3.5. Точное измерение давления

Устройства изложенные в этом разделе предназначены для задания точных значений давления при регулировании, градуировке и поверке средств измерения давления, а также для прецизионного измерения давления.

3.5.1. Прецизионные датчики давления

Примером такого датчика является датчик избыточного давления ИПД (измерительный преобразователь давления) моделей 89006 и 89008 работающий в диапазоне от 0.0 до 10.0 МПа., имеющих предельную погрешность 0.06%, отнесенную к диапазону измеряемых давлений, при температуре окружающей среды 235^оС и ускорении свободного падения равным 0.98155м/сек².

Работа преобразователя основана на принципе силовой компенсации усилия измеряемого давления электронной схемой, электрический сигнал компенсации пропорционален измеряемой величине, кинематическая схема датчика приведена на рис.20.

В чувствительный элемент 12, сильфонного типа, подается измеряемое давление. Чувствительный элемент преобразует это давление в усилие, которое передается на рычаг 7, сбалансированный относительно упругой ленточной опоры 8. Под действием усилия и связанный с ним плунжер 10 индикатора рассогласования 11 совершают перемещения. Индикатор рассогласования преобразует перемещение в сигнал переменного тока, поступающий на вход усилителя 5. Выходной сигнал усилителя в виде постоянного тока поступает в подвижную обмотку 3 и обмотку коррекции нелинейности 2 двух силовых механизмов 4 и одновременно на блок резисторов 9, с которого снимается выходной сигнал преобразователя.

Рис.20. Кинематическая схема датчика ИПД.

В силовом механизме взаимодействие поля постоянного магнита 1 с магнитным полем, создаваемым током, протекающим по обмоткам 2 и 3, создается усилие, пропорциональное этому току и усилию, развиваемому чувствительным элементом.

Для периодической корректировки нуля и диапазона изменения выходного сигнала в преобразователе имеются корректор нуля, корректор диапазона и нагрузочное устройство 6, состоящее из груза – шара и механизма загрузки шаром рычага 7. Управление механизмом загрузки рычага осуществляется переключателем, при этом преобразователь переходит в режим КАЛИБРОВКА. Корректоры нуля и диапазона имеют настройку ГРУБО и ТОЧНО, они задают значения соответствующих сопротивлений в блоке резисторов.

Особенность конструкции преобразователя (силовые механизмы и нагрузочное устройство) требуют выставление положения преобразователя на плоскости по уровню, путем регулирования опорных стоек.

3.5.2. Задатчики давления

Автоматические задатчики давления типа АЗД представляют собой автоматизированные грузопоршневые манометры избыточного давления с фотоэлектрическим управлением, подача и сброс давления в которых осуществляется с помощью электромагнитных клапанов, имеющих предельную погрешность 0.05%, отнесенную к верхнему пределу задаваемого давления, при температуре окружающей среды205^оС и ускорении свободного падения равным 0.98155м/сек².

Пневмогидравлическая схема задатчика приведена на рис.21.

Рис. 21 Пневмогидравлическая схема задатчика типа АЗД.

Поршневая пара состоит из поршня 5 и цилиндра 6, который соединен с разделительным бачком 1. Уровень рабочей жидкости в бачке выше края цилиндра 6, что исключает попадание воздуха под поршень. Рабочая жидкость заливается в бачок 4 через воронку 11 с запорным винтом. Жидкость, которая появляется в результате утечки через зазоры между поршнем и цилиндром, стекает в выточку 3 цилиндра, а затем через канал в стенке цилиндра в бачок 4.

Воздух в верхнюю часть бачка 1 и к поверяемым приборам поступает от сети пневмопитания через клапан давления КД и дроссель 10. Сброс воздуха в атмосферу при обратном ходе задатчика осуществляется через клапан сброса КС, дроссель 9 и повторитель 7 с мембраной 8. Скорости нарастания и сброса давления регулируются дросселями 10 и 9. Пружина повторителя отрегулирована так, что мембрана открывает сопло повторителя, когда становится заметной затяжка времени задания очередного давления при обратном ходе задатчика.

