Файл: 1. теоретическая часть курсовой работы классификация методов и средств измерения.docx

Рисунок 1.5. 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.
Пружинныепоказывающие манометры (рис. 1.6) выпускаются с верхним пределом измерения от 0,1 МПа (1 кгс/см²) до 103 МПа (104 кгс/см²) в соответствии со стандартным рядом. Пружинные вакуумметры имеют диапазон измерения - 0,1...0 МПа, а мано- вакуумметры при нижнем пределе измерения - 0,1 МПа имеют верхний предел измерения по избыточному давлению от 0,1 до 2,4 МПа.

Образцовые показывающие пружинные манометры имеют класс точности 0,15; 0,25 и 0,4; рабочие 1,5; 2,5; 4, рабочие повышенной точности 0,6 и 1.

Простейший трубчатый манометр(рис. 1.7) имеет полую, изогнутую по дуге трубку, один конец которой присоединён к объёму, где измеряется давление, второй, запаянный конец — к рычагу передаточного механизма. При изменении давления трубка деформируется, перемещение её конца через передаточный механизм сообщается стрелке, которая показывает давление по шкале.


Рисунок 1.6. Пружинный показывающий механический манометр: 1 - одновитковая трубчатая пружина; 2 – держатель; 3 - пробка; 4 - поводок; 5 - зубчатый сектор; 6 – шестерня; 7 – стрелка.


Рис. 1.7. Трубчатый манометр ММ-40: 1 трубка; 2 — рычаг передаточного механизма; 3 — передаточный механизм; 4 — стрелка.
Пределы измерений деформационных манометров охватывают широкий диапазон давлений — от 10 Н/м² до 1000 Н/м² (1— 108 мм вод. ст.).

К достоинствам данных приборов можно отнести:

• 
  большой диапазон измерения (от нескольких паскалей до тысячи мегапаскалей);
  
• 
  простота принципа действия;
  
• 
  компактность конструкции;
  
• 
  удобство в эксплуатации.
  

Группа третья – грузопоршневые(измеряемое и воспроизводимое давление уравновешивается давлением, которое создается массой поршня и грузов).

Наиболее распространены грузопоршневые манометры с простым неуплотнённым поршнем (рисунок 1.8).

---

Пространство под поршнем заполнено маслом, которое под давлением поступает в зазор между поршнем и цилиндром, что обеспечивает смазку трущихся поверхностей. Вращение поршня относительно цилиндра предотвращает появление контактного трения. Давление определяется весом грузов, уравновешивающих его, и площадью сечения поршня. Изменяя вес грузов и площадь сечения поршня, можно в широком диапазоне менять пределы измерений, при этом погрешности наиболее точных эталонных манометров не более 0,002—0,005 %.

Рисунок 1.8. Грузопоршневой манометр МП-60 с простым неуплотнённым поршнем: 1 - грузы; 2 — грузоприёмнаятарелка; 3 - ограничитель; 4 — воронка; 5 — поршень; 6 — цилиндр.
Кроме цилиндрических поршней, применяют сферические и конические поршни. В так называемых колокольных манометрах роль поршня выполняет колокол, а в манометрах типа «кольцевых весов» — плоская перегородка внутри полого кольца.

Поршневые манометры применяют для градуировки и поверки манометров других типов, при точных измерениях и контроле давления с выходом показаний на цифровой счётчик или с передачей их на расстояние.

Основное преимущество поршневых манометров перед жидкостными


заключается в возможности измерения ими больших давлений при сохранении высокой точности. Верхний предел измерения поршневых манометров составляет около 3,5 Гн/м² (3,5·10⁸ мм вод. ст.), при этом высота измерительной установки не превышает 2,5 м (для измерения такого давления ртутным манометром потребовалось бы довести его высоту до 26,5 км).

Группа четвертая– электрические(действие прибора основано на изменении электрических свойств некоторых материалов при давлении). Электрические приборы используются главным образом для специальных целей, например при измерениях сверхвысоких давлений, глубокого вакуума или давлений, пульсирующих с высокой частотой.

Области применения манометров различных типов показаны на рисунок 1.9.

1.4. Измерение уровня жидкостей и сыпучих материалов. Виды уровнемеров

Уровнемеры– это специальные устройства, которые используются для определения уровня жидкостей, порошков и других материалов или сырья в определенных резервуарах, в которых они хранятся

---

, или в рабочей среде. Их называют датчиками (сигнализаторами) или же преобразователями уровня. Однако, в отличие от сигнализатора уровня, который меряет только граничные отметки, уровнемеры применяют для измерения общих градаций полного уровня.

На сегодняшний день существует огромное множество уровнемеров с различными функциями и для различных материалов, уровень которых необходимо измерять и контролировать.

Визуальные– являются наиболее простым видом измерителей уровня (рисунок 1.10). Их работа основана на принципе сообщающихся сосудов (аппарат и трубка), а за уровнем жидкости следят напрямую через водомерное стекло.


Рисунок 1.9. Области применения манометров различных типов.




Рисунок 1.10. Визуальный уровнемер: 1- аппарат; 2 – запорные вентили; 3– указательное стекло (трубка); Н – высота жидкости в трубке, соответствующая ее уровню в аппарате.





