До недавнего времени измерительные преобразователи давления и разрежения на основе дифференциально-трансформаторного принципа, имеющие название МЭД, были одними из наиболее распространенных. Хотя приборы такого типа сняты с производства, в промышленности они используются еще достаточно часто. Некоторые производители периодически объявляют о начале работ по возобновлению их выпуска. И действительно, эти приборы могут иметь своего потребителя в определенном секторе промышленности. Но измерительные преобразователи давления и разрежения на основе дифференциально-трансформаторной связи должны производится на другом техническом уровне исполнения комплектующих узлов.
Приборы на основе дифференциально-трансформатор-ной схемы преобразования предназначены для получения унифицированного электрического сигнала по величине измеряемого давления. Унифицированным сигналом в этих преобразователях служит взаимоиндуктивность, изменяющаяся в полном диапазоне измеряемого давления от 0 до 10 мГ.
Принцип действия измерительных преобразователей с дифференциально-трансформаторной схемой базируется на способности манометрической пружины, соединенной с плунжером, перемещать его в электрическом поле двух индуктивностей. Так, среда с рабочим давлением р (рис. 5.14) через присоединительный штуцер 1 поступает в полость манометрической пружины 2 и вызывает ее перемещение, а также связанного с ней плунжера 3. При воздействии измеряемого давления плунжер перемещается в зазоре двух трансформаторных катушек: питания 4 и измерения 5. Изменение положения плунжера в зазоре дифференциально-трансформаторного преобразователя приводит к изменению взаимной индуктивности между их обмотками и соответственно электрических параметров (напряжения и фазы) выходного сигнала. Резисторы R1 и R2 предназначены для установки «нуля» прибора и корректировки диапазона измерения.
Рис. 5.14. Принципиальная схема измерителя давления с дифференциально-трансформаторной связью:
1 – присоединительный штуцер; 2 – манометрическая пружина; 3 – плунжер; 4, 5 – трансформаторные обмотки питания и измерения соответственно; R1 – корректор «нуля»; R2 – регулятор диапазона
Классы точности таких приборов – 1,0 и 1,5.
Приборы типа МЭД производились в манометрическом металлическом корпусе диаметром 160 мм (большинство из них – с закрытой лицевой панелью). Однако в некоторых конструкциях дифференциально-трансформаторная схема функционировала параллельно со стрелочной индикацией измеряемого давления, как у показывающих манометров (см. гл. 2).
Измерительные преобразователи на основе дифференциально-трансформаторной связи работоспособны с вторичными приборами, входными параметрами которых являются унифицированные взаимоиндуктивные сигналы, например с КПД1, КВД1, КСД1, КСД2, КСД3. В ряде случаев, когда при работе с несколькими преобразователями типа МЭД используется одноканальный регистрирующий или показывающий прибор, для повышения информативности применяют переключатель, обеспечивающий поочередное соединение этого устройства с измерительными преобразо-вателями.
Принцип действия измерительных преобразователей давления с компенсацией магнитных потоков основан на взаимодействии электрического поля постоянного магнита, соединенного с чувствительным элементом, с магнитным полем, образованным катушками возбуждения, и появлении магнитного поля рассогласования, значение которого зависит от измеряемого давления.
В такой конструкции измерительного преобразователя измеряемое давление р (рис. 5.15а) через подводящий штуцер 1 и капилляр 2 воздействует на трубчатую манометрическую пружину 3, закрепленную на корпусе прибора 4 с помощью держателя 5. Под влиянием давления р пружина перемещает плунжер 6, на конце которого закреплен постоянный магнит 7. Смещение магнита вызывает изменение конфигурации магнитного поля, образованного этим магнитом и катушками возбуждения 8. Такие изменения конфигурации отслеживаются индикатором магнитных потоков. На выходе индикатора генерируется постоянное напряжение, которое поступает в линию дистанционной передачи (где с помощью усилителя преобразовывается в унифицированный сигнал тока) и одновременно в обмотку обратной связи магнитомодуляционного преобразователя. Эта обмотка создает магнитный поток, уравновешивающий первичное влияние постоянного магнита.
Рис. 5.15. Схемы измерительных преобразователей давления на основе компенсации магнитных потоков: а – с трубчатой пружиной; б – с мембраной; в – с сильфоном; 1 – подводящий штуцер; 2 – соединительный капилляр; 3 – трубчатая пружина; 4 – корпус прибора; 5 – держатель; 6 – плунжер; 7 – постоянный магнит; 8 – катушки возбуждения; 9 – мембрана; 10 – полость измеряемого давления; 11 – основание; 12 – сильфон
Принцип работы магнитомодуляционного преобразователя может быть проиллюстрирован рис. 5.16.
