Измерение давления и вакуума

Измерение давления и вакуума

 

Широкое использование давления в научных исследованиях и в различных отраслях промышленности вызывает необходимость применения большого числа средств измерения давления и разности давлений, различных по принципу их действия, устройству, назначению и точности. При измерении давления нас могут

интересовать абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давления. Абсолютное давление необходимо знать в тех случаях, когда влияние атмосферного давления исключить нельзя, как, например, при изучении вопросов состояния рабочих тел, при определении температуры кипения различных

жидкостей и в других подобных случаях.

 

При контроле технологических процессов и при проведении научных исследований в большинстве случаев приходится иметь дело с измерением избыточного и вакуумметрического давлений, а также с измерением разности давлений.

 

Под термином абсолютное давление подразумевается полное давление, под которым находится жидкость, газ или пар. Оно равно сумме давлений избыточного и атмосферного:

 

т. е. избыточное давление равно разности между абсолютным давлением, большим атмосферного, и атмосферным давлением.

 

Под термином вакуумметрическое давление (разрежение или вакуум) подразумевается разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением, меньшим атмосферного:

 

Прибор, измеряющий атмосферное давление, называют барометром, отсюда атмосферное давление — барометрическим. Прибор, предназначенный для измерения абсолютного давления, называют манометром абсолютного давления. Прибор, измеряющий избыточное или вакуумметрическое давление — соответственно манометром избыточного давления и вакуумметром. Прибор, измеряющий малое избыточное давление (например, давление воздуха, подавае-

мого в топку котла) и разрежение газа (например, в газоходе Котла), называется соответственно напоромером и тягомером. Прибор, предназначенный для измерения вакуумметрического и избыточного давлений, называют мановакуумметром, а для измерения малых давлений и разрежений газа (например, в топке котла) — тягонапоромером. Прибор, измеряющий очень малые давления (ниже и выше барометрического) и незначительные разности давлений, называют микроманометром; прибор, предназначенный для измерения разности давлений, — дифференциальным манометром (дифманометром).

 

Выпуклые мембраны

Выпуклые мембраны. Выпуклые (хлопающие) мемораны, изготовляемые из стали или бронзы, могут быть использованы в реле давления для сигнализации отклонения давления от заданного значеиия. При воздействии давления на мембрану ее прогиб на начальном участке статической характеристики возрастает плавно. Далее при увеличении давления происходит потеря устойчивости мембраны и она изменяет прогиб скачком (участок ab характеристики). При этом мембрана замыкает или размыкает электроконтакты, показанные схематично на рис. При дальнейшем увеличении давления прогиб мембраны на участке характеристики be будет снова возрастать монотонно. Если давление уменьшится до значения р2, то мембрана также скачком возвращается на участок характеристики ое. Размеры «хлопающих» мембран обычно подбирают опытным путем.

 

 

3. Гофрированные мембраны и мембранные коробки. Гофрировка поверхности мембраны в виде кольцевых волн значительно повышает надежность ее работы и спрямляет характеристику мембраны. На рис показаны наиболее распространенные формы профилей гофрированных мембран.

 

Гофрированные одиночные мембраны в качестве чувствительных элементов применяются редко. Наибольшее применение в приборах давления (тягомерах, напоромерах, дифманометрах и других приборах) получили мембранные коробки, образованные двумя спаянными или сваренными гофрированными мембранами и блоки из двух или нескольких мембранных коробок

 

 

Следует отметить, что влияние формы профиля на характеристику мембраны сравнительно невелико, поэтому принято воздействовать на эту характеристику путем изменения глубины гофрировки или толщины материала. Форму профи-

ля и число волн обычно выбирают из технологических или конструктивных соображений.

 

 

 

Неметаллические мембраны.

Кроме металлических мембран в напоромерах, тягомерах, дифманометрах, измеряющих малые давления и разности давлений, применяют неметаллические (вялые) мембраны. Эти мембраны изготовляют из специальной сетчатой ткани (капрона, шелка), покрытой бензомаслостойкой резиной или пластмассой.

