Запитання до самоконтролю

3.1) Які є системи електромеханічних амперметрів і вольтметрів і в чому полягає суть кожної з них?

3.2)  Що таке клас точності вимірювальних приладів?

3.3) Які вимоги ставляться до побудови шкал електромеханічних амперметрів і вольтметрів?

3.4) В чому полягає суть повірки амперметрів і вольтметрів?

3.5) Що передбачає методика повірки амперметрів і вольтметрів?

3.6) Як визначається основна похибка і варіація амперметрів і вольтметрів?

Лабораторна робота № 4

4 Вивчення принципу дії, будови і методики повірки манометрів з трубчатою пружиною за допомогою вантажопоршневого манометра

Мета заняття: вивчити принцип дії і будову одновиткових пружинних і вантажопоршневих манометрів (ВМП). Засвоїти методику повірки манометрів з трубчатою пружиною і набути практичних навиків її проведення за допомогою ВПМ.

Прилади і обладнання: взіцевий і робочий пружинні манометри і вантажопоршневий манометр.

Тривалість: 2 год.

Основні теоретичні положення необхідні для виконання роботи. Опис засобів вимірювання, які застосовуються в роботі

Одиниці вимірювання тиску

В результаті дії сили на поверхню тіла виникає тиск. Крім тиску від дії сили, на всі тіла на землі діє атмосферний тиск – тиск навколишнього повітря.

Існують наступні поняття: абсолютний тиск, атмосферний тиск і надлишковий тиск. Вони пов’язані наступною залежністю:

. (4.1)

Надлишковий тиск може мати, як додатнє так і від’ємне значення. Абсолютний тиск нижче атмосферного характеризує стан, який називають розрідженням. Для вимірювання тиску і розрідження використовують однакові одиниці вимірювання [12].

Згідно Міжнародної системи одиниць, одиницею вимірювання тиску є ньютон на квадратний метр (н/м²), яка називається паскалем (Па). Дана одиниця повинна застосовуватись, як основна під час вимірювання тиску. Одиниця Па надто мала, що призводить до використання на практиці одиниць – кілопаскаль (кПа) і мегапаскаль (МПа). Для технічних вимірювань була прийнята технічна атмосфера, що рівна тиску, який виконує сила в 1 кгс (кілограм-сила) (9,80665 н) на площу в 1 см². Невеликі тиски вимірюють приладами, за допомогою яких визначається висота стовбчика рідини (ртуті, води), яка створює такий же тиск: міліметри ртутного стовпчика (мм рт. ст.) і міліметри водяного стовпа (мм вод. ст.). У додатку Д наведені співвідношення між одиницями вимірювання тиску.

Класифікація засобів вимірювання тиску

Для вимірювання тиску і розрідження застосовують різноманітні прилади. Надлишковий тиск вимірюють манометрами, розрідження – вакууметрами, атмосферний тиск – барометрами. Крім цих засобів, існують прилади для вимірювання тиску і вакууму – мановакууметри, для вимірювання тиску і розрідження в невеликих межах – тягонапороміри, які мають нульову відмітку по середині шкали. Під час наявності тиску чи розрідження, стрілка приладу відхиляється в ту чи іншу сторону від нуля.

Серед промислових засобів вимірювання тиску найбільше поширення отримали прилади з одновитковою трубчатою пружиною, які в залежності від виду вимірюваного тиску поділяються на манометри надлишкового тиску, манометри абсолютного тиску, вакууметри і мановакууметри. Принцип дії таких приладів полягає на використанні деформації пружного елементу (трубчатої пружини), який сприймає вимірювальний тиск середовища і перетворює його в переміщення або зусилля. До переваг таких приладів відносяться простота будови, надійність, універсальність, портативність, великий діапазон вимірювальних тисків (до сотень МПа), а також можливість створення приладів достатньо високого класу точності (0,15 і вище) [13].

Манометр з трубчатою одновитковою пружиною

Основною частиною монометра (рис. 4.1) є трубка (пру-жина) 2 зігнута дугою на кут від 180 до 270⁰. Один кінець трубки закритий, а другий з’єднаний з основою 6. Для вимірювання тиску ніпель 7 основи 6 з’єднують з середовищем, в якому вимірюють тиск. До приливу 10 основи прикріплений корпус приладу, а до стойки 11 – його механізм. За допомогою повідки (тяги) 9 закритий кінець з’єднаний із зубчатим сектором 8. Сектор зчеплений з шестернею 5, укріпленою на осі, що несе стрілку 4 манометра. Стрілка переміщується за шкалою циферблату 3, закритого склом.

1 – корпус; 2 – трубка (пружина); 3 – циферблат зі шкалою;

4 – стрілка; 5 – шестерня; 6 – основа; 7 – ніпель; 8 – зубчастий сектор; 9 – поводок (тяга); 10 – приплив;

11 – стійка; 12 – спіральна пружина

Рисунок 4. 1 - Будова манометра з трубчастою одновитковою пружиною

Якщо подати на манометр тиск робочого середовища, то під впливом цього тиску овальне січення трубки 2 намагається перетворитись в кругле, що змушує трубку розгинатись. Внаслідок цього поводок 9 приводить в рух зубчатий сектор 8, який повертає шестерню 5, яка з ним зчеплена, а з нею і стрілку приладу 4. Механізм регулюють шляхом зміни довжини повідки 9 і плеча сектору 8. Для усунення мертвих ходів (люфтів) механізму слугує спіральна пружина 12, яка постійно притискає шестерню 5 до одного боку зубчастого сектору.

