12-2. Дифманометры колокольные

Дифманометры колокольные могут быть использованы для измерения расхода газа по перепаду давления в сужающем устройстве. Эти дифманометры можно применять также для измерения малых избыточных и вакуумметрических давлений газа, а также перепадов давления.

Наибольшее распространение из числа колокольных дифманометров получили приборы, - использующие один колокол, плавающий в жидкости и перемещающийся под воздействием давления или разности давлений газа. Таким образом, перемещение колокола

может служить мерой измеряемого давления или перепада давления газа. Бывают колокольные дифманометры с двумя колоколами и двухжидкостные [59], но они распространения не получили.

В приборах с колоколом, свободно плавающим в жидкости, измеряемый перепад давления уравновешивается силой, возникающей вследствие увеличения силы тяжести при его подъеме. Этот способ уравновешивания обычно называют гидростатическим.

Уравновешивание измеряемого давления или перепада давления, воспринимаемого колоколом, может осуществляться с помощью специального груза или упругими силами винтовой пружины..

Рис. 12-2-1. Схема дифманометра колокольного.

Такой способ уравновешивания обычно называют механическим.

Способ уравновешивания с помощью груза широкого распространения не получил и в приборах, выпускаемых в настоящее время, не реализуется.

У дифманометров колокольных с гидростатическим уравновешиванием колокол должен быть толстостенным и с достаточно большой рабочей площадью.

В качестве разделительной жидкости вэтих приборах применяют ртуть. Колокольные дифманометры этого типа в настоящее время не изготовляют и не применяют.

У дифманометров колокольных с уравновешиванием упругими силами винтовой пружины колокола изготовляют тонкостенными, а в качестве разделительной жидкости применяют трансформаторное масло. Форма колоколов у дифманометров колокольной системы может быть разнообразной, но в большинстве случаев колокола выполняются цилиндрической формы, ход которых пропорционален измеряемому давлению или перепаду давления. Имеются также дифманометры с колоколами, внутренние стенки которых имеют профилированную форму, ход этих колоколов пропорционален квадратному корню из значения измеряемого перепада давления [59]. Дифманометры этого типа вследствие сложности изготовления профилированного колокола и необходимости применения в качестве разделительной жидкости ртути распространения не получили.

Рассмотрим колокольный дифманометр, схематически показанный на рис. 12-2-1, У этого прибора колокол, подвешенный на постоянно растянутой винтовой пружине, частично погружен в разделительную жидкость (трансформаторное масло), налитую в сосуд.

Колокол прибора будет находиться в равновесии, а уровень разделительной жидкости на отметке до тех пор, пока под колоколом и в сосуде над ним давления одинаковы В этом случае равнодействующая сил, равная разности между силой тяжести колокола и гидростатическим давлением, уравновешивается силой упругости винтовой пружины:

где жесткость винтовой пружины, длина начального растяжения пружины, принимаемая равной начальной глубине погружения колокола, площадь поперечного сечения стенок колокола, плотность разделительной жидкости, ; G - сила тяжести колокола, -местное ускорение свободного падения,

Для дифманометров с тонкостенным колоколом можно пренебречь гидростатическим давлением и принять в уравнении (12-2-1) площадь поперечного сечения колокола да 0 вследствие ее малости. Для этого случая уравнение (12-2-1) принимает вид:

При возникновении разности давлений равновесие сил, приложенных к колоколу, нарушается. При этом появляется подъемная сила от перепада давления, направленная вверх, которая будет перемещать колокол в том же направлении. Это в свою очередь вызовет возникновение противодействующей силы, обусловленной изменением упругих сил винтовой пружины вследствие ее деформации. Когда подъемная сила сделается равной по своему значению противодействующей силе, то колокол, переместившись на высоту займет новое положение равновесия

Уравнение, определяющее новое состояние равновесия колокола, а вместе с тем и устанавливающее зависимость между измеряемой разностью давления и значением имеет вид:

или с учетом уравнения (12-2-2)

где внутренняя площадь колокола,

Из уравнения (12-2-3) следует, что для приборов с тонкостенным колоколом значение не зависит от плотности разделительной жидкости, но плотность определяет тот максимальный перепад который может быть измерен данным прибором. Таким образом, при применении колокольного дифманометра этого типа наибольший измеряемый им перепад давления можно принять равным предельному номинальному перепаду давления прибора.