Неметаллические мембраны, как правило, снабжаются жестким центром, диаметр которого обычно составляет примерно 0,8 рабочего.

 

Характеристики вялых мембран обычно снимают экспериментально, так

как рассчитать их аналитически не представляется возможным. Жесткость неметаллической мембраны недостаточна, поэтому ее снабжают винтовой, а иногда плоской пружиной. В таком случае пружина с мембраной выполняют функции упругого элемента.

 

Сильфоны.

 

Сильфоны. Сильфон представляет собой тонкостенную трубку с поперечной гофрировкой. Сильфоны применяются в напоромерах и тягомерах для измерения небольшого давления до 4000 кгс/м² (40 000 Па), в приборах для измерения вакуумметрического давления до 1 кгс/см² (0,1 МПа), абсолютного давления до 25 кгс/см2 (2,5 МПа), избыточного давления до 600 кгс/см² (60 МПа) и разности давлений до 2,5 кгс/см² (0,25 МПа). Сильфоны при работе на сжатие выдерживают давление в 1,5—2 раза большее, чем при воздействии давления изнутри.

 

Жесткость сильфона зависит от геометрических его размеров, толщины стенок заготовки трубки и упругих свойств материала, радиуса закругления гофра R и угла уплотнения. В тех случаях, когда необходимо увеличить жесткость сильфона, его снабжают винтовой цилиндрической пружиной.

 

Статическая характеристика сильфонов линейна в относительно небольших диапазонах перемещений, эффективная же площадь сильфона отличается высокой стабильностью в пределах рабочего участка характеристики. Поэтому в приборах

Трубчатые пружины.

 

Трубчатые пружины чаще всего выполняются в виде одновитковых, центральная ось которых представляет собой дугу окружности с центральным углом равным 200—270°. Из числа этих пружин наиболее широкое применение получили пружины Бурдона эллиптического (б на рис.)  и плоскоовального сечения (в,г на рис.).

Один конец пружины Бурдона закрепляют неподвижно, а другой — свободный, закрытый пробкой и запаянный — соединяют с механизмом прибора, передающим преобразователем или другим устройством. Тонкостенные пружины Бурдона применяют в приборах для измерения вакуумметрического давления до 1 кгс/см2 (0,1 МПа) и избыточного давления до 60 кгс/см2 (6 МПа). Для измерения избыточного давления до 200 — 1600 кгс/см2 (20—160 МПа) применяют толстостенные пружины овального сечения.

 

Трубчатая пружина тем чувствительнее, чем больше радиус ее кривизны R_K и чем меньше толщина δ стенок трубки. Кроме того, чувствительность пружины Бурдона, а также и ее жесткость в сильной степени зависят от отношения a/b осей поперечного сечения и формы сечения вблизи концов большой оси.

 

Например, пружина эллиптического сечения обладает большей чувствительностью и меньшей жесткостью, чем плоскоовалыюго сечения.

 

Недостатки

1. Необходимость предварительной градуировки.
2. Зависимость показания от рода газа.
3. Наличие тепловой инерции – при изменении давления нить накала не успевает менять свою температуру.

-Ионизационные вакууметры

 

Из Википедии:

ионизационные — принцип действия основан на ионизации газа. По сути, представляют собой вакуумный диод, на анод которого подано положительное, а на дополнительный электрод, называемый коллектором, большое отрицательное напряжение. При понижении давления газа уменьшается число атомов, способных подвергнуться ионизации, и соответственно ионизационный ток (ток коллектора), текущий между электродами при данном напряжении. Область измеряемых давлений от 10⁻¹² до 10⁻¹ Torr. Подразделяются на вакуумметры с холодным катодом (Пеннинга и магнетронные) и с накаливаемым катодом. К последним относится датчик ЛМ-2 с постоянной 10⁵мкА/мм.рт.ст.

 

Для измерения сверхвысокого вакуума применяют ВАКУУММЕТРЫ, где фоновый ток коллектора значительно снижен. С помощью так называемой лампы Байярда-Альперта можно определять давление до 10^-8 Па. В этом ВАКУУММЕТРЫ катод расположен вне анодной сетки, а коллектор (тонкая проволока) -внутри нее. Модулируя ионный ток в лампе посредством дополнительной электрода (тонкий стержень между анодом и коллектором), диапазон измерений удается расширить до 10^-9 Па.

