Оснач О.Ф. Товарознавство. Промислове обладнання, прилади, інструменти
Подождите немного. Документ загружается.
271
Розділ 7. Засоби промислової автоматики
ого середовища, то дзвін підніметься на висоту, яка і є безпосе
редньою мірою підведеного надлишкового тиску.
Більш широко у техніці застосовуються деформаційні ма$
нометри, принцип дії яких заснований на деформації пружно
го чутливого елемента, що виникає під впливом вимірюваного
тиску. Пружна деталь зв’язана з відліковим пристроєм, програ
дуйованим безпосередньо в одиницях тиску. За видом пруж
ного елемента розрізняють пружинні, мембранні і сильфонні
манометри. У пружинних манометрах пружною деталлю є ме
талева трубка овального перетину (пружина). Трубка вигнута
по окружності і вільний кінець її закритий. Інший кінець труб
ки (закріплений нерухомо) з’єднаний з вимірюваним надлиш
ковим тиском. Під дією надлишкового тиску трубка дещо вип
рямляється і переміщення її вільного кінця передається через
передавальний механізм стрілці, що рухається по шкалі. У мем@
бранних манометрах пружною деталлю є плоска мембрана
(кругла пружна пластина), на яку надлишковий тиск діє лише
з одної сторони. Під дією тиску мембрана прогинається пропор
ційно надлишковому тиску або різниці тисків перед пластиною
та за нею і через передавальний механізм діє на стрілку. У силь@
фоних манометрах пружною деталлю є сильфон, що представ
ляє собою тонкостінну гофровану трубку, у яку подається ви
мірюваний тиск. Під його впливом сильфон розтягується в
довжину і через передавальний механізм переміщає стрілку
приладу. Мембранні і сильфонні манометри застосовують для
вимірювання невеликих надлишкових тисків і розріджень зав
дяки малій жорсткості пружного елемента. Причому при вико
ристанні для вимірювання розрідження (вакууму) їх називають
тягомірами, надлишкового тиску – напоромірами, а розріджен
ня і надлишкового тиску – тягонапоромірами.
Одна із важливих переваг деформаційних манометрів у
порівнянні з рідинними – можливість автоматичного запису і
дистанційної передачі показань. Це здійснюється перетворен
ням деформації пружного елемента в електричний вихідний
сигнал, що фіксується вторинними електровимірювальними
приладами, проградуйованими в одиницях тиску (міліампер
«Товарознавство»
272
метрами, потенціометрами й ін.). Такі манометри називають
деформаційними електричними. Найбільш поширені диферен
ційнотрансформаторні, магнітомодуляційні і тензометричні
перетворювачі.
Електричні манометри. На практиці зустрічаються випадки,
коли застосування деформаційних манометрів неможливе зав
дяки відсутності або недосконалості технічних засобів. До та
ких випадків відносяться, зокрема, вимірювання надвисокого
тиску та глибокого вакууму, вимірювання тисків, що пульсують
з високою частотою. У таких випадках застосовують електричні
манометри, які представляють собою прилади, в яких зміна
вимірюваного тиску перетворюється в зміну одного з електрич
них параметрів (опору, ємності, частоти та ін).
Принцип дії електричних манометрів опору заснований на
зміні електричного опору провідника під дією зовнішнього над
лишкового тиску. У якості матеріалу чутливого елемента мож
на використовувати деякі напівпровідники, платину, манганін,
константан та деякі інші матеріали. Конструктивно такий ма
нометр виконаний у вигляді дротяного резистора, який розмі
щений у товстостінному металевому корпусі зі штуцером для
підведення вимірюваного тиску. Вивід контактів резистора
здійснений крізь ізольовані від корпусу металеві стержні, які
мають у зовнішній частині затискачі для приєднання перетво
рювача до вторинного приладу – моста або потенціометра.
П’єзоелектричні манометри використовують для вимірюван
ня пульсуючих тисків. Їх дія заснована на використанні п’єзое
фекту, тобто властивості деяких кристалічних речовин генеру
вати на своїй поверхні електричні заряди під дією зовнішніх сил.
