Файл: Автоматизация_Staroverov.doc

В процессе работы проводят ряд замеров.

Порядок выполнения работы. 1. Ознакомиться с устройством оптического и радиационного пирометров и изучить принцип их действия. 2. Собрать схему для поверки одного из пирометров (по указанию преподавателя). Поместить металлическую пластину в муфельную печь и включить нагреватели печи. 3. Провести четыре—шесть замеров в диапазоне 800... 1200°С с помощью оптического или радиационного пирометра. Одновременно с этим контролировать температуру в комплекте с электронным автома­тическим потенциометром.

Содержание отчета аналогично лабораторной работе 3.

Глава 8. Контроль давления и разрежения

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ ПРИБОРОВ

Для нормальной работы топливных термических и пла­вильных печей необходимо контролировать давление топлива и воз­духа как после регулирующих органов, так и перед горелками. Кроме того, необходимо поддерживать постоянное давление в ра­бочем пространстве печи и обеспечивать определенную тягу, создаваемую дымовой трубой или дымососом. При работе вакуум­ных печей контроль разрежения обеспечивает качество и ста­бильность процесса.

Согласно молекулярно-кинетической теории под давлением понимается сила, с которой молекулы вещества в термодинамиче­ской системе воздействуют на единицу ограничивающей ее поверх­ности. При определении давления принято различать атмосфер­ное, избыточное, абсолютное и вакуумметрическое давление.

Атмосферное давление Р_атм — давление, оказываемое атмос­ферой на все предметы, находящиеся в ней. Так как атмосферное давление измеряется барометрами, то его принято называть ба­рометрическим.

Избыточное давление Р_наб — давление в каком-либо замкну­том объеме сверх атмосферного. Избыточное давление измеряют в основном манометрами, поэтому чаще его называют маноме­трическим.

Абсолютное давление Я_аСс — сумма атмосферного и избыточ­ного давления, т. е. Я_абс = Я_атм + Р_аяб.

Под вакуумом (разрежением) понимают состояние газа, при котором его давление меньше атмосферного. Вакуумметрическое давление Я_вак — это разность между атмосферным давлением и абсолютным давлением внутри' вакуумметрической системы.

В Международной системе единиц СИ за единицу давления принят один паскаль — действие силы в один ньютон (1 Н) на площадь в один квадратный метр (м^а). Но эта единица очень мала, поэтому для измерения средних и высоких давлений целесообразно применять кратные единицы: килопаскаль (кПа) и мегацаскаль (МПа). Наряду с паскалем при контроле давления в металлурги­ческой промышленности пока еще используется ряд внесистемных единиц давления. Например, техническая атмосфера — 1 кгс/см^а = = 9,8.10⁴ Па. Атмосфера — величина довольно большая, поэтому на практике для измерения малых давлений применяют милли­метр ртутного столба (мм рт. ст.) и миллиметр водяного столба (мм вод. ст.). Техническая атмосфера равна давлению ртути высо­той 735,56 мм или столба воды высотой 10 м.

При измерении давления в движущейся среде различают ста­тическое и динамическое давление. Статическое давление Р_ст за­висит от запаса потенциальной энергии движущейся среды и опре­деляется статическим напором. Динамическое давление Р_дин опре­деляется скоростью движения среды. Полное давление Р_п дви­жущейся среды слагается из статического и динамического давле­ний.В дальнейшем под термином давление будет подразумеваться статическое давление.

Приборы для измерения давления и разрежения классифици­руют по принципу действия и по характеру измеряемой величины. Согласно первой классификации все приборы для измерения давле­ния подразделяют на четыре группы: жидкостные, деформацион­ные, грузопоршневые и электрические.

В жидкостных приборах измеряемое давление уравновеши­вается давлением столба жидкости, высота которого определяет значение давления.

Деформационные приборы — это Такие приборы, в которых измеряемое давление определяется значением деформации упру­гих элементов различной конструкции или значением развиваемой ими силы.

В грузопоршневых приборах измеряемое давление уравнове­шивается давлением, создаваемым массой поршня или дополни­тельного груза.

Работа электрических приборов основана на изменении элек­трических свойств определенных материалов при воздействии на них внешнего давления.

По характеру измеряемой величины приборы для контроля давления или разрежения подразделяют на следующие виды: ба­рометры (для измерения атмосферного давления), манометры (для измерения избыточного давления), дифференциальные манометры (для измерения разности давления); вакуумметры (для измерения разрежения); моновакуумметры (измеряющие небольшое избы­точное давление или вакуум).

Манометры, вакуумметры и дифференциальные манометры, предназначенные для измерения небольшого давления, разреже­ния и разности давления газовых сред (до 40 кПа), называют на- поромерами, тягомерами и тягонапоромерами (соответственно).

2. МАНОМЕТРЫ

Жидкостные манометры отличаются простотой устрой­ства при относительно высокой точности измерения. Их действие основано на уравновешивании внешнего давления столбом за­творной (рабочей) жидкости, в качестве которой используют ртуть, воду, трансформаторное масло иди спирт.

