Каталог
Ваш город: Москва другой город
+7 (495) 730-20-20, +7 (800) 1000-818 пн - пт, с 8:45 до 17:30 info@jumas.ru
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.

3.1. Сигнализирующие манометры. Общие понятия и принципы действия

3. СИГНАЛИЗИРУЮЩИЕ  МАНОМЕТРЫ

 Сигнализирующие (электроконтактные) манометричес-кие приборы получили свое название от основных выполняемых функций – сигнализация превышения или понижения установленных значений контролируемого давления. Принцип работы таких приборов состоит в замыкании или размыкании электрических контактов в процессе роста или снижения измеряемого (контролируемого) давления. Это обуславливает  их параллельное название электроконтактных. Эти приборы постоянно совершенствуются, оптимизируются параметры, разрабатываются новые конструкции/3-1…3-8 и др./.

Замыкания или размыкания электрических контактов используют также для включения или отключения различных технических устройств, включая системы автоматического или автоматизированного управления, устройства контроля различных технологических процессов.

В предыдущих работах автором наиболее часто использовался термин «сигнализирующие», как рекомендует ГОСТ 2405-88, но который не ограничивает применение термина «электроконтактные». В последние годы, как показала практика общения с представителями промышленности, термин «электроконтактные манометры» стал широко распространенным, что подвигло автора его также использовать в настоящей работе.  

Некоторые термины, приводимые в ниже представленной главе специфичны для раздела сигнализирующих (электроконтактных) манометрических приборов, и их формулировки, согласно ГОСТ 2405-88 /3-9/, представлены ниже.

Сигнализирующее устройство прямого действия – устройство, замыкание и размыкание контактов электрической цепи которого осуществляется без преобразования энергии.

Сигнализирующее устройство непрямого действия – устройство, замыкание и размыкание контактов электрической цепи которого осуществляется за счет преобразования энергии из одной в другую.

Указатель сигнализирующего устройства – элемент сигнализирующего устройства, положение которого относительно меток шкалы определяет отклонение контролируемого параметра от нормы.

Срабатывание сигнализирующего устройства – действие, заключающееся в замыкании и размыкании электрической цепи.

Уставка – задаваемое значение контролируемого параметра, при котором происходит срабатывание сигнализирующего устройства.

Диапазон уставок – зона контролируемого параметра, в пределах которого можно провести уставку.

Замыкающий (размыкающий) контакт – коммутируемый контакт, замыкающий (размыкающий) электрическую цепь при достижении параметра уставки.

Электроконтактные (сигнализирующие) группы производятся с механическими контактами, контактами с магнитным поджатием, индуктивной парой, микровыключателями, и с электронными элементами и другими вариантами изготовления сигнализирующего устройства, более детальное описание которых приведено ниже.

Электроконтактная группа с механическими контактами конструктивно наиболее проста (рис.3.1). На диэлектрическом основании подвижно монтируется указатель сигнализирующего устройства 1 с неподвижно закрепленным на нем электрическим контактом 2. Изменение положения указателя 1 на циферблате прибора, его перемещение производится круговым воздействием на упор 3. Механизм такого воздействия будет описан ниже.

 

3.1а.jpg

                                          а)

3.1б.jpg

                                   б)

Рис.3.1. Вид сигнализирующего устройства с механическими электрическими контактами (нормально замкнутыми) в замкнутом состоянии (а) и принудительно разомкнутом (б): 1 – указатель сигнализирующего устройства; 

2 – контактов указателя; 3 – упор для перемещения указателя; 4 - подвижный контакт; 5 – выход контакта указателя; 6 – выход подвижного контакта.

 

Подвижный контакт 4 через дополнительный поводок односторонне механически соединяется с указательной стрелкой манометрического прибора. Такое соединение позволяет при перемещении стрелки разрывать или соединять внешнюю электрическую цепь, размыкаемую или замыкаемую электрическими механическими контактами 2 и 4,  гальванически связанными с выходами 5 и 6 соответственно.

Механические контакты, изготовленные в виде лепестков и стоек, с целью обеспечения устойчивой работы в условиях электрической дуги должны иметь прочное покрытие. Такими покрытиями могут быть следующие сплавы металлов: серебро–никель (Ar80Ni20), серебро–палладий (Ag70Pd30), золото–серебро (Au80Ag20), платина–иридий (Pt75Ir25) и др.  Некоторые производители используют для покрытия контактов более дешевые сплавы, что может существенно сказываться на надежности работы прибора. Так, например, в /3-8/ приводятся такие проблемы механических контактов, как их подгорание, ложное срабатывание, залипание. Природа таких явлений может заключаться в следующем.