Принцип дії ємнісних манометрів заснований на зміні
ємності плоского конденсатора при зміні відстані між обкла
динками, одна з яких нерухома, а інша виконана у вигляді ме
талевої мембрани, яка знаходиться під дією вимірюваного тис
ку (вакууму). Під час дії вимірюваного тиску металева мембрана
вигинається, змінюючи відстань між обкладинками і ємність
конденсатора, яку вимірює вторинний прилад.
273
Розділ 7. Засоби промислової автоматики
7.4.6. Прилади для вимірювання
витрат і кількості речовини
Витрата – це кількість речовини, що проходить через даний
перетин в одиницю часу. Витрата можна вимірюватись або в
одиницях об’єму (м/с, л/хв і т.дін) або в одиницях маси (мг/хв,
г/с і т. ін.). Залежно від одиниць розрізняють об’ємну витрату і
масову. Оскільки об’єм речовини, особливо газу, залежить від
температури і тиску, об’ємні дані витрати приводять до одних і
тих самих стандартних (нормальних) умов, що відповідають
температурі 20°С і тиску 760 мм рт. ст.
Точні вимірювання витрати сприяють скороченню непро
дуктивних витрат.
Витрати рідини, газу і пари вимірюють витратомірами, що
показують миттєве значення об’єму або маси речовини, а також
лічильниками (лічильниками кількості), що визначають сумар
ну його кількість, що проходить за визначений час (година, доба
і т. д.) через перетин потоку. В даний час є витратоміри, що
мають інтегруюючі (підсумовуючі) пристрої, і лічильники з вит
ратомірними приставками.
В основу вимірювання витрати покладені різні фізичні яви
ща, що спостерігаються в потоці рідини або газу: зміна тиску і
швидкості потоку при зміні його перетину, різні швидкості
поширення ультразвукових коливань у напрямку руху потоку
і проти нього, виникнення електрорушійної сили при русі ріди
ни у магнітному полі й ін.
З усіх вимірювальних приладів витратоміри відрізняються
найбільшою різноманітністю. Загальним для витратомірів є .на
явність перетворювачів – пристроїв, що безпосередньо сприй
мають вимірювану витрату. Перетворювач працює разом із
приладом, який видає показання. Найменування витратоміра,
частіше усього відбиває або принцип його дії (електромагніт
ний витратомір), або вид перетворювача витрати (поршневий
витратомір). Крім того, до назви входить і рід речовини, що ви
мірюється, наприклад: витратомір води, витратомір нафти,
лічильник газу і т. ін.
«Товарознавство»
274
Біля 80% усіх використовуваних витратомірів – це витра
томіри змінного перепаду тиску із звужуючими пристроями. На
практиці отримали розповсюдження чотири види звужуючих
пристроїв, що мають круглий отвір: діафрагма, сопло, сопло
Вентурі, труба Вентурі.
При установці в трубопроводі центр отвору повинен
співпадати з віссю потоку.
Дія таких витратомірів заснована на тому, що статичний
тиск у звуженому поперечному перетині менший, ніж тиск
перед місцем звуження. Різницю тисків перед звуженою дільни
цею й у місці звуження називають перепадом тиску, який тим
більше, чим більше швидкість (витрата) речовини, що протікає.
Розглянемо цей процес за допомогою рис. 7.4.
Рис 7.4. Витратоміри змінного перепаду тиску
При проходженні через отвір діафрагми потік звужуєть
ся, у результаті чого збільшується його швидкість, а тиск
падає. Спочатку тиск Р
1
зменшується до Р
2
; Р
1
– тиск у
стінки труби до діафрагми; Р
2
– у центрі потоку після діаф
рагми. Їх різниця (Р
1
–Р
2
) характеризує перепад тиску на
діафрагмі. Сильне вихроутворення викликає втрату тиску
після діафрагми на розмір др.
