Устройство и принцип работы датчиков давления, расхода и уровня

Датчики давления

Большинство датчиков давле­ния строятся на принципе преобразования давления в механическое перемещение. Кроме механических систем, в которые входят мем­браны и трубчатые пружины, для измерения давления применяются также электрические и тепловые системы.

Устройство и работа датчика давления.

К датчикам давления с механическими воспринимающими органами относятся:

• жидкостные датчики давления (U-образные системы);
• поршневые системы;
• пружинные системы: а) мембранные (плоские, гофрированные, мягкие); б) сильфоны; в) манометрические трубчатые пружины.

Рассмотрим устройство некоторых наиболее часто встречающихся датчиков давления.

Наиболее широко применяются пружинные датчики давления. Действие их основано на возникнове­нии упругой деформации пру­жины, являющейся чувстви­тельным элементом прибора. Деформация возникает при измене­нии давления внутри или снаружи пружины. Изменение формы элемента передается на подвижную часть прибора со стрелкой, перемещающейся по шкале, при снятии давления чувствительный элемент принимает первоначальную форму.

Рисунок 1. Виды пружинных датчиков давления.

В технических манометрах и вакуумметрах обычно применяются упругие пружины: одновитковые, многовитковые, плоские мембраны и сильфоны (гармониковые мембраны).

На рис. 1 показаны виды пружинных датчиков давления.

Одновитковая трубчатая пружина (а) согнута по дуге почти в форме окружности приблизительно на 270°. В сечении пружина имеет вид эллипса. Изготовляется она из латуни (или стали – для больших давлений). Один конец пружины запаян и является свободным. Второй конец пружины неподвижен, и к нему подводится измеряемое давление р. Давление вызывает деформацию пружины и переме­щение ее свободного конца.

Раскручивание пружины происходит по следующей причине. При увеличении внутреннего давления эллиптическое сечение стре­мится принять круглую форму, т. е. малая ось эллипса начинает увеличиваться, а большая – уменьшаться. В результате возникают напряжения, которые будут раскручивать трубчатую пружину. Свободный конец пружины при этом будет перемещаться пропор­ционально давлению внутри нее. Таким образом, измеряемое дав­ление преобразуется в механическое перемещение свободного конца пружины. Величина этого перемещения обычно составляет 5—7 мм.

Многовитковая трубчатая пружина (б) имеет 6-9 витков диаметром около 30 мм. Перемещение свободного конца пружины значительно больше (до 15 мм), чем у одновитковой пружины. Гораздо большим является здесь и тяговое усилие.

Рисунок 2. Схема датчика давления типа МЭД.

Обычно датчики в виде одновитковой трубчатой пружины применяются в показываю­щих приборах, а датчики в виде многовитковых трубчатых пружин – в самопишущих. Это объясняется тем, что в самопишущих при­борах датчик должен обладать большим усилием, достаточным для преодоления трения не только в сочленениях передаточно-множительного механизма, но и трения пера о бумагу.

Плоская гофрированная мембрана (в) используется или от­дельно, или в коробке из двух гофрированных мембран. Приме­няется также мягкая мембрана из плоской прорезиненной ткани, соединенной с плоской калиброванной пружиной.

Гармониковая мембрана — сильфон (г) представляет собой цилиндрическую коробку со стенками, имеющими равномерные поперечные складки (гофры). Измеряемое давление подается внутрь сильфона или снаружи его.

По сравнению с плоской мембраной и мембранной коробкой гармоникообразная мембрана обладает наибольшей чувствитель­ностью.

Рисунок 3. Схема ротаметра с индуктивным датчиком.

Сильфонные приборы предназначаются для измерения и записи избыточного давления и разрежения. Кроме того, эти приборы ис­пользуются в качестве вторичных приборов к устройствам, снаб­женным приспособлением для пневматической передачи показаний на расстояние.

Пружинные датчики давления в схемах автоматизации преобра­зуют механическое перемещение в электрический сигнал при по­мощи индуктивного, реостатного или контактного датчиков.

На рис. 2 приведена схема датчика давления типа МЭД. Давление, воспринимаемое трубчатой манометрической пружи­ной 1, преобразуется в перемещение конца манометрической труб­ки. Это перемещение передается плунжеру трансформаторного датчика 2. Вторичным прибором является прибор типа ЭПИД.

Датчики расхода бывают механические, термические, ионизационные, индукционные, акустические.

Механические датчики расхода разделяются на датчики пере­менного и постоянного перепада, а также датчики со сливным от­верстием.

Рисунок 4. Схема поплавкового дат­чика уровня с реостатным датчиком.

Датчики расхода переменного перепада действуют по принципу возникновения перепада давления в сужающем устройстве, которое устанавливается на пути движущейся среды. Пере­пад давления является здесь функцией расхода. Сужающее устройство является воспринимающим органом датчика расхода.

Датчики расхода постоянного перепада (ротаметры) используют сужающие органы для регулирования сечения с целью поддерживания постоянным пере­пада давления.

На рис. 3 приведена схема ротаметра с индуктивным датчиком. Ротаметр состоит из ко­нической трубки 1 и поплавка 2. При движении жидкости или газа в кольцевом зазоре между поплавком и стенками трубки создается перепад давления, который создает силу, действующую навстречу силе веса поплавка. Положение поплавка в конической трубке определяется величиной расхода.

Ротаметры выполняются как показывающие приборы и как дат­чики. Обмотка индуктивного датчика помещена снаружи на трубке сопла. Железный поплавок является сердечником катушки 3 индуктивного датчика. При изменении расхода поплавок переме­щается и изменяет индуктивность катушки, таким образом расход преобразуется в электрический сигнал.

Датчики уровня

Чрезвычайно распространенными являются поплавковые датчики. Поплавковый датчик состоит из поплавка – органа, воспринимающего уровень жидкости; проме­жуточного органа – механической связи, преобразующей и пере­дающей механическое воздействие выходному органу, представ­ляющему собой датчик перемещения.

Датчики уровня могут быть основаны на измерении веса и гидростатического давления жидкости, на использовании электрических свойств жидкости (изменения сопротивления, ем­кости, индуктивности).

Отечественная промышленность выпускает датчики уровня раз­личных типов.

На рис. 4 приведена схема поплавкового дат­чика уровня с реостатным датчиком R на выходе. По показаниям милливольтметраmV судят об уровне жидкости Н в сосуде.

Читайте также: как найти диагональ параллелепипеда