Практическое занятие № 6.

1.Тема: «Измерения химико-технологического процесса. Автоматизация типовых процессов ХТ»

2.Наименование работы: «Изучение устройств для измерения давления»

Цель работы:

- изучение принципа действия и конструкции деформационных чувствительных элементов и поверка трубчатого манометра.

4. Норма времени: 2 аудиторных часа.

5.Техника безопасности: Соответствует технике безопасности при работе в кабинете химии.

Содержание работы и последовательность выполнения.

Теоретические основы измерения давления

В международной системе единиц за единицу давления принят Паскаль (Па) - давление, которое испытывает 1 м² плоской поверхности под действием равномерно распределенной, перпендикулярной к этой поверхности силы в 1 Н. (1 кг*с/см² ~ 1*10^-5 Па)

Наиболее распространенными средствами измерения давления являются манометры (рис. 1).

Рис. 1 Общий вид манометра.

В качестве упругих деформационных чувствительных элементов в приборах давления используются мембраны, мембранные коробки, сильфоны и трубчатые пружины (рис. 2).

Плоские мембраны (рис. 2а), изготавливаемые из стали и бронзы, представляют собой круглые тонкостенные пластины постоянной толщины. Под действием измеряемого давления Р_изм мембранная пластина прогибается. Приборы этого типа обладают малой инерционностью и позволяют измерять переменное давление с частотой до сотен герц. Прогиб мембраны дифференциально-трансформаторным преобразователем (ДТП) преобразуется в электрический сигнал U_вых.

Гофрировка поверхности мембраны в виде кольцевых волн значительно повышает ее надежность и спрямляет характеристику мембраны. В дифманометрах применяются мембранные коробки образованные двумя спаянными гофрированными мембранами (рис. 2б).

В приборах давления, измеряющих малые давления и разность давлений (тягомерах, дифманометрах) применяют неметаллические (вялые) мембраны (рис. 2в). Эти мембраны изготовляют из специальной сетчатой ткани (капрона, шелка), покрытой бензомаслостойкой резиной или пластмассой. Характеристики вялых мембран снимают экспериментально, т. к. рассчитать их не удается. Для повышения жесткости вялых мембран применяют пружины.

Рис. 2. Чувствительные элементы манометров: а) плоские мембраны, б) гофрированные мембраны, в) неметаллические мембраны; г) сильфон; д) трубчатые пружины; е) пружины Бурдона эллиптического сечения; ж, з) пружины Бурдона плоскоовального сечения; и) одновитковые трубчатые пружины с эксцентричным каналом.

Сильфон представляет собой тонкостенную трубку с поперечной гофрировкой (рис. 2г). Сильфоны применяют в приборах для измерения вакууметрического давления до 1кг*с/см² (0,1 МПа), избыточного давления до 600 кг*с/см² и разности давлений до 2,5 кг*с/см² (0,25 МПа). При работе на сжатие сильфоны выдерживают давление в 1,5 – 2 раза больше, чем при воздействии давления изнутри. Статическая характеристика сильфонов линейна в небольших диапазонах перемещений.

Трубчатые пружины чаще всего выполняются в виде одновитковых, центральная ось которых представляет собой дугу окружности с центральным углом, равным 200 – 2700 (рис. 2д). Наиболее широкое применение получили пружины Бурдона эллиптического (рис. 2е) и плоскоовального (рис. 2 ж, з) сечения. Большая ось 2а поперечного сечения расположена перпендикулярно радиусу кривизны R_к центральной оси (среднему радиусу) пружины. Один конец пружины Бурдона закрепляется неподвижно, а другой - свободный, закрытый пробкой и запаянный - соединяют с механизмом прибора, - стрелочным указателем или преобразователем.

Тонкостенные пружины Бурдона (рис. 2е) применяют в приборах для измерения вакууметрического давления до 1 кг*с/см² (0,1 МПа) и избыточного давления до 60 кг*с/см² (6 МПа). Для измерения избыточного давления до 200 – 1600 кг*с/см² (20-160 МПа) применяют толстостенные пружины овального сечения (рис. 2ж). Для измерения сверхвысокого давления до 10000 кг*с/см² (1000 МПа) и выше применяют одновитковые трубчатые пружины с эксцентричным каналом (рис. 2и).

Под действием измеряемого давления Р_изм пружина Бурдона деформируется в поперечном сечении, принимая форму, изображенную на рис. е пунктиром. Продольные волокна элемента пружин растягиваются наиболее значительно у малой полуоси. В продольных волокнах наружного радиуса трубки Бурдона будет возникать растяжение, а в волокнах внутреннего радиуса - сжатие. Вследствие того, что волокна, стремятся сохранить свою первоначальную длину, трубка Бурдона будет разгибаться. При этом свободный конец трубки совершит некоторое линейное перемещение.

Для изготовления мембран, сильфонов и трубчатых пружин необходим материал с высокой упругостью, антикоррозийностью, малой зависимостью параметров от изменения температуры, который также должен хорошо поддаваться технологической обработке, пайке и сварке. Указанным требованиям отвечают бронза, латунь и хромоникелевые сплавы.

Конструкция и принцип действия пружинного манометра

Основным элементом пружинного манометра является изогнутая полая трубчатая пружина плоской формы (рис. 3). Один конец пружины, в которую поступает измеряемое давление, закреплен неподвижно в держателе, второй (закрытый) – может перемещаться. В трубчатой пружине изначально настраивается определенное давление, после чего можно производить измерения. В трубчатую пружину 1, через штуцер и держатель 2 поступает избыточное давление и она начинает изгибаться, приводя в движение тягу 4, которая в свою очередь перемещает ось 5, тем самым приводя в движение индикаторную стрелку 6, которая показывает соответствующее значение давления.

Рис. 21 – Конструкция пружинного манометра: 1 – трубчатая пружина; 2 – держатель; 3 – хомутик; 4 – тяга; 5 - ось с зубьями; 6 – винт; 7 – стрелка.

7. Содержание отчета:

Сделать выводы о проделанной работе.

8. Контрольные вопросы:

1. Что такое давление?

2. От каких факторов зависит давление? Какие разновидности манометров бывают?

9. Литература:

1. Егоров В.П. Общая химическая технология.-М.: Химия, 1983.

Критерии оценок