Выберите город:

Россия

Москва Волгоград Екатеринбург Иркутск Йошкар-Ола Казань Краснодар

 

Красноярск Кемерово Кострома Нижний Новгород Пенза Самара Саратов

 

Саранск Тюмень Хабаровск Чебоксары Ярославль

Казахстан

Актау Алматы

Беларусь

Минск

Украина

Киев
Наши издания
«Механические приборы измерения и контроля давления» «Манометры»
Автор: Юрий Владимирович Мулёв, генеральный директор НПО «ЮМАС», доктор технических наук, профессор.

2.4.3. Дифманометры

Малые величины дифференциального давления могут измеряться приборами на основе упругих и вялых мембран, сильфонов, а также комбинированных с другими упругими элементами конструкциями. Конструкций достаточное количество, однако они имеют свои особенности.

Одной из наиболее простых, универсальных и получивших широкое применение являются дифнапоромеры (дифманометры) с конструкциями на основе мембран и мембранных коробок/2-18/. В одном из вариантов (рис. 2.73) мембранная коробка 1, внутрь которой через подводящий штуцер держателя 2 поступает «плюсовое» давление, является чувствительным элементом дифманометра. Под воздействием этого давления смещается подвижный центр мембранной коробки.

2.73.jpg

 

 

 

 

Рис. 2.73. Показывающий дифференциальный манометр на основе мембранной коробки:

1 – мембранная коробка; 2 – держатель «плюсового» давления; 3 – держатель «минусового» давления; 4 – корпус;      5 – передаточный    механизм; 6 – стрелка; 7 – циферблат

«Минусовое» давление через подводящий штуцер держателя 3 подается внутрь герметичного корпуса 4 прибора и воздействует на мембранную коробку снаружи, создавая противодействие перемещению ее подвижного центра. Таким образом «плюсовое» и «минусовое» давления уравновешивают друг друга, а перемещение подвижного центра мембранной коробки свидетельствует о величине разностного – дифференциального давления. Этот сдвиг через передаточный механизм передается на указательную стрелку 6, которая на шкале циферблата 7 показывает измеряемое дифференциальное давление.

Диапазон измеряемого давления определяется свойствами мембран и ограничивается, как правило, в пределах от 0 до 0,4…40 кПа. При этом класс точности составляет, как правило, 2,5 или 1,5.

Обязательная конструктивная герметичность корпуса определяет высокую защищенность от внешних воздействий и определяется в основном уровнем IP66.

В качестве материала для чувствительных элементов приборов используется бериллиевая и другие бронзы, а также нержавеющая сталь; для штуцеров, передаточных механизмов – медные сплавы, коррозионно-стойкие сплавы, включая нержавеющую сталь различных марок.

Приборы могут изготавливаться в корпусах малых (63 мм), средних (100мм), и больших (160 мм) диа-
метров.

К недостаткам дифманометров (дифнапоромеров) на основе мембранной коробки следует отнести высокие требования к герметичности корпуса и небольшие рабочие избыточные давления, ограниченные прочностью корпуса.

Дифманометр с вертикальной мембраной (рис. 2.74) состоит из «плюсовой» 1 и «минусовой» 2 рабочих камер, разделенных чувствительной гофрированной мембраной 3. Под воздействием давления мембрана деформируется, в результате чего перемещается ее центр вместе с закрепленным на нем передающим штоком 4. Линейное смещение штока в передаточном механизме 5 преобразуется в осевое вращение трибки, и соответственно указательной стрелки, отсчитывающей на шкале прибора измеряемое давление. 

2.74.jpg

 

 

 

  

 

Рис. 2.74. Мембранные показывающие дифференциальные манометры с вертикальной мембраной: 1 – «плюсовая» камера; 2 – «минусовая» камера; 3 – чувствительная гофрированная мембрана; 4 – передающий шток; 5 – передаточный механизм; 6 – предохранительный клапан

Для сохранения работоспособности чувствительной гофрированной мембраны при превышении максимального допустимого статического давления предусмотрен открывающийся предохранительный клапан 6. Причем конструкции этих клапанов могут быть различны. Соответственно такие приборы не могут использоваться, когда не допускается контакт сред из «плюсовой» и «минусовой» камер.

 Высокая стоимость защитных фланцев мембраны, а также сложность вывода за пределы зоны давления механического перемещения центра этой мембраны приводят к относительно высокой стоимости изделия и, соответственно, не широкому его использованию.

В конструкции  показывающего дифференциального манометра с горизонтальной мембраной (рис. 2.75) линейное перемещение центра мембраны вынесено за пределы измерительной области с помощью металлических сильфонов. 