В механических электроконтактных группах устанавливаются прижимные спиральные пружины с определенным поворотным моментом. Величина этого момента должна соотноситься с величиной тягового усилия ЧЭ. Повышения такого момента с целью обеспечения более прочного механического соединения контактов приводит к росту  погрешности прибора. Традиционно поворотные моменты для спиральных пружин механических сигнализирующих групп показывающих манометров составляют: 1,2 мН/м- мягкая, 1,6 мН/м – нормальная и 8,5 мН/м - упругая. Соответственно, работа сигнализирующей группы (поворотные моменты, точность срабатывания контактов) во многом зависит от конструктивных особенностей, определяемых производителем.

Приборы с механическими контактами рассчитаны на напряжение до 250 В и выдерживают максимальную разрывную мощность до 10 Вт постоянного или до 18 В×А переменного тока. Малые разрывные мощности контактов могут обеспечивать у механических электроконтактных групп достаточно высокую точность срабатывания (до 0,5 %  полного значения шкалы).

Более прочное электрическое соединение обеспечивают контакты с магнитным поджатием (рис.3.2).

          

3.2.jpg

 Рис. 3.2 . Вид механических электрических контактов с магнитным поджатием: 

1 – указатель; 2 – контакт указателя; 3 – подвижный контакт; 4 – магнит.

 

Типовые для механических контактов узлы и детали: указатель 1, контакт указателя 2, подвижный контакт 3. Принципиальное отличие состоит в монтаже в схеме контакта магнита 4. Монтируется магнит 4 на механической основе указателя 1. Основной функцией магнита 4 является механическое поджатие магнитным полем подвижного контакта 3 к контакту указателя 2. Такое поджатие магнитом 4 подвижного контакта 3 происходит без гальванической связи между ними, но расстояние между ними определяется величину механического воздействия на это поджатие.

Магнит на механической основе указателя может монтироваться неподвижно. Однако некоторые компании производители крепят его в резьбовой обечайке. Это позволяет осевым вращением магнита перемещать его относительно подвижного контакта и тем самым регулировать механическую прочность двух контактов электромеханической группы. 

 Максимальная разрывная мощность механических контактов с магнитным поджатием сигнализирующего устройства составляет до 30 Вт постоянного или до 50 В×А переменного тока и напряжением до 380 В. Из-за наличия магнитов в системе контактов погрешность соответственно  увеличивается  и достигает 2…5%.

Вид сигнализирующего устройства с двумя парами механических контактов представлен на рис.3.3.

                      

      3.3.jpg

Рис.3.3. Вид сигнализирующего устройства с двумя контактами: 1 и 2 – указатели сигнализирующего устройства; 3 – основание;  4 и 5 – контакты указателя;  6 и 7 – выходы контактов; 8 – общий выход; 9 – поводок; 10 и 11 – подвижные контакты; 12,13 – крепежные отверстия.

 

Два типовых указателя сигнализирующего устройства 1 и 2 подвижно смонтированы на основании 3. На механических основах указателей 1 и 2 закреплены контакты 4 и 5. Внешние электрические цепи подключаются к выходам 6 и 7, закрепленным на основании 3 и гальванически связанным с контактами 4 и 5. Функционирование двух групп электрических контактов базируется относительно третьего электрического выхода 8.

Основным подвижным элементом сигнализирующего устройства является поводок 9, который механически соединяется с указательной стрелкой манометрического прибора и при перемещении этой стрелки перемещает подвижные контакты 10 и 11.

Отверстия 12 и 13 предназначены для монтажа сигнализирующего устройства на циферблате манометрического прибора.

Соответственно, если виртуально представить положение поводка 9 в начальном положении шкалы, то можно свидетельствовать из рис.3.3, что представленная электроконтактная группа имеет первый нормально замкнутый, второй нормально разомкнутый контакты.

Сигнализирующие устройства могут монтироваться в едином с манометрическим прибором корпусе, и такие конструкции описаны в следующем параграфе, а могут иметь автономную прозрачную пластиковую оболочку, как это показано на рис.3.4, и автономно крепиться к корпусу и держателю или циферблату прибора. Обычно такие исполнения носят названия с «электроконтактной приставкой» - Эк,  промышленные исполнения которых представлены в следующем разделе.