Якщо необхідно зменшити перепад тиску, наприклад, у
випадку виміру великих витрат або забруднених матеріалів,
275
Розділ 7. Засоби промислової автоматики
використовують трубу Вентурі або сопло. Зменшення перепа
ду пояснюється формою звужуючого пристрою.
Різниця тисків (перепад) до звужуючого пристрою і після
нього, за якою судять про витрату, вимірюється диференціаль@
ними манометрами (дифманометрами) – рідинними або з
пружним чутливим елементом.
Витратоміри змінного перепаду тиску застосовують для од
нофазних середовищ і плавних ( непульсуючих) потоків. Ними
вимірюють витрату чистих рідин, сухої перегрітої пари і сухих
газів на трубопроводах діаметром більш 50 мм із визначеною
довжиною прямої ділянки.
На трубопроводах діаметром менше 50 мм для виміру
малих витрат агресивних рідин і газів використовують вит
ратоміри з первинними перетворювачами у вигляді рухомих
пристроїв, поплавців. У результаті обтікання даного при
строю потоком речовини вона переміщається, причому пе
реміщення певним чином залежить від витрати. Такі вит
ратоміри називають витратомірами обтікання. До них
відносять ротаметри, поршневі витратоміки, поплавкові
витратоміри, поплавковопружинні витратоміри і витрато
міри з поворотною лопатю.
Ротаметр
складається з таких елементів як розширена до
гори (за напрямком потоку) трубка і розміщений в ній попла
вок. Витрата речовини характеризується висотою підйому по
плавка від нульової оцінки. Залежність висоти підйому від
витрати (градуіровочна характеристика) додається до паспор
та ротаметра. Ротаметри можуть працювати тільки у вертикаль
ному потоці.
На горизонтальних ділянках трубопровода встановлю
ють поршневі витратоміри
, що мають поршень, який вер
тикально переміщається в циліндричній втулці, і поплав
ковопружинні, що мають з поплавець з пружиною,
завдяки чому вони вимірюють значно більші граничні вит
рати ніж ротаметри.
Розглянуті витратоміри відносяться до об’ємних, тобто ви
дають показання в одиницях об’єму, проте в окремих випадках
«Товарознавство»
276
необхідно знати витрату в одиницях маси, які характеризують
її більш повно. Для таких вимірювань об’ємні витратоміри ма
ють коректуючі пристрої або схеми перерахунку з врахуванням
густини речовини. Крім того, використовують непрямі методи
вимірювання масової витрати, засновані на її залежності від
фізичних властивостей речовини.
Витратоміри показують значення витрати в момент знят
тя показання. Для визначення сумарного обсягу речовини, що
пройшла через пункт замірювання за певний час, застосову
ють лічильники або мірники певного обсягу, або інтегрують за
цей час показання витратомірів. Найбільш розповсюджені
лічильники кількості за принципом лії підрозділяють на
швидкісні та об’ємні.
Принцип дії швидкісних (тахометричних) лічильників зас
нований на залежності об’ємної витрати речовини від швид
кості потоку.
У трубопровід поміщають перетворювач витрати, попереч
ний перетин якого переміщається в ньому. Частіше усього зас
тосовують перетворювачі у вигляді металевої або пластмасової
вертушки з лопатями, що приводяться в обертання потоком
рідини. Вісь вертушки за допомогою редуктора (передавально
го механізму), що зменшує частоту обертання, зв’язана з рахун
ковим пристроєм приладу. Сумарне число оборотів вертушки
за відліковий проміжок часу буде пропорційно об’єму рідини,
що протік по трубопроводу за той же час.
За формою вертушки швидкісні лічильники розділяють
на крильчаті
, що мають вісь, розташовану перпендикуляр
но напрямку потоку, і плоскі лопаті, спрямовані радіально
до осі, і турбінні
– з віссю, паралельною потокові, і лопатя
ми, вигнутими по гвинтовій лінії. Крильчаті лічильники
встановлюють у горизонтальних трубопроводах і застосову
ють для виміру малих витрат, турбінні – в горизонтальних
і похилих трубопроводах і вимірюють великі витрати. Різні
типи лічильників, що випускаються промисловістю, мають
свої конструктивні особливості. Швидкісні лічильники за
стосовують виключно для виміру кількості води. Таке об
277
Розділ 7. Засоби промислової автоматики
меження зв’язане з залежністю їх показань від в’язкості
вимірюваного середовища.
