свойств и невозможности обеспечения герметичности системы.

   Электрическая схема соединений прибора и характеристика дифференциального трансформатора приведены на рис. 2.

    Подсоединение прибора к внешним электрическим цепям производится в строгом соответствии с инструкцией по эксплуатации на вторичные приборы или устройства.

    При монтаже для прокладки линии связи рекомендуется применять:

а) кабели контрольные с резиновой и пластмассовой изоляцией по ГОСТ     

1508—71;

б) кабели для сигнализации и блокировки с полиэтиленовой изоляцией в

пластмассовой оболочке по ГОСТ 6436—65.

    Допускается применение других кабелей с сечением жилы 0,75—1,5 мм² при условии, что сопротивление жилы не превышает 5 Ом, а емкость между каждой парой жил — 0,02 мкФ.

    Линия связи, имеющая сопротивление каждой жилы не более 5 Ом и емкость между каждой парой жил не более 0,02 мкФ, не вносит дополнительной погрешности. Для указанных кабелей это соответствует длине линии приблизительно 250 м.

Увеличение  длины линии свыше 250 м вызывает изменение выходного сигнала не более 0,1% на каждые 100 м.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                              ЛИТЕРАТУРА

 

1. Методическое пособие №409 Технологические измерение и приборы
2. Техническое описание и инструкции по эксплуатации преобразователя давления типа МЭД
3. Справочник инженера по контрольно-измерительным приборам и автоматике под ред. А.В. Калиниченко. Инфра-инженирия Москва 2008