 

  3.4а.jpg


                                 а)

3.4б.jpg

                                          б)

Рис.3.4. Вид сигнализирующих устройств для манометров 100 (а) и 160 мм (б) в прозрачных пластиковых оболочках: 1 – вилка поводка; 2 – поворотное устройство; 3 – выходы контактов.


Вилка поводка 1 (рис.3.4а) предназначена для механического соединения сигнализирующего устройства с манометрическим прибором. В этой конструкции при монтаже сигнализирующего устройства поводок подвижных контактов в ходит в зазор вилки 1. Могут быть конструкции с металлической петлей вместо поводка.

Перевод указателей сигнализирующего устройства обеспечивается поворотным устройством 2 (рис.3.4а,б). В обычном состоянии поворотом штифта этого устройства переводится один указатель, при нажатом состоянии второй.

Удобство исполнения сигнализирующего устройства, представленной на рис.3.4б, состоит  в возможности подключения к выходам контактов 3 и отключения от них внешних электрических линий без демонтажа  всей группы.

Механическим контактам с магнитным поджатием в зависимости от качества их поверхности присущи те же недостатки, что и контактам без магнитного поджатия. 

Схемы с индуктивными контактами электроконтактных (сигнализирующих) манометров  основаны на взаимодействии магнитного поля индуктивного блока 2 с металлическим плунжером 1 (рис. 3.5). Соответственно такого типа приборы требуют дополнительного внешнего питания.

Сигнализирующие группы с индуктивными контактами для манометрических приборов изготавливают в двух исполнениях: с внешним плунжером (рис. 3.5,а) и плунжером, расположенным внутри блока (рис. 3.5,б).  

 Электроконтактные устройства на основе индуктивных блоков с внешними плунжерами обеспечивают функционирование электрической цепи при постоянном напряжении 5-25 В и максимальном токе до 3 мА.


3.5а б.jpg

Рис. 3.5. Схема и вид индуктивных контактов электроконтактного манометра: 

а – с внешним плунжером; б – с внутренним плунжером; 1 – плунжер; 2 – индуктивный блок

 

Внутреннее расположение плунжера обеспечивает действие цепи при постоянном токе до 1 мА. Класс точности таких систем не превышает 0,5. Индуктивный блок крепится на дополнительной подвижной опоре  - базовом контакте, а роль плунжера выполняет как основная, так и дополнительная стрелки. Один из вариантов исполнения такой группы показан на рис.3.6.

3.6.jpg

Рис.3.6. Вид сигнализирующей группы с индуктивными контактами: 

1 – индуктивный блок; 2 – указатель сигнализирующего устройства; 3 -  плунжер; 4 – указательная стрелка.


Индуктивный блок 1 жестко закреплен на указателе 2 сигнализирующего устройства. Перемещение указателя 2 приводит, соответственно, к перемещению индуктивного блока 1.

Плунжер 3 механически неподвижно соединен с указательной стрелкой 4. При изменении давления перемещение указательной стрелки 4 приводит соответственно к перемещению плунжера 3. Вход плунжера 3 в щелевой зазор индуктивного блока 1 приводит к замыканию или размыканию коммутирующей электрической цепи.

В отечественной промышленности электроконтактные манометры с индуктивными блоками из-за необходимости подвода питания используются недостаточно широко, хотя за рубежом с их помощью контролируются взрывоопасные среды, организовываются коммутации цепей в агрессивных условиях окружающей среды.

Манометры с пневматическими контактами аналогичны предыдущим, но вместо индуктивных блоков устанавливаются пневматические датчики, которые под воздействием плунжера при достижении заданного давления закрывают или открывают пневматическую линию.

Недостатки вышеперечисленных устройств привели к поиску новых решений в организации функционирования электроконтактных групп.

Геркон сокращенное название от «герметичный контакт»/3-10/. Это магнитоуправляемое электромеханическое устройство, включающее пару ферромагнитных контактов, запаянных в герметичную стеклянную колбу.  При приближении к герконам постоянного магнита контакты, в зависимости от конструкции,  замыкаются или размыкаются. При переводе некоторые специалисты герконы называют как электронные контакты.

