Контрольная работа: Датчики гидравлических механизмов
Расходомеры переменного перепада давлений. Действие этих расходомеров основано на возникновении перепада давлений на сужающем устройстве в трубопроводе при движении через него потока жидкости или газа. При изменении расхода Q величина этого перепада давлений Ар также изменяется.
Наиболее простым и распространенным сужающим устройством является диафрагма (рис. 3, а). Стандартная диафрагма представляет собой тонкий диск с круглым отверстием в центре. От стойкости диафрагмы и особенно входной кромки ее отверстия существенно зависит точность измерения расхода. Поэтому диафрагмы изготовляют из материалов, химически стойких к измеряемой среде и устойчивых против механического износа. Кроме диафрагмы в качестве сужающих устройств применяют также сопло Вентури (рис. 3 б), трубу Вентури (рис. 3, в), которые создают меньшее гидравлическое сопротивление в трубопроводе.
Сужающее устройство расходомера переменного перепада давлений является первичным преобразователем, в котором расход преобразуется в перепад давлений.
Промежуточными преобразователями для расходомеров переменного перепада давлений служат дифманометры. Дифманометры связаны с сужающим устройством импульсными трубками и устанавливаются в непосредственной близости от него. Поэтому в расходомерах переменного перепада давлений обычно используют дифманометры, снабженные промежуточным преобразователем для передачи результатов измерений на щит оператора (например, мембранные дифманометры ДМ).
Так же как при измерении давления и уровня, для защиты дифманометров от агрессивного воздействия измеряемой среды применяют разделительные сосуды и мембранные разделители.
Особенностью первичных преобразователей расходомеров переменного перепада давлений является квадратичная зависимость перепада давлений от величины расхода. Чтобы показания измерительного прибора расходомера линейно зависели от расхода, в измерительную цепь расходомеров переменного перепада давлений вводят линеаризующий преобразователь. Таким преобразователем служит, например, блок линеаризации в промежуточном преобразователе. При непосредственной связи дифманометра с измерительным прибором линеаризация производится в самом приборе с помощью лекала с квадратичной характеристикой.
Расходомеры постоянного перепада давлений. Расход жидкости или газа можно измерять и при постоянном перепаде давлений. Для сохранения постоянного перепада давлений при изменении расхода через сужающее устройство необходимо автоматически изменять на соответствующую величину площадь его проходного сечения. Наиболее простой способ - автоматическое изменение площади проходного сечения в ротаметре (рис. 4).
Ротаметр (рисунок 4 )представляет собой вертикальную конусную трубку 2, в которой находится поплавок. Измеряемый поток Q, проходя через ротаметр снизу вверх, создает перепад давлений до и после поплавка. Этот перепад давлений, в свою очередь, создает подъемную силу, которая уравновешивает вес поплавка.
Если расход через ротаметр изменится, то изменится и перепад давлений. Это приведет к изменению подъемной силы и, следовательно, к нарушению равновесия поплавка. Поплавок начнет перемещаться. А так как трубка 2 ротаметра конусная, то при этом будет изменяться
площадь проходного сечения в зазоре между поплавком и трубкой. В результате, произойдет изменение перепада давлений, а следовательно, и подъемной силы. Когда перепад давлений и подъемная сила снова вернутся к прежним значениям, поплавок уравновесится и остановится.
Рисунок 4 – Ротаметр - 1 – поплавок, 2 – конусная трубка. 3 - шкала
Таким образом, каждому значению расхода через ротаметр Q соответствует определенное положение поплавка. Так как для конусной трубки площадь кольцевого зазора между ней и поплавком пропорциональна высоте его подъема, то шкала ротаметра получается равномерной.
Промышленность выпускает ротаметры со стеклянными и металлическими трубками. У ротаметров со стеклянной трубкой РМ шкала нанесена прямо на поверхности трубки. Такие ротаметры могут применяться при давлении в трубопроводе до 6-105 Па.
