Продукция

На главную » Статьи »

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ДАВЛЕНИЯ, РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ И РАЗРЕЖЕНИЯ

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЙ ДАВЛЕНИЯ, РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ И РАЗРЕЖЕНИЯ

Давление — наиболее распространенный измеряемый параметр. Без измерения давления сжигаемого газа невозможна безопасная работа газотопливного хозяйства. В котельных установках измеряют давление пара в барабане, по которому контролируют эффективность сжигания топлива и теплоотдачи к трубам в топке, а также безопасность работы котельного оборудования, давление перегретого первичного и вторичного пара для определения экономич­ности работы энергоблока, отложений солей на внутренней поверхности трубопроводов. Для оценки работоспособности насосов и вентиляторов измеряют давление питательной воды, пара для эжекторов и продувки форсунок, воздуха после воздухоподогревателя, т. е. во всех напорных линиях трубопроводов, и разрежение дымовых газов в верхней части топки, вакуум в конденсаторе турбины.

Давление как физическая величина определяется в виде энергии вещества (жидкость или газ), отнесенной к единице объема, и является наряду с температурой основным параметром его физического состояния. Воздействие давления вещества на внешний объект проявляется в виде силы F, действующей на единицу площади S, т. е. Р=F/S.

В СИ за единицу давления принят Паскаль (Па). Паскаль давление силы в один Ньютон на площадь в один квадратный метр (Па= 1 Н/м2). Широко применяют кратные единицы кПа и МПа.

При измерениях различают абсолютное, вакуумметрическое и избыточное давления. Под абсолютнымдавлением понимается полное давление, которое равно сумме атмосферного и избыточного Рабс=Р + Ратм. Вакуумметрическое давление ниже атмосферного РВ=Ратм — Рабс

Приборы давления в зависимости от измеряемой величины разделяют на манометры (для измерения избыточного или абсолютного давления), барометры (для измерения атмосферного давления), вакуумметры (для измерения вакуумметрического давления).манометр образцовый с трубчатой пружиной

Манометры, предназначенные для измерения малых избыточных давлений (до 40 кПа), называют напоромерами, а предназначенные для измерения малых вакуумметрических давлений (до 40 кПа) — тягомерами. Приборы давления, которые имеют двустороннюю шкалу с пределами измерения ±20 кПа, называют тягонапоромерами (значение нуль на шкале соответствует атмосферному давлению). Для измерения разности давлений используют дифференциальные манометры (дифманометры).

По принципу действия чувствительного элемента приборы для измерения давления разделяют на жидкостные, деформационные, грузопоршневые и электрические. В качестве образцовых, по которым осуществляется поверка рабочих приборов, применяют грузопоршневые манометры.

Передача сигнала, получаемого от чувствительного элемента первичного преобразователя к вторичным автоматическим приборам, осуществляется либо механически в показывающих приборах, либо с помощью преобразователей дифференциально-трансформаторных, ферродинамических, с магнитной или силовой компенсацией и тензопреобразователей «Сапфир».

Жидкостные приборы давления

В жидкостных приборах давления измеряемая величина компенсируется столбом жидкости, отнесенным к единице его поперечного сечения. В основу действия таких приборов положен метод сообщающихся сосудов. Жидкостные приборы давления используют в качестве манометров для измерения давления неагрессивных газов вплоть до 0,1 МПа, тягомеров для измерения разрежения Рв до 7000 Па, вакуумметров для измерения вакуума Рвдо 0,1 МПа и дифференциальных манометров для измерения раз­ности давлений неагрессивных жидкостей, паров и газов до 0,07 МПа. Их применяют в качестве приборов, устанавливаемых по месту эксплуатации отдельных узлов оборудования или на площадках об­служивания, а также в качестве образцовых при поверке рабочих приборов, рассчитанных на те же диапазоны измерения давления, разрежения или разности давлений.