2.75.jpg

 

 

 

 

 

Рис.2.75. Мембранный показывающий дифференциальный манометр с горизонтальной мембраной:

1 – «плюсовая» камера; 2 – «минусовая» камера; 3 – входной блок; 4 - чувствительная гофрированная мембрана; 5 – толкатель;  6 – сектор;  7 – трибка;   8 – стрелка;   9 – циферблат; 10 – разделительный сильфон

 Традиционные плюсовая 1 и минусовая 2 камеры, соответственно, помещены в единый защитный блок 3, состоящий из двух частей, между которыми установлена гофрированная мембрана 4. В центре этой мембраны закреплен толкатель 5, передающий перемещение от мембраны, через сектор 6, трибку 7 к стрелке 8. В этом передаточном звене линейное перемещение толкателя преобразуется в осевое вращение стрелки 8, отслеживающей на шкале циферблата 9 измеряемое давление. В этой конструкции применена сильфонная система вывода толкателя из зоны рабочего давления. Разделительный сильфон 10 своим основанием герметично закрепляется на центре чувствительной мембраны, а верхней частью также герметично прикрепляется к входному блоку. Такая конструкция исключает контакт измеряемой и окружающей сред.

Конструкция входного блока предусматривает возможность промывки или продувки «плюсовой» и «минусовой» камер и обеспечивает применение таких приборов для работы даже в условиях загрязненных рабочих сред.

В конструкции дифманометра с горизонтальной мембраной дополнительная установка двух металлических сильфонов повышает надежность конструкции, но существенно снижает ее метрологические характеристики.

Разновидностью дифманометра с горизонтальной мембраной и двумя металлическими сильфонами является конструкция, представленная на рис.2.76.  Мембрана 1 закреплена между двумя фланцами 2 и 3. На центре мембраны 1 установлен толкатель 4, конец которого подвижно соединен с коромыслом 5. Смещение центра мембраны 1 через толкатель 4 передается на коромысло 5, перемещение конца которого является индикатором величины измеряемого перепада. Отделение зоны измеряемого давление от внешней среды осуществляется с помощью эластичного уплотнителя 6.

 В последующем перемещение конца коромысла 5 на указательную стрелку передается с помощью трибко-секторного механизма.

Плюсовое давление подается на вход 7, минусовое – на вход 8. 

2.76.jpg


Рис. 2.76. Схема мембранного дифманометра с эластичным уплотнением выхода: 1 – мембрана; 2 – фланец нижний; 3 – фланец верхний; 4 – толкатель; 5 – коромысло; 6 – эластичный уплотнитель; 7 – плюсовой вход; 8 – минусовой вход.

 

В конструкции мембранного дифманометра с эластичным уплотнением выхода максимальное рабочее избыточное давление определяется свойствами уплотнения коромысла.  Чем выше механические свойства такого уплотнения, тем больше величина рабочего избыточного давления, но хуже метрологические характеристики.

Двухкамерная система измерения дифференциального давления применена в конструкции прибора, показанного на рис. 2.77. Измеряемые потоки среды направляются в «плюсовую» 1 и «минусовую» 2 рабочие камеры, основными функциональными элементами которых являются автономные чувствительные мембраны. Преобладание одного давления над другим приводит к линейному перемещению передающего штока 3, которое через коромысло 6 передается соответственно на сектор 4, трибку 5 и систему стрелочной индикации измеряемого параметра.

Дифманометры с двухкамерной системой измерения используются для измерения малых дифференциальных давлений при не очень высоких статических нагрузках, вязких сред и сред с твердыми вкраплениями.

Магнитомеханический принцип преобразования дифференциального давления в систему отсчета показаний по круговой шкале и организации системы контроля из-за удобства и простоты конструкции, относительно низкой стоимости и высокой надежности получил активное применение в современных измерительных приборах.

 

2.77.jpg


 

 

 

 

 

 

 

Рис.2.77. Мембранный двухкамерный показывающий дифманометр:

1 – «плюсовая» камера; 2 – «минусовая» камера; 3 – передающий шток; 4  – сектор;  5 – трибка;  6 – коромысло

 

 Принцип работы дифманометра с магнитомеханической системой преобразования сигнала/2-28/ представлен на рис. 2.78. Поворотный магнит 1, на торце которого установлена стрелка 2, размещен в корпусе 3, выполненном из немагнитного металла. Механический поршень 4 с закрепленным на нем магнитом, уплотненный фторопластовым сальником 5, может передвигаться в рабочем канале 6. Механический поршень 4 со стороны «минусового» давления подпирает пробка 7, в свою очередь, поджимаемая диапазонной пружиной 8.