Для вимірювання витрати рідин із різною в’язкістю, а
також газів використовують об’ємні лічильники, принцип дії
яких заснований на підсумовуванні об’ємів рідини і газу,
витиснутих із вимірювальної камери приладу. Основні еле
менти механізму таких лічильників – камера і робочий
орган, що переміщається в ній, (поршень, диск, шестірні й
ін.), що за кожний цикл свого переміщення витискає з ка
мери визначений об’єм речовини. Сумарне число пере
міщень фіксується рахунковим механізмом. Кількість ріди
ни в широкому діапазоні в’язкості частіше усього
вимірюється лічильниками з овальними шестірнями;
кількість газу – лічильниками з лопатями у виді вісімки
(ротаційними).
Лічильники рідини з овальними шестірнями мають ви
мірювальну камеру і дві овальні шестірні, що знаходяться
між собою в безперервному зачепленні. Для виміру швид
козастигаючих рідин із великою в’язкістю використовують
лічильники із паровою сорочкою. Лічильники з овальни
ми шестірнями встановлюють зазвичай в горизонтальних
трубопроводах для виміру кількості найрізноманітніших
рідин, особливо малов’язких (бензину, спирту й ін.).
Для обліку кількості очищених пальних газів (природно
го, доменного й ін.) використовують ротаційні лічильники
табл. 7.2.). Такі лічильники установлюють на вертикальних
ділянках трубопроводів із тиском газу не більш 1 кгс/см
2
(0,1 МПа). Через низький робочий тиск їх застосовують в
основному на газорегуляторних станціях міських газових
господарств і невеликих котельних. Для визначення вели
ких кількостей газу або конденсату при високих робочих
тисках їх у трубопроводах використовують у більшості ви
падків автоматичні інтегруюючі (підсумовуюючі) пристрої,
що обробляють значення миттєвих витрат речовини.
«Товарознавство»
278
Таблиця 7.2.
Технічні характеристики лічильників типу РГ
F-20 F-40 F- 100 F-250 F-400 F-600 F-1000
>:
,
3
/$
."
.!" (
!" 6 $/!)
20
2
24
40
4
48
100
10
120
250
25
300
400
40
480
600
60
720
1000
100
1200
$ ;,
3
/$, !"
0,25
0,6
1,5
3,75
6,0
9,0
15,0
> ,
, !"
30
30
30
30
30
30
30
;:
Q
miv
? Q<0,2 Q
miv
0,2 Q
miv
?Q?Q
max
3
2,5
3
2,5
4
1,5
4
1,5
4
1,5
4
1,5
4
1,5
F! -
, :
'
"
218
152
175
260
152
175
340
240
240
425
380
360
530
380
360
680
470
440
710
548
500
, $ 6 12 28,5 75 90 145 205
7.4.7. Електровимірювальні прилади
Електровимірювальні прилади призначені для вимірюван
ня електричних величин: струму, напруги, потужності, часто
ти, опору та ін.
Найбільш вживані електричні величини і їх одиниці: сила
електричного струму – ампер (А); напруга – вольт (В); опір –
ом (Ом); потужність – ват (Вт); частота – герц (Гц); кількість
електрики – кулон (Кл); ємність – фарада (Ф). При вимірю
ванні електричних величин використовують різні технічні за
соби: міри, електровимірювальні прилади.
Електровимірювальні прилади можна розділити на наступні
групи:
1. Прилади магнітоелектричної системи з рухомою рамкою
або з рухомим магнітом, заснованим на взаємодії дії магнітних
полів постійного магніту і котушки, по якій проходить струм.
279
Розділ 7. Засоби промислової автоматики
2. Прилади електромагнітної системи, засновані на власти
вості котушки втягувати сталевий сердечник, коли по ній про
ходить електричний струм.
