МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

METHODS AND INSTRUMENTS FOR PRESSURE MEASUREMENT

Dmitry Konoplin

4rd year student, chairn of automated control systems, Institute of energy and automated systems, Nosov Magnitogorsk State Technical University,

Russia, Magnitogorsk

Elena Mukhina

scientific supervisor, Senior Lecturer of the Department of ACS, Nosov Magnitogorsk State Technical University,

Russia, Magnitogorsk

АННОТАЦИЯ

Более 50% всех измерений, которые необходимо выполнять во многих отраслях жизнедеятельности, связаны с измерением давления. Именно давление заслуживает особого внимания из-за своего многообразия единиц измерения и достаточно объёмной классификации измерительных приборов. Благодаря индивидуальным требованиям к поставленным задачам, начиная от физико-химических свойств среды и заканчивая требуемыми результатами, разработаны различные методы измерения давления.

ABSTRACT

More than 50% of all measurements that need to be performed in many branches of life are related to pressure measurement. It is the pressure that deserves special attention because of its variety of units of measurement and a sufficiently voluminous classification of measuring devices. Due to the individual requirements for the tasks, starting from the physico-chemical properties of the measured environment and ending with the required result, scientists have developed various methods of pressure measurement.

Ключевые слова: измерение, давление, методы, средства измерений.

Keywords: measurement, pressure, methods, measuring instruments.

Введение

Если говорить о силе, которая распределена равномерно, при этом она действует на единицу площади какой-либо поверхности перпендикулярно данной поверхности, то можно точно сказать, что речь пойдёт о такой физической величине как давление. В зависимости от условий поставленной задачи и для успешного решения, нам необходимо знать, что давление бывает: атмосферным (барометрическим), абсолютным, избыточным, дифференциальным, вакуумметрическим.

Помимо того, что известно какое бывает давление, для успешной реализации точного его измерения необходимо понимать в какой области будут совершенны измерения. Например, где-то требуется повышенная точность (лабораторные условия работы), а если необходимо получить результат измерений в экстремальных условиях, то такие средства измерений (СИ) называют специальными.

Исходя из того, что давление очень разнообразная физическая величина, существует классификация приборов для его измерения. Для выбора СИ необходимо учитывать набор факторов: род измеряемой величины, область применения, способ отображения информации и принцип действия [1]. Далее рассмотрим методы измерения давлений исходя из принципов их действия.

U- образный жидкостный манометр

U- образный жидкостный манометр (рисунок 1), это прибор в котором один из концов прозрачной трубки имеет непосредственный контакт с атмосферным давлением. Другой конец трубки с помощью специальных устройств сочленяется с трубопроводом. На эту часть трубки воздействует давление измеряемой среды. Стороны такого манометра имеют одинаковую длину. Принцип измерения давления с помощью этого прибора основан на непосредственном наблюдении разности уровней h рабочей жидкости. Такие манометры применяют в основном при проведении лабораторных исследований. Таким способом можно измерить небольшое избыточное давление, атмосферное давление, уровень разрежения, разность давлений [2].

Рисунок 1. U- образный жидкостный манометр

Грузопоршневой манометр

Схематичное изображение установки грузопоршневого манометра и гидропресса представлено на рисунке 2. Принцип действия грузопоршневого манометра заключается в создании давления в гидропрессе за счёт толкания поршня (11), который непосредственно толкает рабочую жидкость с определённой вязкостью по каналам, перекрываемым вентилями (7) и (10). Через эти каналы происходит взаимодействие с грузопоршневым манометром и манометром (9). С помощью калиброванных грузов (5), которые помещаются на тарелку (6) необходимо выровнять поршень (2) в цилиндре (1) по специальным меткам (4). Очень важна точность зазора между поршнем и цилиндром, по этому зазору можно судить о классе точности всего прибора. В идеале этот зазор равен 3 мкм. Через горловину (8) заливается рабочая жидкость. Так же в данной установке имеется ограничитель хода поршня (3). В зависимости от веса грузов судят о величине созданного давления. Благодаря отличному классу точности грузопоршневых манометров, их применяют для поверки рабочих манометров [3].