Устройство грузопоршневого манометра приведено на рис.22.

Поршневая пара состоит из поршня 5 и цилиндра 6, который закреплен на цилиндре 8. Между цилиндрами имеется уплотнительное кольцо 7. Грузы 2 устанавливаются на соответствующие ступени корпуса 3, в котором имеется три вертикальных паза.

Рис.22. Автоматический грузопоршневой манометр.

Для осуществления автоматического наложения грузов на поршне 5 с помощью винта 4 закреплена ступенчатая втулка 27, имеющая три лепестка, которые входят в пазы корпуса 3.

Для устранения сухого трения в поршневой паре цилиндр 8 приводится во вращение от электродвигателя (на рисунке не показан) пассиком 9.

Цилиндр 8 установлен в цилиндре 20 на шарикоподшипнике 10. Поршень 5 со втулкой 27 удерживается от вращения корпусом 3. Контакт между корпусом 3 и втулкой 27 осуществляется через ролик 26, установленный на агатовых подпятниках, что обеспечивает минимальное трение при вертикальных перемещения втулки 27 с поршнем и грузами.

Бачок для рабочей жидкости состоит из прозрачного фланца 21 и фланца 16, уплотненных прокладками, и плитой 22. Соединение бачка с вращающимся цилиндром 8 осуществляется штуцером 18, уплотняется кольцевыми прокладками 17, 19. Проходные отверстия штуцера 18 преотвращают попадание воздуха из верхней части бачка в полость под поршень. Рабочая жидкость попадает в бачок из верхнего бачка образованного корпусом 12 и плитой 22, через отверстие 14 в плите. В этот бачок стекает рабочая жидкость при работе грузопоршневого манометра, выдавливаемая через зазоры в поршневой паре. Заправка рабочей жидкости происходит через винт 13 с воронкой, имеющего торцовое уплотнение с плитой 22. Когда винт 13 не уплотнен, рабочая жидкость перетекает из воронки и из емкости сбора вытекшей жидкости поршевой пары. При работе грузопоршневого манометра винт-воронка зажат, и бачок под плитой 22 герметичен и сообщается с магистралью давления через штуцер 11. Давление воздуха в магистрали передается на рабочую жидкость и последняя поднимает (опускает) поршень с грузами.

С помощью регулируемых ножек 15 грузопоршневой манометр устанавливается горизонтально по уровню.

На втулке 27 укреплен индикатор 25, имеющий горизонтальные прорези, их количество соответствует максимальному количеству грузов, через которые свет от электрической лампы 24 при определенных положениях индикатора попадет на фотодиод 23, укрепленный через втулку на цилиндре 20. Таким образом, фиксируется наложение (снятие) очередного груза и давление в магистрали оказывается равным грузам, находящимися на поршне.

Ход поршня ограничивается винтом-ограничителем 1, ввернутым в планку 29, под действием силы тяжести которой, включен микропереключатель 28.

Другая рановидность задатчиков давления, основанных на динамическом взаимодействии конического поршня и потока воздуха представлена серией задатчиков давления серии “ВОЗДУХ”, имеющих предельную погрешность до 0.02%, отнесенную к верхнему пределу задаваемого давления, при температуре окружающей среды205 ^оС и ускорении свободного падения равным 0.98155м/сек².

Основной элемент прибора – преобразователь силы в давление. Под влиянием динамического воздействия струи поршень поднимается с седла, перемещается на некоторую высоту и остается во взвешенном состоянинии, поскольку действующие на него силы, а именно вес поршня и сила, развиваемая перепадом давления на поршне, взаимно уравновешены. Устройство грузопоршневого манометра серии “ВОЗДУХ”, приведено на рис.23.

Рис. 23 Пневмосхема задатчика давления серии ВОЗДУХ.