3. Прилади електродинамічної системи, принцип дії яких
заснований на взаємодії магнітних полів двох котушок, по яких
проходить струм.
4. Теплові електровимірювальні прилади, у яких використо
вується властивість дроту подовжуватися при проходженні по
ньому електричного струму.
5. Прилади термоелектричної системи, що представляють
собою сукупність термопари з чутливим магнітоелектричним
приладом.
6. Прилади вібраційної системи, засновані на принципі ме
ханічного резонансу вібруючих тел.
Існує ще декілька систем електровимірювальних приладів
(ферродинамічна, індукційна, електростатична, біметалічна і
т.д.). За умовними позначеннями можна визначити призна
чення приладу, його систему, рід вимірюваної величини.
За родом вимірюваної величини прилади поділяють на ампер@
метри, вольтметри, омметри, ваттметри й ін. Однак варто враху
вати, що цей розподіл умовний, тому що деякі електричні вели
чини можуть визначатися непрямим чином, наприклад
електричний опір з даних амперметра і вольтметра. Крім того, є
прилади, які дозволяють визначити декілька електричних розмірів.
Найбільш масові з усіх електровимірювальних приладів – ампер
метри і вольтметри. Амперметрами вимірюють силу електрично
го струму, вольтметрами – напругу. Їх конструктивні схеми
відрізняються лише внутрішнім опором, що в амперметрів пови
нен бути можливо більш низьким, а у вольтметрів, навпаки, ви
соким, щоб не вносити зміни в режим роботи ланцюга.
Для виміру малих струмів, напруг і їх співвідношень, а та
кож для точного установлення відсутності струму в ланцюзі
використовують гальванометри, що відрізняються високою чут
ливістю. Їх часто застосовують також у якості так званих нуль
індикаторів. У тих випадках, коли необхідно усунути вплив
коливань напруги джерела струму на показання приладу (на
«Товарознавство»
280
приклад, при електричних вимірах неелектричних величин), за
стосовують логометри, показання яких пропорційні відношен
ню електричних величин.
За стійкістю до зовнішніх впливів усі засоби вимірів електрич
них величин діляться на сім груп. Чим вище номер групи, тим при
більш жорстких умовах може працювати прилад. Наприклад, при
лади групи 1 можуть експлуатуватися, зберігатися і транспорту
ватися при температурі 10…25° С, а групи 7 – 30...70° С.
Магнітоелектричні прилади
Побудова приладу магнітоелектричної системи з рухомою
котушкою показана на рис 7.5. Нерухома частина приладу скла
дається з постійного підкововидного магніту, полюсних надста
вок і сталевого циліндра, поміщеного між надставками. Повітря
ний зазор між полюсними надставками і сталевим циліндром
робиться невеликим. Магнітне поле в зазорі утворюється дуже
сильним (магнітний опір ланцюга малий), спрямованим по ра
діусах циліндра і практично рівномірним.
Рухома частина приладу складається з легкої алюмінієвої
рамки, на якій намотаний тонкий ізольований дріт. Рамка (ко
тушка) укріплена на двох металевих півосях і може обертати
ся. До передньої півосі прикріплена стрілка – покажчик. Один
кінець стрілки переміщається уздовж шкали приладу, а інший
має противаги для зрівноважування рухомої системи приладу.
Дві спіральні пружини, прикріплені до півосей, призначені для
протидії обертанню рамки, повернення стрілки у вихідне поло
ження і підведення струму до обмотки рамки. Для установки
стрілки на нуль є спеціальне пристосування, яке називається
коректором. Його дія заснована на взаємодії магнітних полів
постійного магніту і котушки, по якій проходить, електричний
струм. В результаті такої взаємодії котушка повертається навко
ло своєї осі і прагне зайняти таке положення, при якому через
неї проходив би найбільший магнітний потік.
Але обертанню рамки приладу протидіють спіральні пружи
ни. Тому залежно від величини струму, що проходить через об