Прибор представляет собой изогнутую стеклянную трубку 1, заполненную до половины жидкостью 3 (вода, ртуть). Трубку закрепляют по отвесу вертикально на твердом основании и по ее высоте наносят шкалу 2 в миллиметрах. Измеряемая величина уравновешивается и определяется столбом h рабочей жидкости, равным сумме столбов h1и h2 в обоих коленах трубки. При измерении давления или разрежения один конец трубки оставляют открытым, а другой соединяют с объектом измерения, а при измерении разности давлений к обоим концам трубки подводят измеряемые давления.

Результат измерения давления обычно выражается в миллиметрах водяного или ртутного столба. Для получения давления в Паскалях используют формулу Р=hgr, где g — местное ускорение свободного падения; r — плотность рабочей жидкости.

При измерении давления U-образным манометром возможны погрешности: из-за отклонения значений ускорения gи плотности р от расчетных; ошибок в считывании показаний h1и h2вследствие неправильного нанесения шкалы 2; неравномерности температурногорасширения шкалы, стекла и рабочей жидкости.

Схема чашечного (однотрубного) манометра показана на рис. 1, б. Одна из трубок заменена широким сосудом 8, сообщающимся с измерительной стеклянной трубкой 1. Площадь сечения сосуда значительно больше, чем площадь сечения измерительной трубки.

При измерении давления или разности давлений большее из них подается в сосуд, а меньшее — в измерительную трубку.

Под действием измеряемого давления жидкость в трубке поднимается на высоту h1, a в сосуде опускается на h2, при этом высота столба жидкости, соответствующего измеряемой величине, равна сумме h1и h2. Однако, если отношение площадей поперечных сечений сосуда и трубки, боль­ше 400, величиной h2(изменением уровня в сосуде) можно пренебречь и отсчет вести только по уровню жидкости в трубке.

В этом случае ошибка считывания показаний по сравнению с U-образными приборами уменьшается в 2 раза, а остальные ошибки измерения давления те же, что и для U-образных приборов.

При измерении малых давлений, разрежений или разностей давлений применяют однотрубные микроманометры ММН с наклонной измерительной трубкой (рис. 1, б), которые являются более точными (класс точности 0,5 или 1), чем другие приборы, и применяются в лабораториях и промышленных условиях при испытаниях оборудования.

Показания микроманометра при измерениях определя­ют по длине столбика lрабочей жидкости трубки 1, имеющей угол наклона a. При этом жидкость поднимается на высоту h1=lsinα. Если прибор заполнен жидкостью с плотностью, указанной на нем, то давление в Паскалях P=lK=lpsina (где К — постоянное значение прибора). Прибор ММН рассчитан на пять диапазонов измерения (О — 0,5; 0—0,75; О— 1; 0—1,5 и 0 — 2 кПа), которым соответствует определенное значение К, указанное рядом с отверстиями на установочной дуге 4. Прибор снабжен уровнем 7 и установочными винтами 5 и 6. Для установки на шкале нулевого значения давления в сосуде 8 имеется вытеснитель 9. Наклонная трубка 1 фиксируется с помощью дуги 4.

Разновидностью однотрубных манометров являются поплавковые дифманометры ДП. В отличие от рассмотренных выше приборов в широком сосуде дифманометра, куда подается большее давление, находится поплавок, который перемещается, следуя за изменением уровня рабочей жидкости. Основной недостаток этих приборов — необходимость передачи перемещений поплавка, расположенного внутри сосуда высокого давления, к отсчетному устройству.

В качестве образцовых или лабораторных средств изме­рений давления в диапазоне от 10-1 до 1023 Па используют грузопоршневые манометры МП (классов точности 0,02; 0,05), которые также работают по методу сообщающихся сосудов. Измеряемое давление в них уравновешивается силой тяжести поршня с грузами.

Высокая точность воспроизведения и измерения давления в этих манометрах определяется высокой точностью заданной массы грузов и площади поперечного сечения поршня.

Принцип действия барометров основан на уравновешивании атмосферного давления давлением ртутного столба, заключенного в барометрической: трубке. Погрешность считывания в этих приборах не превышает ±0,1 мм.

