12-4. Дифманометры поплавковые

Дифманометры поплавковые изготовляют по типу жидкостных чашечных приборов, рассмотренных выше. Сосуды поплавковых дифманометров располагают обычно -образно. У дифманометров этого типа измеряемый перепад давления уравновешивается давлением столба рабочей жидкости (ртути или трансформаторного масла), залитой в прибор. Измерение высоты этого столба осуществляется с помощью поплавка, передающего положение уровня рабочей жидкости в одном из сосудов на отсчетное устройство.

Рис. 12-4-1. Схема дифманометра поплавкового.

Передача хода от поплавка к отсчетному устройству может быть осуществлена механическим путем или с помощью электрического преобразователя на вторичный показывающий (самопишущий) прибор. У дифманометров с масляным заполнением поплавок выполняют пустотелым.

Дифманометры с ртутным заполнением предназначены для измерения: расхода жидкости, газа и пара по перепаду давления в сужающем устройстве; перепада давления жидкости и газообразных сред; уровня жидкости, находящейся под атмосферным, вакуум-метрическим или избыточным давлением.

Рассмотрим принципиальную схему дифманометра поплавкового с цилиндрическими сосудами, расположенными -образно (рис. 12-4-1). Здесь большее давление подается в широкий (плюсовый) сосуд, а меньшее действует на поверхность рабочей жидкости другого сосуда, называемого минусовым или сменным. Для получения необходимой перестановочной силы диаметр поплавка должен иметь достаточные размеры. Диаметр поплавка в свою очередь определяет оптимальные размеры площади поперечного сечения сосуда, в котором он находится. Размеры минусового сосуда (диаметр и высота) обычно выбираются в зависимости от измеряемого перепада давления,

Таким образом, изменяя у поплавковых дифманометров этого типа только размеры минусового сосуда, представляется возможность менять верхние пределы измерений в широком интервале от 0,063 до (от 0,0063 до 0,10 МПа), что является большим достоинством поплавковых дифманометров с сосудами, расположенными U-образно.

Под действием измеряемой разности давлений рабочая жидкость в минусовом (сменном) сосуде поднимается на высоту а в широком (плюсовом) сосуде опустится на высоту Тогда разность уровней рабочей жидкости в сосудах будет равна:

Если площадь сечения сменного сосуда, широкого сосуда, то равенство объемов дает:

откуда

где внутренний диаметр широкого сосуда, внутренний диаметр сменного сосуда,

Уравнение равновесия рабочей жидкости в дифманометре имеет вид:

где плотность рабочей жидкости, плотность вещества, находящегося над рабочей жидкостью,

Из уравнений (12-4-1) и (12-4-2) следует, что

откуда

Подставляя (12-4-4) в уравнение (12-4-3), получаем:

откуда

Если считать, что поплавок разгружен от действия сил трения в механизме прибора и сил поверхностного натяжения жидкости, то высота перемещения уровня жидкости в широком сосуде будет одновременно являться и высотой хода поплавка

Решая уравнение (12-4-4) относительно получаем:

Значение соответствующее предельному номинальному перепаду давления дифманометра, в общем случае выражается формулой

Если то плотностью можно пренебречь вследствие ее малости.

Решая совместно уравнения (12-4-1) и (12-4-5) относительно получаем формулу, позволяющую приближенно определить высоту сменного сосуда, в следующем виде:

Уравнениями (12-4-8) и (12-4-10) обычно пользуются для расчета сменного (минусового) сосуда поплавковых дифманометров, выполняемых по схеме, показанной на рис. 12-4-1.

Далее уточним, в каких случаях при применении поплавкового дифманометра наибольший измеряемый им перепад давления Др можно принять равным предельному номинальному перепаду давления дифманометра.

Предельный номинальный перепад давления поплавкового дифманометра согласно выражению (12-4-3) равен:

откуда

где предельная номинальная разность уровней рабочей жидкости в сосудах дифманометра, местное ускорение свободного падения, -множитель для перевода значения перепада давления, выраженного в Па, в значение, выраженное в

При работе поплавкового дифманометра наибольший измеряемый перепад давления равен:

где плотность соответственно рабочей жидкости и среды над ней при температуре 20°С и давлении

Подставляя в (12-4-13) (12-4-12), после несложных преобразований в общем случае будем иметь:

При градуировке и поверке дифманометров «минусовая» камера сообщается с атмосферой, а перепад давления создается путем подачи воздуха под давлением, равным в «плюсовую» камеру. Поэтому для поплавковых дифманометров плотностью воздуха можно пренебречь, так как и формула (12-4-14) примет вид:

Для дифманометров поплавковых с ртутным и масляным заполнением можно пренебречь сжимаемостью ртути и масла и уравнение (12-4-15) написать в следующем виде:

Этой формулой можно пользоваться для вычисления наибольшего измеряемого перепада давления Др по предельному номинальному перепаду давления дифманометров поплавковых, заполненных ртутью, над которой находится

вещество (кроме воды) плотностью маслом, над которым находится газ плотностью

Как показывают расчеты, при примейении поплавковых дифманометров, заполненных ртутью, над которой находится вода, сжимаемость воды можно не учитывать, если одновременно не учитывать сжимаемость ртути. В этом случае

где плотность соответственно воды и ртути при атмосферном давлении и температуре

При применении (12-4-17) погрешность при вычислении наибольшего измеряемого перепада давления за счет влияния сжимаемости ртути и воды при давлениях до не превышает 0,03%.