Рисунок 1.11. Поплавковые уровнемеры: а – с плавающим поплавком (1- поплавок; 2 – гибкий трос; 3 – уравновешивающий груз; 4 – шкала); б – с тонущим поплавком (1– буек; 2 – рычаг; 3 – штанга; 4 – противовес; 5 – вал; 6 – трубка; 7 – донышко).
Механические уровнемеры– отсчет уровня происходит:

• 
  либо по оценке положения предмета на поверхности жидкости относительно двух точек измерений (поплавковые уровнемеры), рисунок 1.11, а;
  
• 
  либо по оценке уровня жидкости, вытесненной при погружении предмета (закон Архимеда – F_A= ρgV, где ρ – плотность жидкости (газа), g– ускорение свободного падения, а V– объём погружённого тела (буйковые уровнемеры), рисунок 1.11, б.
  

Поплавковые уровнемеры применяют, в основном, при небольшом давлении - до 6,0 МПа и температуре измеряемой жидкости до 300 ^оС. Область измеряемых значений уровня 0,025-20,0 м. Погрешность измерений составляет 1-2 мм.

Буйковые уровнемеры могут работать при значительных давлениях - до 10 МПа. Они в основном применяются для дистанционного измерения уровня жидкости и имеют на выходе унифицирванный электрический или пневматический сигнал. Буйковые уровнемеры могут применяться для измерения уровня жидкости с плотностями от 600 до 2500 кг/м

---

³ при ее температуре от -40 до +400 °С. Класс точности буйковых уровнемеров 1,0 и 1,5.
Гидростатические уровнемеры– принцип измерения основан на измерении гидростатического давления, создаваемого контролируемой жидкостью. Существует большое число разновидностей гидростатических уровнемеров, которые можно разделить на два основных типа: дифманометрические и пневмометрические уровнемеры. Гидростатические уровнемеры применяют для измерения уровня от 0,025 до 6,3 м при температуре контролируемой среды до 600 °С и области изменения давления до 25 МПа. Пределы основной погрешности 1-1,5%.

Пневмометрические уровнемеры применяются для измерения уровня агрессивных жидкостей, в которых гидростатическое давление столба жидкости уравновешивается давлением воздуха или инертного газа, измеряемого дифманометром.

Существенным преимуществом пневмометрических уровнемеров является независимость их показаний от температуры соединений.

Электрические уровнемерыпромышленной специализации делятся на емкостные(рисунок 1.12, а) и омические (рисунок 1.12, б). В них измеряемые значения уровня жидкости преобразуются в соответствующие электрические сигналы.

Акустические уровнемеры– принцип действия основан на измерении времени отражения звуковых колебаний от поверхности раздела газ– контролируемая среда. Разновидностью акустических уровнемеров являются ультразвуковые уровнемеры. Эти приборы позволяют измерять уровень без контакта с контролируемой средой в труднодоступных местах.

Радарные уровнемеры(наиболее современные) – принцип действия основан на измерении времени переотражения от поверхности раздела газ – контролируемая средавысокочастотных радиоволн.

Последний тип уровнемера позволяет производить измерение уровня, как жидкостей, так и сыпучих тел. При этом его можно использовать и при измерении уровня агрессивных сред, например кислот, расплавленной серы, аммиака и т.д.





Рисунок 1.12. Электрические уровнемеры: а– емкостной (1 – сосуд, 2 – электрод, 3 – электронный блок, 4 – реле); б– омический или кондуктометрический (1 – электромагнитное реле, 2 – электрод).

1.5. Приборы для измерения расхода жидкости, газа, пара и тепла. Классификация расходомеров

---

Расход вещества— это масса или объем вещества, проходящего через данное сечение канала средства измерения расхода в единицу времени. Различают объемный (единицы измерения - м³/с или м³/ч) или массовый расход (кг/ч, т/ч).

Измеряется расход вещества с помощью расходомеров, представляющих собой средства измерений или измерительные приборы расхода. Часто расходомеры используют не только для измерения расхода, но и для измерения массы или объема вещества, проходящего через средство измерения в течение любого, произвольно взятого промежутка времени. В этом случае они называются счетчикамиили расходомерами со счетчиками. Масса или объем вещества, прошедшего через счетчик, определяется по разности двух последовательных во времени показаний отсчетного устройства или интегратора.

По принципу измерений расходомеры классифицируют по следующим основным группам:

1. 
   Расходомеры переменного перепада давления (с сужающими устройствами; с гидравлическими сопротивлениями; центробежные; с напорными устройствами; струйные), преобразующие скоростной напор в перепад давления.
   
2. 
   Расходомеры обтекания(расходомеры постоянного перепада — ротаметры, поплавковые, поршневые, гидродинамические), преобразующие скоростной напор в перемещение обтекаемого тела
   
3. 
   Тахометрические расходомеры(турбинные с аксиальной или тангенциальной турбиной; шариковые), преобразующие скорость потока в угловую скорость вращения обтекаемого элемента (лопастей турбинки или шарика).
   
4. 
   Электромагнитные расходомеры, преобразующие скорость движущейся в магнитном поле проводящей жидкости в ЭДС.
   
5. 
   Ультразвуковые расходомеры, основанные на эффекте увлечения звуковых колебаний движущейся средой.
   
6. 
   Инерциальные расходомеры(турбосиловые; кориолисовы; гигроскопический), основанные на инерционном воздействии массы движущейся с линейным или угловым ускорением жидкости.
   
7. 
   Тепловые расходомеры(калориметрические; термомнемометрические), основанные на эффекте переноса тепла движущейся средой от нагретого тела.
   
8. 
   Оптические расходомеры, основанные на эффекте увлечения света движущейся средой (Физо-Френели) или рассеяния света движущимися частицами (Доплера).
   
9. 
   Меточные расходомеры(с тепловыми, ионизационными, магнитными, концентрационными, турбулентными метками), основанные на измерении скорости или состоянии метки при прохождении ее между двумя фиксированными сечениями потока.
   

---