Для дистанционного измерения положения поплавка в металлической трубке используют промежуточные преобразователи линейного перемещения в унифицированный электрический или пневматический сигнал. В ротаметрах с электрическим выходным сигналом (например, РЭД) поплавок соединен с сердечником дифференциально-трансформаторного преобразователя. В ротаметрах с пневматическим выходным сигналом (например, РПД) для передачи положения поплавка промежуточному преобразователю используется магнитная муфта.
Выпускаются также ротаметры РПФ для измерения расхода сильноагрессивных сред. У таких ротаметров все детали, соприкасающиеся с измеряемой средой, изготовлены из фторопласта-4. Ротаметры PПO оборудованы паровым обогревом. Они предназначены для измерения расхода кристаллизующихся сред.
Расходомеры переменного уровня. Из гидравлики известно, что если жидкость свободно вытекает через отверстие в дне бака, го ее расход Q н уровень в баке Н связаны между собой. Следовательно, по уровню в баке можно судить о расходе из него.
На этом принципе основано действие расходомеров переменного уровня (рисунок 5). Очевидно, что роль первичного преобразователя здесь выполняет сам бак с отверстием 2 в дне. Выходной сигнал такого преобразователя-уровень в баке. Поэтому промежуточным преобразователем измерительной цепи расходомера переменного уровня может служить любой из рассмотренных уровнемеров.
Рисунок 5 – Расходомер переменного уровня, 1 – бак, 2 – отверстие.
Рисунок 6 – Индукционный расходомер: 1 – трудопровод, 2 – электромагнит, 3 – магнитные силовые линии, 4,6 – электроды, 5 –измерительный блок, 7 – слой электроизоляции
Расходомеры переменного уровня обычно используют для измерения расхода агрессивных и загрязненных жидкостей при сливе их в емкости, находящиеся под атмосферным давлением.
Индукционные расходомеры. Действие индукционных расходомеров основано на законе электромагнитной индукции, согласно которому в проводнике, движущемся магнитном поле, будет наводиться э.д.с, пропорциональная скорости движения проводника. В индукционных расходомерах (рис. 6) роль проводника выполняет электропроводная жидкость, протекающая по трубопроводу 1 и пересекающая магнитное поле 3 электромагнита 2. При этом в жидкости будет наводиться э. д. с. U, пропорциональная скорости ее движения, т. е. расходу жидкости.
Выходной сигнал такого первичного преобразователя принимается двумя изолированными электродами 4 и 6, установленными в стенке трубопровода. Участок трубопровода по обе стороны от электродов покрывают электроизоляцией 7, чтобы исключить шунтирование наводимой э.д.с. через жидкость и стенку трубопровода.
В расходомерах ИР-11 и ИР-51 измерительная схема, выполненная в виде отдельного блока 5, преобразут наводимую э.д.с. U в унифицированный токовый сигнал i.
Расстояние между первичным преобразователем и измерительным блоком не должно превышать 100 м при электропроводности измеряемой среды до 5*102 См/м и 10 м при электропроводности среды до 10-3 См/м. Сопротивление нагрузки не должно превышать 2,4 кОм.
Степень агрессивности измеряемых сред для индукционных расходомеров определяется материалом изоляции трубы и электродов первичного преобразователя. № расходомерах ИР для этой цели используют резину, кислотостойкую эмаль и фторопласт. Наиболее стойким к воздействию агрессивных сред является расходомер с фторопластовым изоляционным покрытием и электродами из графитизированного фторопласта.
В процессе эксплуатации расходомеров ИР периодически, не реже одного раза в неделю должны проверяться нуль и градуировка прибора. Для проверки первичный преобразователь заполняют измеряемой жидкостью. После этого переключатель режима работы на передней панели измерительного блока переводится в положение «Измерение» и потенциометром «Нуль» стрелку измерительного прибора устанавливают на нулевую отметку. При переводе переключателя в положение «Калибровка» стрелка прибора должна остановиться на отметке 100%. В противном случае стрелку выводят на эту отметку потенциометром «Калибровка».
Литература 1. ??????????? ?.?. ?????? ?????????? .-?..1987.-?.212. ??????? ?.?., ???????? ?.?. ?????????? ? ????????????? ??????? ? ??????????. ? ?.,1980.-?.110