 Принцип работы герконов показан на  рис.3.7. В стеклянную  малогабаритную колбу 1, герметичную и заполненную инертным газом, введены контакты (рис.3.7а): О – общий, НЗ – нормально замкнутый, НО – нормально разомкнутый (открытый). Общий контакт О в колбе имеет продолжение в виде подвижного лепестка 2. Без воздействия внешнего магнитного поля подвижный лепесток 2 с контактом НЗ  образует замкнутую цепь (рис.3.7а).

3.7.jpg

Рис.3.7. Принципиальная схема электронных контактов в нейтральном состоянии (а) и

 при воздействии магнитного поля (б):

 1 – стеклянная колба; 2 - подвижный лепесток.

 

При воздействии внешнего магнитного поля (рис.3.7б) подвижный лепесток 2 замыкает электрическую цепь с контактом НО, который без внешнего магнитного поля был не замкнутым.

Электронные контакты функционируют без внешнего электрического питания, работоспособны на малых токах и напряжениях и имеют разрывную мощность до 60 Ватт. Покрытие непосредственно контактов родием, а также заполнение стеклянной ампулы инертным газом обеспечивают высокую надежность  их срабатываний. В нормальных режимах работы количество срабатываний достигает 106…107. При низком вольтаже (до 5 V – порог искрообразования) число срабатываний возрастает до 109.

Гистерезис электронных контактов ограничен пределами 3…5%.

Контакты имеют малую массу и имеют преимущества перед механическими контактами при работе в условиях повышенных вибрационных воздействий.

На рис.3.8 показан вид промышленного варианта сигнализирующей группы с электронными контактами. 

 

  

3.8.jpg

Рис.3.8. Вид промышленного варианта сигнализирующего устройства с электронными контактами.

 

Конструктивное исполнение промышленного варианта предусматривает замыкание или размыкание электрической цепи при достижении уставки и сохраняет такое положение при дальнейшем росте давления. Сигнализирующее устройство в промышленном исполнении, как видно из рис.3.8, имеет традиционные указатели и соответствующие представленные на рис.3.11 (см.ниже) исполнения.

Электроконтактные группы на механических микровыключателях разработаны на основе традиционного трибко-секторного механизма (рис.3.9).

 

                             3.9.jpg

Рис.3.9. Вид трибко-секторного механизма с установленными механическими микровыключателями:

 1 – ось сектора; 2 – хвостовик сектора; 3 – кулачки; 4 – коромысла; 5 – микровыключатели; 6 – сектор перемещения микровыключателей; 7 – механизм фиксации уставок.

 

На оси 1 сектора с хвостовиком 2 смонтированы кулачки 3. Эти кулачки через коромысла 4 соединены с микровыключателями 5. Установка микровыключателей на задаваемые значения уставок организована с помощью сектора 6 перемещения микровыключателей и механизма фиксации 7.

Таким образом, поворот оси сектора 1 через кулачки 3 приводит к движению коромысел 4 и включению или выключению микровыключателей 5. Регулировка срабатывания сигнализирующего устройства сводится к оптимальному выбору положения кулачка на оси сектора.

На рис.3.10 показан вид микровыключателя в разрезе.                                   

             

3.10.jpg

 

Рис.3.10. Вид микропереключателя в разрезе: 1 – корпус; 2 - контактор упруго пружинный; 3,4 – выводы размыкающий и замыкающий соответственно; 5– вывод общий; 6 – рычаг; 7 – толкатель;

 

В корпусе 1 жестко закреплен один конец подпружиненного контактора 2. Второй конец контактора 2 с установленными на нем на двух сторонах контактами скачкообразно перемещается между контактами размыкающего и замыкающего выводов 3 и 4 соответственно.

Конец подпружиненного контактора 2 жестко закреплен в корпусе 1 с помощью гальванически связанного с этим контактором общего вывода 5. 

Под внешним воздействием рычаг 6 перемещает толкатель 7 и механически воздействует на упругую часть контактора 2. При пороговых воздействиях этого толкателя  происходит скачкообразное перемещение-прогиб - схлопывание как   упругой части контактора 2, с жестко закрепленным одним концом и ограниченным ходом его середины,  так и скачкообразное перемещение свободного конца этого контактора с установленными на  нем с двух сторон контактами. Эти контакты входят в механическое и электрическое соединение с контактами размыкающего 3 и замыкающего 4 выводов. При электрическом контакте контактора 2 с общим выводом 5 происходит соответственно размыкание или замыкание с выводами 3 и 4. Таким образом под воздействием рычага 6 происходит размыкание или замыкание электрических цепей с выводами 5-3 и 5-4 соответственно.

