Urządzenie do pomiaru ciśnienia.

Transkrypt

1 Urządzenie do pomiaru ciśnienia. Każda pompownia musi być wyposażona w urządzenia do pomiaru ciśnienia. Najczęściej będą one montowane na rurociągach ssawnych i tłocznych pomp oraz na przewodzie wyjściowym z pompowni. W zależności od zakresu ciśnień, do których są przeznaczone można je podzielić na manometry służące do pomiaru nadciśnienia, manowakuometry mogące mierzyć zarówno wartość podciśnienia jak i nadciśnienia oraz wakuometry mierzące podciśnienie. W praktyce można spotkać się z manometrami wykorzystującymi zjawisko odkształcania się pod wpływem ciśnienia elementów sprężystych o różnych kształtach. Kształt elementu sprężystego stanowi podstawę do podziału tych manometrów na: - manometry rurkowe, - manometry przeponowe, - manometry mieszkowe. a) b) Rys. nr Manometry z elementami sprężystymi: a) rurkowy, b) przeponowy. Manometr rurkowy: 1-rurka sprężysta (Bourdona), 2-króciec przyłączeniowy, 3-korek, 4- obudowa manometru. Manometr przeponowy: 1-obudowa, 2-skala, 3-dźwignia zębata,4- wskazówka,5-żebro wzmacniające, 6-drążek, 7-sworzeń, 8-przepona, 9-nakrętka, 10-króciec przyłączeniowy. Manometry rurkowe są w chwili obecnej najczęściej używanym typem manometrów. Element sprężysty tych manometrów ma kształt zwiniętej rurki (tzw.rurka Bourdona) o przekroju eliptycznym lub owalnym. W zależności od ciśnienia na które manometr jest przewidziany,

2 rurka ta może być wykona z : stali, brązu lub stali specjalnych. Przekrój przez manometr tego typu pokazano na rys.12.72a. Jak można zauważyć z podanego schematu, jeden koniec rurki jest zamknięty, podczas gdy drugi jest poprzez złączkę połączony z przestrzenią, w której należy zmierzyć ciśnienie. W przypadku gdy w przestrzeni panuje ciśnienie wyższe od ciśnienia atmosferycznego promień krzywizny będzie się powiększał. Rurka dąży w ten sposób do zmiany kształtu przekroju poprzecznego z owalnego w kołowy. Gdy ciśnienie będzie się obniżać będziemy mieli do czynienia z procesem przeciwnym. Ruch zaślepionego końca przewodu przenoszony jest przez cięgno na przekładnie zębatą, a następnie na wskazówkę. Przemieszczenie swobodnego końca przewodu jest proporcjonalne do zmiany ciśnienia. Wartość ciśnienia, przy której powyższa zależność jest jeszcze słuszna nosi nazwę granicy proporcjonalności i jest charakterystyczna dla manometru. Przy doborze manometrów przeponowych powinna być spełniona nierówność: p g K = 2 gdzie K współ czynnik nadmiaru ( 12.11) p max Dzięki przyjęciu większych wartości współczynnika nadmiaru mamy możliwość zmniejszenia opóźnienia przemieszczenia swobodnego końca rurki. Wartość granicy proporcjonalności manometru zależy od : stosunku osi eliptycznego przekroju, grubości ścianki, modułu sprężystości materiału oraz promienia wygięcia rurki. W przypadku pomiaru niskich ciśnień stosuje się cienkościenne rurki Bourdona wykonane ze stopów miedzi, przy wyższych ciśnieniach rurki wykonane są ze stali zabezpieczonej przed korozją. Drugim z pośród wymienionym wcześniej rodzajem manometrów są manometry przeponowe. W manometrach tych rolę elementu sprężystego pełni przepona wykonana ze sprężystego materiału szczelnie zamocowanego pomiędzy kołnierzami dolnej i górnej części obudowy manometru. (rys. nr 12.72b). Jak można zauważyć z rysunku, impuls ciśnienia doprowadzony jest pod membranę tak aby spowodować jej odkształcenie. Wygięcie przepony przekazywane jest za pomocą przekładni i dźwigni na wskazówkę, której obrót powoduje wskazanie na tarczy manometru aktualnie panującego pod membraną ciśnienia. Aby uzyskać liniową zależność pomiędzy ruchem przepony i wskazaniami na tarczy stosuje się pofałdowanie przepony (tzw. karby). Manometry przeznaczone do pomiaru małych ciśnień mają przepony umieszczone wewnątrz puszek aneroidowych lub manometrycznych tak jak zostało to pokazane na rysunku poniżej (rys. nr ). Manometry tego typu najczęściej stosowane są jako wakuometry lub manometry mierzące różnice ciśnień.