Приборы для измерения давления и разности давлений с упругой деформацией чувствительных элементов

Приборы для измерения давления, основанные на упругой деформации чувствительных элементов под действием измеряемой величины, широко применяют в диапазоне от 50 Па до 1000 МПа. Деформация или сила, пропорциональная давлению, преобразуется в показания прибора или в изменения выходного сигнала. Такие приборы изготовляют в виде тягомеров, напоромеров, манометров и _вакуумметров.

Рис. 2. Упругие чувствительные элементы приборов для изменения давления (а, б — мембраны, в — мембранная коробка, г — сильфон, д — трубчатая пружина) и их статические характеристики (е)

В качестве упругих чувствительных элементов приборов для измерения давления применяют мембраны (рис. 2, а, б), мембранные коробки (рис. 2, в), сильфоны (рис. 2, г), трубчатые пружины (рис. 2, д). Мембраны, мембранные коробки и сильфоны используют также и в дифманометрах.

Чувствительный элемент прибора характеризуется зависимостью перемещения его рабочей точки ΔХ от действующего давления или разности давлений Р(рис. 2, е). Обычно эту зависимость в приборе стремятся получить линейной, для чего используют прочные сплавы цветных металлов с высоким модулем упругости. С ростом измеряемого давления упругие деформации перейдут в пластические и зависимость ΔХот Рстанет нелинейной. При эксплуатации приборов давления зона упругих деформаций может уменьшиться из-за повышения температуры окружающей среды, поэтому первичные приборы приходится размещать вдали от горячих объектов. Кроме того, с течением времени из-за циклических нагрузок под действием давления упругие свойства чувствительных элементов утрачиваются и накапливаются пластические деформации. Таким образом, оба эти фактора отрицательно влияют на надежность чувствительных элементов приборов давления, что необходимо учитывать при их эксплуатации.

Рассмотрим подробнее приборы для, измерения давления с различными упругими чувствительными элементами. Манометры с трубчатой пружиной в большинстве случаев являются приборами, в которых измеряемое давление последовательно преобразуется в перемещение незакрепленного конца пружины и связанного с ним показывающего, регистрирующего, сигнализирующего устройства (в первичных приборах) или преобразователем давления в унифицированный электрический сигнал (в схемах дистанционной передачи сигналов вторичному прибору).

В настоящее время выпускают показывающие и самопишущие манометры с одновитковой (МТ, МП) трубчатой пружиной. Верхний предел измеряемого давления определяется стандартным рядом (0,6; 1; 1,6; 2,5; 4)-10n МПа, где п= —1; 0; 1; 2; 3. Пружинные ваку­умметры имеют диапазон измерения от —0,1 до 0 МПа.

Принцип действия манометров с трубчатой пружиной показан на рис. 3, где изображен манометр МТ. Чувствительный элемент манометра выполнен в виде полой одновитковой трубчатой пружины 3, центральная ось которой представляет собой дугу окружности с углом 200—270°. Один конец пружины, в который через радиальный штуцер 5 поступает давление, закреплен, а второй (закрытый) может перемещаться. Сечение трубчатых пружин может быть в виде эллипсоида (пружина Бурдона) или плоскоовальное.

При подаче в трубку давления сечение деформируется (пунктирные линии см. на рис. 2, д) и пружина стремится распрямиться, перемещаясь в направлении величины ΔХ. Ее чувствительность тем больше, чем больше радиус кривизны Rи чем меньше толщина стенки сечения δ.

Трубчато-пружинные манометры МЭД выпускают с дифференциально-трансформаторными преобразователями, встроенными в корпус прибора. Другие манометры МПЭ выпускают с преобразователями магнитной или силовой компенсации. Верхние пределы измерений давления этих манометров от 4 до 60 МПа и от 4 до 100 МПа.

В пружинных манометрах применяют также пневматические преобразователи, позволяющие получать на выходе унифицированный сигнал по давлению воздуха.