Рисунок 2.  Схема установки с грузопоршневым манометром

Деформационные манометры

В этих приборах измеряемое давление или разрежение уравновешивается силами упругого противодействия различных чувствительных элементов, деформация которых, пропорциональная измеряемому параметру, через рычаги передается на стрелку или перо прибора. При снятии давления чувствительный элемент возвращается в первоначальное положение под воздействием упругой деформации.

Рисунок 3.  Деформационные манометры

Деформационные манометры нашли широкое применение в промышленности, что обусловлено простотой и надежностью конструкции, наглядностью показаний, малыми габаритами, высокой точностью и широкими пределами измерения. На рисунке 3 схематично показано, что используется в  качестве измерительных элементов деформационных манометров и измерительных преобразователей давления, разрежения и перепада давлений: одновитковая трубчатая пружина, сильфон, мембранная коробка, многовитковая трубчатая пружина, вялая мембрана, жесткая мембрана [4].

Электрические приборы давления

Электрические приборы давления заслуживают особого внимания так как их принцип действия разнообразен и основан на изменении электрических свойств чувствительных элементов при воздействии внешнего давления. С помощью таких приборов можно измерять избыточное, абсолютное давление, а также разность давлений. Всё зависит от выбранной модели датчика. Наиболее часто встречающимися манометрами такого типа являются: тензорезистивные, емкостные и пьезоэлектрические. У каждого типа есть свои достоинства и недостатки, поэтому необходимо близко ознакомиться с каждым типом и характеристиками таких датчиков. Но достоинств у таких типов манометров оказалось весьма хорошее количество, поэтому такие приборы получили достаточно широкое распространение в разных областях промышленности. Одно из немаловажных достоинств является то, что такие датчики позволяют измерять давление в диапазоне от 60 Па до 1000 МПа. Приборы изготавливаются с классами точности от 0,1 до 2,5. В состав этих приборов в обязательном порядке входят соответствующие электрические преобразователи с унифицированным токовым выходом. А это очень важно для дистанционного просмотра показаний датчика, так как необходимо вести контроль давления даже если прибор установлен в труднодоступном месте. Электрические приборы давления являются неотъемлемой частью автоматизации производства [5].

Заключение

Только изучив информацию и выставив приоритеты, можно сделать правильный выбор СИ, при котором будет получено решение поставленной задачи.

Список литературы:

1. Друзьякин, И.Г. Технические измерения и приборы: учеб. пособие / И.Г. Друзьякин, А.Н. Лыков. — Пермь: Изд-во Пермского. гос. техн. ун-та, 2008. — 426 с. — ISBN 978-5-398-00109-9. – Текст: непосредственный.
2. Дивин, А. Г. Методы и средства измерений, испытаний и контроля: учеб. пособие / А. Г. Дивин, С.В. Пономарёв, Г.В. Мозгова — Тамбов: Издательство ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. — 109 с. — ISBN 978-5-8265-1102-2. — Текст: непосредственный.
3. Серова, Т. Б. Манометры / Т. Б. Серова. — Москва: Лань, 2020. — 228 с. — ISBN 978-5-93088-209-4. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/219509 — Режим доступа: для авториз. пользователей.
4. Пищухина, Т. А. Элементы технических систем управления: учеб. пособие / Т. А. Пищухина. — Оренбург: Лань, 2019. — 136 с. — ISBN 978-5-7410-2397-6. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://reader.lanbook.com/book/159970#2 — Режим доступа: для авториз. пользователей.
5. Лепявко, А. П. Цифровые средства измерений давления и температуры: учебное пособие / А. П. Лепявко. — Москва: Лань, 2009. — 102 с. — ISBN 978-5-93088-087-8. — Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система. — URL: https://e.lanbook.com/book/69324 — Режим доступа: для авториз. пользователей.