В нейтральном состоянии (рис. 5.16,а) постоянный магнит 1, два полюса которого включены в плечи магнитного моста, расположен симметрично вспомогательному магнитопроводу 2. Этот магнитопровод соединен с двумя другими плечами магнитного моста. В диагонали измерительного моста установлен индикатор магнитных потоков 3. При одинаковых магнитных потоках, исходящих из разных полюсов магнита и пересекающих индикатор 3, разностное значение магнитного потока в его сечении равно нулю. При смещении постоянного магнита 1 (рис. 5.16,б) нарушается симметрия магнитного моста и в спиральном магнитопроводе индикатора генерируется разностный магнитный поток DФ, свидетельствующий о величине измеряемого давления.
Рис. 5.16. Схема работы магнитомодуляционного преобразователя:
а – уравновешенная система с симметричным расположением элементов; б – схема преобразователя при смещении постоянного магнита; 1 – постоянный магнит; 2 – вспомогательный магнитопровод; 3 – индикатор магнитных потоков
Измерительные преобразователи с компенсацией магнитных потоков, имеющие в своей основе трубчатую манометрическую пружину, маркируются как МПЭ-МИ (название более ранних конструкций – МПЭ) и работают в диапазоне от 0,1 до 60 МПа с классами точности 0,6; 1,0 и 1,5.
Для измерения более низкого давления используются другие чувствительные элементы. Так, известны конструкции (см. рис. 5.15,б), у которых в качестве чувствительного элемента применена мембрана. Приборы этой серии имели маркировку МАДМЭ – манометры абсолютного давления мембранные электрические. Верхним пределом измерения этих приборов были 10 и 60 кПа с классом точности 2,5.В таких конструкциях измерительный блок изготовлялся из двух мембран, которые между собой сваривались, а образованная внутренняя полость вакууммировалась и герметизировалась. Образованная мембранная коробка закреплялась своей нижней образующей на основании. Измеряемое давление подавалось через подводящий штуцер в рабочую полость, действовало снаружи мембранной коробки и вызывало перемещение подвижного центра и соответственно плунжера с постоянным магнитом.
В приборах типа ММЭ, работающих в диапазоне давлений до 0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6 и 2,5 МПа, основание 11 закрепляет мембранную коробку на ее верхней образующей. Класс точности прибора заявлен равным 1,0.
Приборы серии ДМЭ-МИ, базирующиеся также на чувствительных элементах в виде мембран и мембранных коробок, отнесены к виду дифференциальных манометров, работоспособных при давлении от 4,0 до 630 кПа, 1,0 и 1,6 МПа. Более детально они описаны в 5.3.
Известны конструкции приборов (рис. 5.15,в) с сильфоном в качестве чувствительного элемента. Они также отнесены к дифференциальным манометрам и имеют маркировку ДСЭ-МИ. Однако это не мешает использовать их для измерения малых давлений, когда в «плюсовую» камеру поступает измеряемая среда, а «минусовую» оставляют открытой и сообщающейся с окружающей атмосферой.
Приборы данного типа были широко распространены. Однако такие недостатки их работы, как чувствительность измерительной схемы к нахождению около устройств металлических предметов, нелинейность характеристики, нестабильность «нуля», значительные изменения показаний при варьировании угла наклона прибора, не позволили им и дальше оставаться на рынкеманометров, хотя на промышленных объектах они используются еще достаточно часто.
К измерительным преобразователям с электрической схемой можно отнести устройства, базирующиеся на потенциометре, один из вариантов которого приведен на рис. 5.17.
Потенциометр 1 с помощью подставки 2 крепится на циферблате 3 прибора. Указательная стрелка 4 с помощью узла соединения 5 перемещает движок реохорда 6.
Рис. 5.17. электропреобразовательная приставка:
a – схема установки потенциометра; б – схема потенциометра; 1 – потенциометр; 2 – подставка; 3 – циферблат; 4 – указательная стрелка; 5 – узел соединения; 6 – движок реохорда; 7 – шкала реохорда
Этот сдвиг на базе шкалы реохорда 7 приводит к изменению сопротивлений R1 и R2 электрических цепей, что в свою очередь может регистрироваться внешними измерителями.
Погрешность индикации положения указательной стрелки, выраженная в величинах сопротивления электрических цепей, может составлять от 0,5 до 3 % полной шкалы измерения.