Задатчик давления состоит из сопла 1, внутри которого расположен поршень 2, связанный с оправкой 3, гирями 5 и гирей с маркировкой П. Междроссельная камера 4 через дроссель 6, образованный соплом 1 и вставкой 7 соединена с емкостью 8, а через капилляр 9 с выходной емкостью 10. Емкость 8 соединена с камерой 13 регулятора расхода 12 и постоянным дросселем 11. Воздух в камеру 13 поступает из камеры 14 соединенной с камерой 15 и постоянным дросселем 11 через сопло 16. Камеры 8, 13, 14 и камеры 15, 17, 20 сообщаются между собой соплами, образованными мембранами 19 и жесткими центрами 18, эффективные площади мембран связаны определенным соотношением. Давление питания подается в камеру 20 через сопло 21 от входного вентиля 24. Камеры 13 и 17 сообщаются с атмосферой. Емкость 10 сообщается с потребителем через выходной вентиль 23.

Задатчик осуществляет операцию преобразования усилия, заданного весом поршня 2, оправки 3 и гирь 5 в избыточное давление по формуле:

где: – выходное давление задатчика; – коэффициент пропорциональности; – масса поршня, оправки и гирь; – местное ускорение свободного падения; – эффективная площадь поршня.

Задатчик при работе устанавливается по уровню 22 регулируемыми опорами 25.

Принцип действия состоит в том, что при подаче давления питания и открытом вентиле 24 в междроссельной камере 4 задатчика давления создается давление равное весу поршня, оправке и гире с маркировкой П, соответствующее первому значению диапазона задаваемых давлений. При изменении массы гирь, например при увеличении, поршень опускается и уменьшается зазор между поршнем 2 и соплом 1. Это приводит к увеличению давления в междроссельной камере 4 и камере 8 регулятора расхода 12 с постоянным дросселем 11. Регулятор расхода выходит из состояния равновесия, увеличивая зазор между жестким центром 18 и мембраной 19. Это приводит к росту давления в камерах 14 и 15, давление в камере 13 увеличит расход и давление воздуха проходящего через постоянный дроссель 11, что будет выравнивать давление в камерах 8 и 13, уменьшая зазор между жестким центром 18 и мембраной 19. Регулятор расхода и давления будет переходить в состояние равновесия, определяемое соотношением площадей срезов сопел мембран 12, 16 и 19.

При этом перепад давления на постоянном дросселе 11 пропорционален выходному давлению, что обеспечивает установление поршня 2 в определенное положение и постоянство его эффективной площади.

При уменьшении массы гирь происходит обратный процесс, для обеспечения состояния равновесия регулятора расхода, камера 13 сообщается с атмосферой.

Для обеспечения высокой точности задатчика в широком диапазоне воспроизводимых давлений необходимо, чтобы давление в сопле 16 было пропорционально выходному давлению. Последнее обеспечивается регулятором давления, построенном на камерах 17 и 20, сопле с заслонкой 21 и сопле мембраны 19. При этом выполняется условие равенства нулю разности произведения давления камеры 17 на эффективную площадь мембраны 19 и произведения давления камеры 15 на эффективную площадь мембраны 19 с давлением сети на эффективную площадь сопла заслонки 19. Для обеспечения состояния равновесия регулятора давления, камера 17 сообщается с атмосферой.

Давление питания не влияет на точность задатчика, так как изменения давления питания компенсируются перемещением заслонки 19.

Емкости 8, 10 и капилляр 9 обеспечивают устойчивость работы задатчика. Задатчику придается соответствующий комплект гирь.

Рисунок 4

1 минимально зарегистрированная температура на входе в авиадвигатель составила –93^оС при высотном полете

2 Эффект Пельтье – в рабочем спае термопары тепло поглощается, а в холодном выделяется т.е. происходит некоторое снижение температуры тела, температура которого измеряется; эффект Томпсона заключается в поглощении или выделении тепла по длине термоэлектродов при наличии температурного градиента; эффект Джоуля состоит в выделении тела, пропорционального квадрату тока в цепи. Эффекты Пельтье и Томпсона обратимы.