Для вимірювання тиску до 200 кгс/см² (1960^.10⁴ н/м²) застосовують манометри з трубчатою пружиною з латуні. Більш високі тиски вимірюють манометром із стальною пружиною. Основна допустима похибка робочих манометрів від ± 1 до ± 2,5 % максимального значення шкали.

Аналогічно робочому манометру побудовані контрольні і взірцеві манометри, манометри з контрольною стрілкою, контактні манометри, манометри спеціального призначення, вакууметри і мановакууметри [14].

Циферблат манометра градуюється відповідно до одиниць вимірювання тиску.

На циферблаті показуючого приладу для вимірювання тиску крім розмітки шкали, її цифрових відміток повинні бути нанесені:

- одиниці вимірювань;

знак «мінус» перед числом, що визначає верхню межу вимірювання вакууметричного тиску;

- клас точності;

- умовне позначення робочого положення приладу, якщо воно відрізняється від нормального;

- найменування або умовне позначення вимірювального середовища.

Крім цього, на циферблаті приладу може бути нанесена наступна рекомендована інформація:

- умовне позначення приладу;

- знак Державного реєстру;

- товарний знак підприємства-виробника.

В залежності від функціонального призначення приладів окремі елементи шкали виділяються яскравим кольором (зеленим, жовтим, червоним). Під час цього, як правило, жовтим кольором виділяють вихід вимірюваного параметра за межі норми, а червоним кольором – його аварійний стан.

В додатку И наведені додаткові умовні позначення, які дозволені до нанесення на шкалі приладів, призначених для вимірювання тиску середовища з певними властивостями.

Проведення повірки манометрів

Під час повірки манометрів, під якою розуміють визначення їх похибки з метою встановлення придатності до дальшого використання, найважливішим питанням є вибір взірцевих приладів з відповідними діапазонами вимірювання і забезпечення під час цього необхідного співвідношення допустимих похибок між ними.

Згідно з діючою нормативно-технічною документацією, під час вибору взірцевих приладів для повірки засобів вимірювання тиску необхідно дотримуватися наступних вимог:

- верхня границя вимірювання взірцевого приладу повинна бути не меншою від верхньої границі вимірювання повірюваного приладу;

- границя допустимої основної похибки взірцевого приладу повинна бути не більшою від 0,25 границі допустимої основної похибки вимірювального приладу.

Відлік показів повірюваних приладів класів точності 0,4 і 0,6 необхідно здійснювати не менше ніж на восьми значеннях тиску, а класів точності 1; 1,5; 2,5; 4 – не менше ніж на п’яти значеннях тиску.

Під час проведення повірки манометрів використовуються такі засоби повірки:

- вантажопоршневі манометри (ВПМ) (до 1500 МПа);

- рідинні компенсаційні мікроманометри (до 10 кПа);

- взірцеві пружинні манометри (до 60 МПа).

Вантажопоршневі манометри є найбільш точні (поділяються на три розряди з класами точності 0,02; 0,05; 0,2 ) і дають найліпшу повторюваність результатів вимірювання.

Основною вимірювальною частиною вантажопоршневого манометра є колонка 11 (рис. 4.2). В каналі колонки із шліфованими стінками знаходиться стальний поршень 7. Пор-шень вільно переміщується по циліндру, проте він пришліфований до внутрішньої поверхні каналу з дуже малим зазором з метою забезпечення необхідного ущільнення. На штоку пор-шня 7 закріплена тарілка 9 знімними вантажами 8 [15].

Для проведення повірки ніпелі манометра вкручують в отвори штуцерів 5 і 12. Якщо встановлюють один повірюваний прилад, тоді вільний штуцер закривають вентилем 4. Тиск, який створюється вантажами і поршнем, через вентиль 6 колонки передається до штуцерів повірюваних манометрів, вентилі яких повинні бути відкриті; спускний вентиль 14 повинен бути закритий. Щоб зменшити тертя, поршень 7 з тарілкою 9 і вантажами 8 приводять в обертальний рух вручну.

1, 7-поршні; 2-гвинт; 3-руків’я; 4, 13-вентилі штуцерів;

5, 12-штуцери; 6-вентиль колонки; 8-вантажі; 9-тарілка; 10-воронка для масла; 11-колонка; 14-спускний вентиль

Рисунок 4. 2 - Будова вантажопоршневого манометра

Кожен з вантажів важить 1 кг і створює тиск 1 кг/см². Вага поршня з тарілкою без вантажу також створює тиск 1 кг/см². Самий більший тиск, який можна виміряти приладом 50 кгс/ см². Для повірки манометрів з більшою межею вимірювань користуються гвинтовим пресом.

Під час роботи із вантажопорневим манометром необхідно дотримуватись наступних правил:

1) Не можна витягати поршень з колонки, а якщо необхідно його тимчасово витягнути, то потрібно ставити вертикально тарілкою вниз.

2) Не можна прикладати зусилля під час введення пор-шня в колонку. Вставляти поршень необхідно строго вертикально, щоб не погнути його.

3) В прилад необхідно заливати чисте профільтроване вазелінове або трансформаторне масло.

4) Воронка колонки повинна бути завжди закритою кришкою, щоб попередити попадання в масло пилюки і інших твердих часток.

5) Дно воронки потрібно очищати від бруду, який випадає в осад.

6) Під час очищення колонки не можна застосовувати дріт чи інші металічні предмети.