Рис. 3. Устройство манометра с одновитковой пружиной:

1 — стрелка, 2,3 — пружины, 4 - поводок,   5 — штуцер

Такие манометры типа МП-П выпускают на те же пределы измерений, что и МПЭ. Для сигнализации предельных отклонений давления в цепях защиты и позиционного регулирования служат электроконтактные манометры (ЭКМ), в которых дополнительно введены стрелки с электроконтактами, устанавливаемыми напротив сигнализируемого значения давления. Показывающая стрелка также, имеет контакт. При ее совмещении с любой дополнительной стрелкой возникает электрический сигнал.

Разновидностью приборов для измерения давления с упругой пружиной в качестве чувствительного элемента являются колокольные дифманометры, предназначенные для дистанционного измерения разности давлений, избыточного и вакуумметрического давлений.

В другой группе приборов для измерения давления чувствительные элементы выполняют в виде сильфона.

Сильфон (см. рис. 2, г) представляет собой тонкостенную трубку с кольцевыми гофрами на боковой поверхности. Его упругость определяется материалом и толщиной стенки, числом гофр и их кривизной. Первичные приборы с сильфоном выпускаются показывающими (индекс «П») и самопишущими (индекс «С»). Поскольку сильфоны более чувствительны к изменению давления, чем трубчатые пружины, приборы с ними применяют для измерения сравнительно небольших разрежений и давлений.

Самыми разнообразными по конструкции чувствитель­ных элементов являются приборы с мембранными элементами. Плоская мембрана (см. рис. 42, а) представляет собой гибкую пластину, закрепленную по окружности. При подаче давления в одну из камер, разделенных мембраной, центр ее окружности перемещается на величину, ΔХ. Статическая характеристика плоской мембраны имеет нелинейный вид, поэтому такие мембраны в приборах давления неиспользуют. Для линеаризации статической характеристики применяют гофрированные мембраны (см. рис. 2, б)и мембранные коробки (см. рис. 2, в). Чаще всего используют мембранные коробки, жесткость которых меньше чем жесткость отдельной мембраны. Это приводит к росту крутизны статической характеристики и увеличению зоны перемещений, пропорциональных приложенному давлению.

Мембранные чувствительные элементы имеют статическую характеристику зависимости (ΔХ от Р) более крутую, чем сильфоны, что позволяет широко использовать их для измерения малых напоров и разрежений.

Электрические манометры

В отличие от первичных приборов давления и приборов со встроенными преобразователями (давление — перемещение — унифицированный электрический сигнал) существуют электрические приборы давления, в чувствительных элементах которых происходит прямое преобразование давления в электрический измерительный сигнал.

Рассмотрим электрические манометры, принцип действия которых основан на зависимости электрического сопротивления веществ от измеряемого давления. Их называют тензопреобразователями. Тензопреобразователи изготовляют из полупроводников, константана, платины, сплавов меди и никеля. В приборах давления их используют в качестве чувствительных элементов, механически соединенных с мембраной или пружиной прибора, которая деформируется под действием измеряемого давления. 

В промышленности получили распространение приборы для измерения давления «Сапфир» (рис. 5, а), в которых в качестве чувствительного элемента служитсапфировая мембрана с напылёнными полупроводниковыми сопротивлениями. Тензопреобразователи из полупроводников по сравнению с металлическими обладают большей чувствительностью, малыми размерами и массой. Измерительная схема приборов «Сапфир» (рис. 5, 6) представляет собой электрический мост, в плечи которого установлены теизопреобразователи 3, располагаемые симметрично на мембране 2, воспринимающей измеряемое давление. Сигнал небаланса моста усиливается, и на выходе преобразователя 1 (рис. 5, а) получается унифицированный токовый сигнал (0-5 мА при сопротивлении нагрузки до 2,5 кОм). Приборы «Сапфир» выпускают следующих модификаций: манометры ДА, вакуумметры ДВ, дифманометры ДИ.