Если дифманометр заполнен ртутью, над которой находится газ плотностью или маслом, над которым находится газ плотностью то

Если предельный номинальный перепад давления выражен в то в формулах (12-4-16) — (12-4-18) следует подставлять значение

Полученные формулы для определения не могут быть использованы, если поплавковые дифманометры применяют с разделительными сосудами, не удовлетворяющими указанным в требованиям.

Рис. 12-4-2. Дифманометр поплавковый типа

Рассмотрим некоторые типы поплавковых дифманометров. На рис. 12-4-2 показана схема устройства самопишущего поплавкового дифманометра-расходомера с ртутным заполнением типа Прибор состоит из поплавкового плюсового 4 и сменного минусового 12 сосудов, соединенных -образно. Меняя сменный сосуд, можно изменять предельные номинальные перепады давления для данного типа прибора в пределах следующих значений: Если этим предельным номинальным перепадам давления присвоить семь порядковых номеров, то номер перепада давления будет соответствовать номеру сменного

сосуда. Диаметр плюсового сосуда этих дифманометров равен а высота полного хода поплавка —

В рассматриваемом приборе движение поплавка 3 передается рычажно-секторному механизму 5 и 7, преобразующему линейное перемещение поплавка в угловое перемещение шестерни 6. Связь этого механизма, находящегося в сосуде 4 под рабочим давлением, с отсчетным устройством, расположенным в корпусе прибора 1 под атмосферным давлением, осуществляется с помощью шестерни 6 магнитной муфты (рис. 12-4-2, б).

Магнитная муфта состоит из ведущего магнитопровода -образ-ной формы 13, ведомого ромбовидного постоянного магнита 14 и разделяющего их стакана 17, выполненного из немагнитного материала. Магнитопровод 13 имеет общую ось с шестерней 6, находящейся в зацеплении с сектором 7, сидящем на оси 11. Ось И является одновременно и осью рычага 5, связанного с поплавком (рис. 12-4-2, а). На оси 15, являющейся одновременно и осью ведомого ромбового магнита, жестко насажено лекало 16, профиль которого рассчитан по квадратичной зависимости.

На рис. 12-4-2, в показан самопишущий механизм прибора, предназначенного для измерения расхода вещества. По профилю лекала 16, насаженного на оси 15 магнитной муфты, скользит щуп 18, на оси которого жестко насажено перо 19 для непрерывной записи показаний прибора на дисковой диаграммной бумаге. Привод диаграммы осуществляется от синхронного двигателя, а у некоторых модификаций приборов — от часового механизма. На оси щупа может быть закреплен кривошип, который соединяют с рычагом интегратора. Этот кривошип используется также для передачи угла поворота щупа к трибко-секторному механизму показывающего дифманометра.

Дифманометр снабжен предохранительным клапаном 2 (рис. 12-4-2, а), который исключает возможность выброса ртути из прибора при одностороннем плюсовом давлении. Прибор включается в работу с помощью вентилей 8 и 10, которые имеют устройство для продувки Соединительных линий. Для выравнивания давления в сосудах при пуске прибора или поверке его на нуль служит уравнительный вентиль 9.

Дифманометры, предназначенные для измерения разности давлений и уровня жидкости, лекалом не снабжаются. У этих приборов на ось 15 магнитной муфты насаживается шестерня, которая с помощью сектора и четырехзвенника сочленяется с держателем (мостиком) пера.

Некоторые модификации дифманометров поплавковых могут быть снабжены сигнальным устройством, интегратором или пневматическим преобразователем с унифицированным пневматическим выходным сигналом.

Рассмотренный дифманометр типа рассчитан на предельное допускаемое рабочее избыточное давление Дифманометры-расходомеры, применяемые для измерения расхода

жидкостей, газов и пара по перепаду давления в сужающем устройстве, имеют класс точности 1, а дифманометры-перепадомеры и уровнемеры — 1 и 1,5,

Далее в качестве примера рассмотрим дифманометр поплавковый с масляным заполнением типа ДПЭМ, схематично показанный на рис. 12-4-3. Дифманометр не имеет отсчетных устройств. Он состоит из сменного 1 и поплавкового 2 сосудов, соединенных U-образно. На дне поплавкового сосуда укреплена разделительная трубка 6 из немагнитной нержавеющей стали. Снаружи на этой трубке установлен дифференциально-трансформаторный преобразователь 7. К поплавку 3 снизу прикреплена биметаллическая пластина 4, которая жестко связана с сердечником 5.

Биметаллическая пластина позволяет уменьшить температурную погрешность прибора. Дифференциально-трансформаторный преобразователь с помощью пружины 9 прижат к гайке 8, позволяющей перемещать преобразователь вдоль разделительной трубки в тех случаях, когда необходимо изменить его положение относительно сердечника (первоначальная установка на нуль). Однако при эксплуатации дифманометра корректировка нуля производится корректором нуля во вторичном приборе.

Рис. 12-4-3. Дифманометр поплавковый типа ДПЭМ.

Дифманометры ДПЭМ выпускаются на предельные номинальные перепады давления от 40 до 400 кгс/м2 (от 400 до 4000 Па).

Эти дифманометры имеют класс точности 1.

Если дифманометр отградуирован вместе с вторичным прибором, то комплекту присваивается класс точности 1,5. Дифманометры ДПЭМ рассчитаны на предельно допускаемое рабочее избыточное давление Они применяются для измерения расхода газа по перепаду давления в сужающем устройстве, разности давлений, разрежения (тяги) и небольшого избыточного давления (напора).

Дифманометры ДПЭМ могут работать в комплекте с одним вторичным прибором дифференциально-трансформаторной системы,