 Контакты выводов 3 и 4, а также контакты контактора 2 изготавливаются из благородных металлов. В моделях ЭкМ Вм контакты микровыключателей изготавливаются из чистого (99,9 %) серебра. Это позволяет обеспечивать работу сигнализирующего устройства с микровыключателями на электрическом напряжении до 380 В при рабочем токе до 5 А. Конструкционные особенности микровыключателей позволяют избегать залипания и подгорания контактов, ложного их срабатывания. Обеспечивают устойчивую работу сигнализирующего устройства в условиях повышенных внешних вибраций.

Высокая разрывная электрическая мощность позволяет манометрические  приборы с такими микровыключателями включать непосредственно в цепь сигнализации и управления многими технологическими процессами.

Традиционно электроконтактные манометры изготовляются на базе показывающих приборов с трубчатой пружиной Бурдона или многовитковым чувствительным элементом. Но это для средних и больших давлений. При малых давлениях для устойчивой работы электромагнитного механизма требуются достаточные тяговые усилия, что не присуще трубчатым чувствительным элементам. При малых давлениях основным чувствительным элементом у деформационных электроконтактных манометрических приборов  служат мембраны или мембранные коробки. Основные конструкции таких устройств описаны в следующем разделе.

Принципиальные электрические схемы электроконтактных (сигнализирующих) манометрических приборов, согласно основному действующему ГОСТ 2405-88/3-9/,  приведены на рис. 3.11.

3.11.jpg

Рис. 3.11. Принципиальные электрические схемы электроконтактных (сигнализирующих) манометрических приборов: а – одноконтактная на замыкание (согласно ГОСТ 2405–88 – Исполнение I); б – одноконтактная на размыкание (Исполнение II); в – двухконтактная на размыкание–размыкание (Исполнение III); г – двухконтактная на замыкание–замыкание (Исполнение IY); д – двухконтактная на размыкание–замыкание (Исполнение Y); е – двухконтактная на замыкание–размыкание (Исполнение YI); 1 – указательная стрелка; 2 и 3 – электрические контакты указателя;  4 и 5 – зоны замкнутых  и  разомкнутых контактов соответственно; 6 и 7 – объекты воздействия 

 

Типовая схема функционирования электроконтактного манометрического прибора может быть проиллюстрирована рис. 3.11а (Исп.I). При росте давления и достижении им определенного значения указательная стрелка 1 с подвижным электрическим контактом входит в зону 4 и замыкает с помощью  контакта указателя 2 электрическую цепь прибора. Замыкание цепи в свою очередь приводит к вводу в работу объекта воздействия 6.

В схеме размыкания (рис. 3.11б, Исп.II) при отсутствии давления подвижные электрические контакты указательной стрелки 1 и базового контакта указателя 2 замкнуты. Под напряжением Uв находится электрическая цепь прибора и объект воздействия. При повышении давления и прохождении стрелкой зоны замкнутых контактов происходит разрыв электрической цепи прибора и соответственно прерывается электрический сигнал, направляемый на объект воздействия.

Наиболее часто в производственных условиях применяются манометры с двухконтактными электрическими схемами: одна используется для звуковой или световой индикации, а вторая – для организации функционирования систем различных типов управления. Так, схема размыкание–замыкание (рис. 3.11д, Исп.III) позволяет по одному каналу при достижении определенного давления разомкнуть одну электрическую цепь и получить сигнал воздействия на объект 7, а по второму – с помощью базового контакта 3 замкнуть находящуюся в разомкнутом состоянии вторую электрическую цепь.         

       Схема замыкание–размыкание (рис. 3.11е, Исп.IY) позволяет при увеличении давления одну цепь замкнуть, а вторую – разомкнуть.

Двухконтактные схемы на замыкание–замыкание
(рис. 3.11г, Исп.
Y) и размыкание–размыкание (рис. 3.11в, Исп.YI) обеспечивают при повышении давления и достижении одних и тех же или различных его значений замыкание обеих электрических цепей или соответственно их размыкание.

Описание моделей сигнализирующих (электроконтактных) манометрических приборов на основе описанных выше групп представлено ниже.


Наверх