Уравнение, определяющее чувствительность рассматриваемого дифманометра, имеет вид:

Таким образом, изменяя жесткость пружины и внутреннюю площадь колокола, можно изменять чувствительность прибора, а следовательно, и верхний предел измерения.

Следует отметить, что изменение показаний дифманометра с тонкостенным колоколом при отклонении температуры окружающего воздуха от нормальной температуры до любой температуры от 5 до 50°С очень мало и им можно пренебречь. Это является большим преимуществом приборов данного типа.

Рис. 12-2-2. Дифманометр колокольный типа ДКО.

Изменение верхних пределов измерений у дифманометров колокольных достигается сменой пружин и колокола, причем для перекрытия всех рабочих диапазонов от 0 до (от 0 до 1000 Па) обычно бывает достаточно иметь два размера колоколов.

Для ознакомления с устройством колокольных дифманометров в качестве примера рассмотрим выпускаемый в настоящее время Ивано-Франковским приборостроительным заводом дифманометр колокольный типа ДКО (модель 3702), схематично показанный на рис. 12-2-2, в котором разность давлений, воспринимаемая колоколом, уравновешивается упругими силами винтовой пружины. Дифманометр этого типа, выпускаемый без отсчетных устройств, снабжен дифференциально-трансформаторным передающим преобразователем

В рассматриваемом приборе тонкостенный стальной колокол 3, подвешенный на винтовой пружине 5, плавает в разделительной жидкости (трансформаторном масле), налитой в сосуд 4. Трансформаторное масло отделяет «плюсовую» камеру (под колоколом) от «минусовой» (над колоколом). Для понижения центра тяжести колокола в нижней его части прикреплен кольцевой груз 10, который при перемещении колокола остается всегда погруженным в масло.

Дифференциально-трансформаторный преобразователь 9 закреплен на разделительной трубке 8, выполненной из нержавеющей

немагнитной стали. Внутри разделительной трубки находится сердечник 11, жестко связанный с колоколом с помощью стержня 7, выполненного из немагнитной стали,

Дифманометр имеет два запорных вентиля для включения и выключения прибора и один уравнительный вентиль. При работе прибора большее (или избыточное) давление подается через вентиль, обозначенный знаком и трубку 1 в запасную камеру (ловушку), а затем по трубке 2 — в пространство под колоколом. Меньшее (или вакуумметрическое) давление через вентиль, обозначенный знаком и трубку 6 поступает во вторую запасную камеру (ловушку) и через трубку 12 подается в пространство над колоколом. Под действием измеряемой разности давлений колокол и жесткосвязанный с ним сердечник дифференциальнотрансформаторного преобразователя перемещаются до тех пор, пока усилйе от приложенной к колоколу разности давлений не уравновесится упругими силами винтовой пружины. Перемещение сердечника приводит к изменению взаимной индуктивности между первичной и вторичной цепями преобразователя, а вместе с тем и к изменению выходного сигнала.

Если измеряемый перепад давления будет превышать предельное номинальное значение, повреждения дифманометра не произойдет, так как при больших и длительных перегрузках разделительная жидкость частично сбрасывается в запасные камеры. Если будет иметь место такой случай, то необходимо выключить прибор, слить масло из запасных камер, восстановить уровень масла в приборе и произвести его поверку.

Заполнение прибора маслом и слив его осуществляются через отверстия, закрытые винтовыми пробками, которые на рис. 12-2-2 не показаны.

Дифманометры колокольные типа выпускаются с верхними пределами измерений, соответствующими предельным номинальным перепадам давления или сумме предельных номинальных перепадов давления, лежащих в интервале от 10 до 100 кгс/м2 (от 100 до 1000 Па). Предельно допускаемое рабочее избыточное давление дифманометров колокольных Дифманометр имеет класс точности 1. Если дифманометр отградуирован вместе с вторичным прибором, то пределы допускаемой основной погрешности показаний не превышают ±1,5% нормирующего значения измеряемой величины.

Дифманометры колокольные позволяют измерять расход находящегося при низком избыточном давлении газа в комплекте с вторичным прибором, снабженным квадратичным кулачком, и сужающим устройством при малых перепадах давления. Эти дифманометры используются также в качестве тягомеров, напоромеров и тягонапоромеров.

Дифманометры работают в комплекте с вторичными приборами дифференциально-трансформаторной системы КПД1, КВД1, КСД2 и КСД3 с нормированной взаимной

индуктивностью между первичной и вторичной цепями дифтрансформатора дифманометры колокольные выпускаются также и с ферродинамическими преобразователями например типа ДКОФМ [17].