Для измерения высоких давлений (до 1000 МПа) применяют тензопреобразоеатели из манганина. В приборах для измерения Давления чувствительные элементы из этого материала выполняют в виде катушек. Сопротивления катушек под давлением определяют с помощью мостовых измерительных схем, а при необходимости точных измерений — потенциометрами.

Недостатками приборов «Сапфир» являются необходимость индивидуальной градуировки и зависимость показаний прибора от температуры измеряемого объекта. Из-за последнего недостатка приходится вводить в измерительную схему приборов с тензопреобразователями устройства термокомпенсации.

Принцип действия других электрических приборов для измерения давления основан на использовании пьезоэлектрического эффекта. Эффект связан с появлением электростатических зарядов на гранях кристаллов кварца при их деформации вдоль оси перпендикулярно этим граням. Кристаллы выполняют в виде двух пластин, механически соединенных с мембраной, на которую воздействует измеряемое давление. Пьезокварцевые манометры позволяют измерять давление до 100 МПа и широко применяются при измерении циклически меняющихся давлений большой частоты. Чувствительность таких преобразователей можно повысить, используя большее количество кварцевых пластин, увеличивая активную площадь мембраны или удлиняя пластину.

Недостатками пьезокварцевых манометров является низкая точность измерения статического давления из-за утечки электрического заряда, а достоинством их — низкая температурная погрешность.

Методика измерения давления в рабочих условиях

Метод и средства измерений давления выбирают в зависимости от требуемой точности, условий проведения измерений, диапазона измеряемых давлений, способов отбора давления и его подвода к измерительным приборам.

Исходя из надежности работы приборов, конечное значение их шкалы выбирают таким, чтобы оно превышало измеряемую величину при стабильном давлении в 1,5 раза, а при колеблющемся — в 2 раза. В обоих случаях минимальное измеряемое давление должно быть не меньше 1/3 диапазона шкалы прибора.

Показания манометров с упругими чувствительными элементами зависят от температуры, поэтому их устанавливают так, чтобы исключить влияние температуры измеряемой и окружающей среды. Дополнительная погрешность этих манометров составляет 0,4% на каждые 10°С.

Место отбора давления в жидких средах не рекомендуется выбирать в нижних и верхних точках трубопроводов (во избежание попадания шламов, взвесей и газов в импульсные линии, передающие измеряемый сигнал по давлению от отборного устройства к первичному прибору), а в газовых средах — в нижних точках (во избежание попадания влаги в импульсные линии). Длина импульсных линий не должна превышать 50 м, так как с ее ростом увеличивается запаздывание (инерционность) в показаниях приборов для измерения давления, при этом внутренний диаметр линий должен быть от 6 до 15 мм. Необходимо, чтобы устройства отбора давления не вызывали возмущения течения среды, т. е. края отверстий в стенках трубопроводов не выступали в ее поток.

Давление на важных, с точки зрения надежной эксплуатации, технологических участках (давление питательной воды, перегретого пара) измеряют первичными манометрами, снабженными передающими преобразователями ко вторичным приборам, расположенным на БЩУ. Для контроля давления различных сред в вспомогательных объектах применяют показывающие манометры прямого действия, устанавливаемые по месту или на местном щите управления в удобных для монтажа и обслуживания пунктах, не подверженных действию вибраций, высокой температуры, агрессивных газов, водяных паров. Для показывающих манометров устанавливаются следующие рабочие условия эксплуатации: температура окружающей среды t=5 ¸ 50°С, влажность от 30 до 80%; рабочее положение приборов вертикальное, штуцером вниз. Приборы для измерения давления с дистанционной передачей измерительных сигналов должны быть удалены от источников магнитных полей (электродвигателей, трансформаторов).