 

Рис. 5. Ионизационный вакуумметр: 1 -катод; 2-анод; 3 - коллектор. Рис. 6. Лампа Байярда-Альперта: 1-катод; 2-анод; 3-коллектор. Рис. 7. Вакуумметр Лафферти: 1 -катод; 2-анод; 3-коллектор; 4-экран; 5-магнит.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Общие требования к измерению давления:

1. При стабильно измеренном давлении его значение должно составлять 3/4 диапазона измерения прибора, а при переменном давлении 2/3 диапазона.

2. Для исключения образования взрывоопасных смесей манометры окрашивают:

кислород – голубой;

водород – тем. зеленый;

аммиак – желтый.

окрашивают и трубопроводы.

 

Место установки этих приборов должно обеспечивать удобство обслуживания и наблюдения за их работой. Длина соединительных линий от места отбора давления, разрежения или разности давлений до прибора должна быть минимальной. Наибольшая длина соединительной линии не должна превышать 50 м. Для предохранения приборов от непосредственного действия горячей среды, давление которой измеряется, необходимо устанавливать специальные дополнительные устройства, рассматриваемые ниже.

 

При выборе места отбора давления необходимо, чтобы в пространстве, где предполагается измерить давление среды, отсутствовали возмущения течения последней. Сравнительно просто

производится измерение давления через специальное отверстие в стенке поверхности, ограничивающей среду, ибо в этом случае нет необходимости вводить в нее постороннее тело и, следовательно, опасность возмущения течения среды отпадает. Таким образом, при измерении давления или разности давлений необходимо, чтобы устройства для отбора давлений не вызывали возмущения течения потока. Особенно необходимо следить за тем, чтобы края отверстия в стенке, например, трубопровода или короба со стороны протекающей среды не выступали в нее, так как малейшие выступы или заусенцы могут привести к неправильным измерениям давления или разности давлений.

Измерение давления и вакуума

 

Широкое использование давления в научных исследованиях и в различных отраслях промышленности вызывает необходимость применения большого числа средств измерения давления и разности давлений, различных по принципу их действия, устройству, назначению и точности. При измерении давления нас могут

интересовать абсолютное, избыточное и вакуумметрическое давления. Абсолютное давление необходимо знать в тех случаях, когда влияние атмосферного давления исключить нельзя, как, например, при изучении вопросов состояния рабочих тел, при определении температуры кипения различных

жидкостей и в других подобных случаях.

 

При контроле технологических процессов и при проведении научных исследований в большинстве случаев приходится иметь дело с измерением избыточного и вакуумметрического давлений, а также с измерением разности давлений.

 

Под термином абсолютное давление подразумевается полное давление, под которым находится жидкость, газ или пар. Оно равно сумме давлений избыточного и атмосферного:

 

т. е. избыточное давление равно разности между абсолютным давлением, большим атмосферного, и атмосферным давлением.

 

Под термином вакуумметрическое давление (разрежение или вакуум) подразумевается разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением, меньшим атмосферного:

 

Прибор, измеряющий атмосферное давление, называют барометром, отсюда атмосферное давление — барометрическим. Прибор, предназначенный для измерения абсолютного давления, называют манометром абсолютного давления. Прибор, измеряющий избыточное или вакуумметрическое давление — соответственно манометром избыточного давления и вакуумметром. Прибор, измеряющий малое избыточное давление (например, давление воздуха, подавае-

мого в топку котла) и разрежение газа (например, в газоходе Котла), называется соответственно напоромером и тягомером. Прибор, предназначенный для измерения вакуумметрического и избыточного давлений, называют мановакуумметром, а для измерения малых давлений и разрежений газа (например, в топке котла) — тягонапоромером. Прибор, измеряющий очень малые давления (ниже и выше барометрического) и незначительные разности давлений, называют микроманометром; прибор, предназначенный для измерения разности давлений, — дифференциальным манометром (дифманометром).