и-образный манометр (рис. 64, а) представляет собой стеклян­ную трубку, изогнутую в виде буквы и и заполненную затвор­ной жидкостью так, чтобы уровень жидкости в обоих коленах находился Против нулевых отметок. Один конец трубки подсое­диняется к объему, в котором необходимо измерить давление Р, а второй сообщается с атмосферой. Отсчет производится по шкале. Разность уровней Н определяет избыточное давление Р и плотность жидкости “у.

Верхний предел измерения И-образного манометра составляет 10 кПа. При этом погрешность не превышает 2 %.

и-образные манометры используют для измерения разреже­ния или разности давлений. Основным недостатком и-образных манометров является необходимость снятия при каждом замере двух отсчетов. Этот недостаток частично устранен в чашечном ма­нометре (рис. 64, б), состоящем из сосудов разного диаметра. Под действием измеряемого давления Р уровень жидкости в чашке

Рис. 64, Жидкостные манометры:

а — и-обраэный; б — чашечный однотрубный; в — чашечный с наклонной трубкой

Рис. 65. Чувствительные элементы деформационных манометров:

а — одновитковвя пружнна; б — многовитковвя пружина; в — упругая мембрана; г — мягкая мембрана (пружинно-мембранный элемент); д — одинарная мембранная коробка; е — двойная мембранная коробка; ж — сильфон; а — пружинио-сильфонный элемент

снижается на высоту /г₂, значительно меньшую высоты (диа­метр чашки в несколько раз больше диаметра трубки). Разность уровней Н в чашечном манометре в основном определяется пере­мещением мениска в тонкой трубке, так как > /г₂.

Чашечные манометры имеют верхний предел измерения ЮкПа, а погрешность измерения составляет 0,4 ... 0,25 %.

При точных измерениях небольших избыточных давлений и разрежений применяют специальные чашечные манометры с на­клонной трубкой (рис. 64, в). Изменение угла наклона а трубки позволяет при малой высоте получить более точное измерение.

Жидкостные стеклянные манометры не приспособлены для за­писи показаний и их дистанционной передачи. Поэтому их ис­пользуют, в основном, для местного контроля, а также для по­верки и градуировки манометров других систем.

Работа деформационных манометров основана на уравновеши­вании давления среды силами, возникающими при упругой дефор­мации специальных элементов. Деформация в виде линейных или угловых перемещений передается показывающему или регистри­рующему узлу прибора. Одновременно она может быть преобразо­вана в электрический или пневматический сигнал для дистанцион­ной его передачи.

В качестве чувствительного элемента в этих манометрах (рис. 65) используют одно- и многовитковые пружины, упругие мембраны и сильфоны.

В одно- и многовитковых пружинных манометрах (рис. 65, а, б) измеряемое давление подается во внутреннюю полость через за­крепленный неподвижный конец. Второй конец пружины запаи­вается и соединяется с показывающей системой. Пружины изго­товляют из латуни и других медных сплавов, а дл'я высоких давлений — из хромоникелевых сталей. Поперечное сечение пру­жины представляет собой эллипс, большая ось которого перпен­дикулярна к плоскости витка пружины.

При повышении давления поперечное сечение пружины «округ­ляется», т. е. увеличивается малая ось эллипса, а угол закручи­вания пружины уменьшается. Шкала пружинного манометра рав­номерная, так как пружина работает в зоне пропорциональности между деформацией и напряжением. Перемещение свободного кон­ца одновитковой пружины не превышает 5 ... 8 мм. Поэтому для увеличения угла поворота стрелки в манометрах применяют пе­редаточный механизм: рычажный или зубчатый.

Манометры с одновитковой пружиной изготовляют образцо­выми, контрольными и техническими: классы точности — от 0,2 до 4,0; пределы измерений 100 кПа ... 1000 МПа.

Многовитковая трубчатая пружина представляет собой после­довательное соединение нескольких одновитковых пружин, бла­годаря чему она имеет сравнительно большое перемещение свобод­ного конца и развивает значительные усилия. Поэтому многовит- ковыепружины широко применяют в регистрирующих манометрах. Последние выпускают с верхним пределом измерения до 160 МПа.

В мембранных манометрах чувствительным элементом явля­ются упругая мембрана (рис. 65, в), мягкая мембрана, например резиновая с дополнительной пружиной (рис. 65, г), мембранные

коробки: одинарные (рис. 65, д) и двойные (рис. 65, е).

Мембранный манометр типа ММ (рис. 66) предназначен для измерения давления до 2,5 МПа.

В манометре под действием изме­ряемого давления мембрана 2, на­ходящаяся в коробке 1, прогибается, перемещая шток 3, соединенный через рычаг 4 с зубчатым сектором 6. Зубча­тый сектор находится в зацеплении с зубчатым колесом 8, которое через пружину, 9 соединено со стрелкой 7, перемещающейся по шкале 5. Снизу у манометра предусмотрен резьбовой штуцер для установки манометра на объект измерения.

Мембранные манометры применяют, как правило, для измерения неболь­ших давлений. Недостатками мембран­ных манометров являются малая чув- _{Рис 66 Ме}мб_Ранный мано- ствительность системы, трудность регу- метр