3 a) b) Rys. nr a) puszka aneroidowa, b) puszka manometryczna. Manometry mieszkowe zwane są też inaczej manometrami sylfonowymi. Czujnikiem pomiarowym tych manometrów jest cienkościenne cylindryczne naczynie z karbami w kształcie pierścieni. (rys. nr 12.74). Rys nr Mieszek manometru sylfonowego z sprężyną wspomagającą. Pod wpływem zmiany ciśnienia zmienia ono swój kształt. Elementy sprężyste tego typu charakteryzują się dużą czułością. Zakres pomiarowy dobierany jest w taki sposób, aby odkształcenie mieszka było proporcjonalne do zmiany ciśnienia. Wadą elementów mieszkowych jest niestabilność charakterystyki (histereza). W celu zwiększenia stabilności pomiaru i poprawienia sztywności mieszka wewnątrz manometru umieszcza się cylindryczną sprężynę. Daje ona również w niektórych rozwiązaniach możliwość zmiany zakresu pomiarowego. Manometry mieszkowe stosowane są najczęściej do pomiaru małych ciśnień od 0.05 MPa do 0.5 MPa. W przypadku stosowania manometrów z elementami sprężystymi liczyć się musimy z błędami pomiaru. Najczęściej spowodowane są one przez: histerezę odkształceń sprężystych spowodowaną przeciążeniem czujnika, tarcie w mechanicznym układzie przenoszenia odkształceń czujnika, oraz zmianę temperatury czujnika pomiarowego. Aby obliczyć błąd wskazania spowodowany zmianą temperatury w stosunku do temperatury wzorcowania (tj. 20 o C) można posłużyć się wzorem:

4 δp t = kp t gdzie: k - współczynnik zależny od rodzaju elementu sprężystego, p- wartość mierzonego ciśnienia, t - różnica pomiędzy temperaturą pomiaru a temperaturą wzorcowania czujnika; dla manometrów rurkowych wielkość ta wynosi 4*10-4 K -1. Wartość błędu odejmuje się od wartości ciśnienia odczytanej na skali manometru. Zjawisko histerezy polega na opóźnieniu wskazania przy wzroście lub zmniejszeniu wartości mierzonego ciśnienia. Wartości tego błędu jak również błędów pozostałych nie można obliczyć na drodze analitycznej.. Zasady doboru i montażu manometrów. Na początku doboru manometru należy sprecyzować wymagania co do dokładności pomiaru, rodzaju czynnika który będzie mierzonyoraz zakresu pomiarowego. W przypadku manometrów sprężynowych możemy wyróżnić manometry o następujących klasach dokładności: - manometry przemysłowe o klasie dokładności: 1; 1.5; 2.5; 5, - manometry precyzyjne klasy dokładności 0.6, - manometry wzorcowe klasy dokładności 0.4. Przy stosowaniu manometrów sprężynowych należy posługiwać się następującymi regułami: 1.Przy pomiarze ciśnień stałych lub wolnozmiennych o małej amplitudzie wahań zakres pomiarowy manometru powinien być taki aby zakres mierzonych ciśnień zawarty był w granicach od 1/3 do 2/3 górnej granicy zakresu pomiarowego manometru. 2. Przy pomiarze ciśnień pulsujących zakres ciśnień roboczych powinien stanowić od 1/5 do 1/3 górnej granicy wskazań, Manometry w pompowniach należy montować w miejscach dobrze oświetlonych, łatwo dostępnych i w pozycji, w której były wzorcowane. Należy również starać się zamontować podkładki amortyzujące pod manometry gdyż w pompowniach zazwyczaj narażone są one na wstrząsy powodujące uszkodzenia mechanizmów pomiarowych. Na przewodach impulsowych łączących manometry z rurociągami powinien być zainstalowany kurek manometryczny (rys. nr 12.75) tak jak to zostało pokazane na rys. nr Daje on możliwość odcięcia manometru, odpowietrzenia przewodów impulsowych, oraz przyłączenia manometru kontrolnego.

5 a) b) Rys. nr Kurki manometryczne. a) kurek manometryczny z kielichami gwintowanymi, b) kurek zaporowy bezdławikowy z możliwością podłączenia manometru kontrolnego. Rys. nr Montaż manometru na rurociągu. 1) manometr pomiarowy zamontowany na stałe, 2) manometr kontrolny zamontowany czasowo, 3) kurek manometryczny 4) rurka syfonowa montowana w przypadku pomiaru cieczy o wysokich temperaturach.