Рассмотрим схемы установки манометров для измерения давления газов, жидкостей и пара. Схема установки манометра на трубопроводах с паром или питательной водой (p=10 ¸ 40 МПа, t>70°C) показана на рис. 6, а. Для обеспечения продувки импульсной линии 4, подключения контрольного манометра, включения и отключения рабочего манометра 1 используют трехходовой вентиль 2. Для предохранения манометра от действия горячей среды на импульсной линии устанавливают кольцо 3, в котором происходит конденсация пара и охлаждение его до температуры окружающей среды. Для ремонта импульсной линии предусмотрен запорный вентиль 5. Если манометр устанавливают на расстоянии от трубопровода более 5 м, кольцо 8 не ставят (рис. 6, б).

Приборы для измерения давления лучше всего размещать так, чтобы на них дополнительно не действовало давление столба жидкости в линии, иначе в показания манометра вводится указываемая на приборе поправка со зна­ком «+» (если манометр расположен выше места отбора давления) и «—» (если прибор расположен ниже). При температуре среды более 25°С также вводится поправка к показаниям на каждые 10°С. При измерении пульсирующего давления (например, в напорной линии насосов) для его сглаживания перед манометром устанавливают дроссель.

В котлоагрегатах необходимо контролировать близкое к атмосферному давление газовых сред в топке, газоходах, воздухопроводах. С этой целью используют тягомеры, напоромеры или тягонапоромеры.

Для измерения напора в газовоздухопроводах используют схему подсоединений импульсных линий к первичному прибору 1 (рис. 7). Из газовоздухопровода 4 спомощью отборного устройства 5 давле­ние по импульсной трубке 3 подается к крану-переключателю 2, который обеспечивает подключение к одному прибору 1 нескольких импульсных линий. Отборные устройства 5, устанавливаемые в местах с небольшими скоростями газа, должны иметь на конце срез, параллельный направлению потока и выполненный заподлицо с внутренней поверхностью стенки трубопровода. При измерении давления влажного газа соединительная линия должна иметь уклон в сторону отборного устройства. Если это невозможно, в низких точках линии устанавливают конденсатосборники. В верхней части горизонтальных и наклонных участков газовоздухопроводов размещают отборные устройства. 

Рис. 7. Схема подсоединений импульсных линий к объекту при измерении в нем давления газа напоромером или тягомером

При измерении разрежения в топке котла учитывают наличие пульсаций. Для обеспечения нормальной работы упругих элементов приборов необходимо устанавливать в им­пульсных линиях пневматические дроссели.

Отборные устройства и импульсные линии для устраненения пыли и влаги периодически продувают сжатым воздухом под давлением 0,1—0,3 МПа.

Вакуумметр присоединяют к конденсатору турбины так, чтобы на результаты измерения не влиялскоростной напор отработавшего пара. Образование влаги в импульсных линиях также может сильно исказить показания прибора. Поэтому эти линии прокладывают без перегибов, с уклоном не менее 10° и с установкой конденсатоотводчиков. Все места соединений тщательно уплотняют.

При измерениях давления в трубопроводах 1 агрессивных сред, а также сред, застывающих при обычных температурах воздуха (например, мазут), в местах отбора давления размещают мембранные или жидкостные разделительные сосуды (рис. 8, а, б).

В мембранном разделительном сосуде 2 внутреннюю полость пружины манометра 3 и пространство до мембраны заполняют специальной жидкостью, при этом жесткость мембраны разделительного сосуда должна быть намного меньше жесткости чувствительного элемента прибора. Мембранные разделители вносят в показания прибора дополнительную погрешность около 1 %.

 В жидкостных разделительных сосудах применяют нейтральную жидкость, контактирующую с пружиной манометра и с агрессивной средой, давление которой измеряют, при этом плотность жидкости должна существенно отличаться от плотности измеряемой среды.

Показания манометров обеспечивают не только экономичную, но и безопасную работу энергетического оборудования, поэтому рабочие средства измерений давления подвергают периодическим поверкам образцовыми грузопоршневыми манометрами.

 

Получить информацию о товарах, доставке и о способах оплаты вы можете по тел.: 8 (800) 775-80-95
или по E-mail: urteks@bk.ru