 

2.78.jpg

Рис. 2.78. Схема дифманометра с магнитомеханическим преобразователем: 1 – поворотный магнит; 2 – стрелка; 3 – корпус; 4 – механический поршень с закрепленным на нем магнитом; 5 – фторопластовый сальник; 6 – рабочий канал;  7 – пробка;  8 – диапазонная пружина; 9 – блок электрических контактов.

 

Среда «плюсового» давления через соответствующий подводящий штуцер воздействует на механический поршень и перемещает его вместе с пробкой 7 по каналу 6 до уравновешивания такого смещения противодействующими силами – «минусовым» давлением и диапазонной пружиной. Перемещение механического поршня 4 с закрепленным на нем магнитом приводит к связанному с ним магнитным взаимодействием угловому перемещению поворотного магнита 1 и, соответственно, указательной стрелки 2. Таким образом  измеряемая разность давлений преобразовывается в угловое перемещение указательной стрелки.

Согласование диапазона шкалы с угловым перемещением указательной стрелки достигается подбором упругих характеристик диапазонной пружины 8.

В ряде конструкций фторопластовый сальник 5 заменяется на эластичную мембрану, что повышает надежностные характеристики прибора.

В дифманометре с магнитомеханическим преобразователем предусмотрен блок 9, замыкающий или размыкающий соответствующие электрические контакты при прохождении вблизи его механического поршня с магнитом. Принцип работы таких контактов более подробно описан в разделе 3.1.

Одной из основных конструктивных проблем дифманометров, работающих при больших избыточных давлениях, является возможность передачи линейного перемещения чувствительного элемента или его части через защитную оболочку прибора. При измерении малых перепадов давления чувствительные элементы – это, как правило, мембраны, развивают очень малые переустановочные усилия, что конструктивно затрудняет передачу их линейных перемещений через защитную оболочку прибора. 

Приборы с магнитомеханической системой преобразования линейного перемещения поршня в осевое вращение трибки и установленной на ней показывающей стрелки обеспечивают передачу линейного перемещения поршня через защитную оболочку прибора путем взаимодействия магнитных полей и последующего преобразования в механическое перемещение вне этой оболочки.  

Повышение чувствительности приборов с магнитомеханической системой преобразования достигается увеличением площади элемента, разделяющего «плюсовое« и «минусовое» давления. Таким элементом, являющимся разделителем разных давлений и одновременно первичным преобразователем, может служить мембрана, как в конструкции, представленной на рис.2.79. Основные элементы системы идентичны представленным на рис.2.78. Отличие состоит в мембране 10, которая разделяет «плюсовое» и «минусовое» давления. Перемещение центра этой мембраны через толкатель 11 передается на поршень с закрепленным на нем магнитом. 

 

2.79.jpg

    Рис.2.79. Схема дифманометра с магнитомеханическим преобразователем для измерения малых перепадов давления:

10 – мембрана; 11 – толкатель; 12 – пробка. 

Пробка 12 служит для сервисного обслуживания прибора, монтажа или смены диапазонной пружины.

Приборы с магнитомеханическими преобразователями отличаются устойчивостью к воздействию высокого статического давления - до 40 МПа. При этом обеспечивают измерение и контроль дифференциального давления от 0 до 0,25 кПа…7 МПа с относительно небольшой погрешностью (около 2 %).

Корпус прибора изготавливается из металлических немагнитных металлов таких как нержавеющая сталь, сплав Монел, алюминий, медные сплавы, синтетические массы. Материал выбирается исходя из условий эксплуатации, свойств измеряемой среды. Также определяется материал уплотнения магнитного поршня, мембраны. Здесь применяется нержавеющая сталь (SS316,SS302)  для пробки и диапазонной пружины, нитрилкаучук (Buna-N), фторированный каучук (Viton) этилен-пропиленовые (EPDM) каучук.

Варьированием используемых в конструкции приборов материалов обеспечивает применяемость таких приборов для различных газов, включая горючие типа пропан-бутан, разных по агрессивности сред.

 Модели приборов с магнитомеханической системой в корпусах 63, 80, 100, 150 мм  обеспечивают функционирование индикации (отображение на цифровой шкале с определенной погрешностью) измеряемого перепада давления, а также могут дополняться блоками электрических контактов в различных исполнениях. Более детально конструкции  сигнализирующих групп приборов с магнитомеханическими системами описаны в разделе 3.1.

Как пример на рис.2.80 показан вид дифференциального  манометра ДП в корпусе 63 мм (ДП63). 

                        

2.80.jpg

        Рис.2.80. Вид дифференциального показывающего манометра с магнитомеханическим

преобразователем

Активно дифференциальные манометры с магнитомеханическим преобразователем применяются для контроля засорения фильтров на проточных линиях, появления дополнительных гидро- и аэродинамических сопротивлений на работающем оборудовании, включая расходомеры, запорные устройства и др.

Наверх