Приборы для измерения давления, температуры, расхода , уровня

В большинстве случаев давление является одним из основных пара­метров. Давлением определяется состояние многих веществ, например газов и паров. Технологическая аппаратура проектируется, исходя из допустимого максимального давления. Поэтому в ходе управления производственными процессами необходим непрерывный контроль за давлением в технологических аппаратах.

Давлением называется величина, измеряемая отношением силы, действующей на поверхность, к площади этой поверхности. Сила давления, как и всякая другая сила, есть результат взаимодействия тел. Силы давления могут быть распределены по площади как равномерно, так и неравномерно. При их равномерном распределении давление на всех участках поверхности одинаково. В этом случае давление определяется по формуле

где р — давление; F — сила; S — площадь.

Размерность единицы давления зависит от выбранной системы. В СИ за единицу давления принят паскаль (Па) — давление, вызываемое силой один ньютон (1 Н), равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м² (1 Па = 1 Н/м²). Эта единица очень мала, поэтому в технологических изме­рениях для выражения больших значений давления применяют килопаскали (кПа) или мегапаскали (МПа).

При измерении давления различают абсолютное, избыточное и атмо­сферное (барометрическое) давление, а также вакуум.

Абсолютным (полным) называется давление, отсчитываемое от абсолютного нуля, т. е. истинное давление. Оно может быть как выше, так и ниже атмосферного. Если абсолютное давление ниже атмосферного, его называют остаточным.

Избыточным (манометрическим) называют давление, от­считываемое от условного нуля, за который принимают атмосферное давле­ние. Разность между атмосферным и остаточным давлением называют в а к у у м о м (разрежением).

В технике в основном измеряют избыточное давление, так как боль­шинство приборов по своей конструкции может показывать (или записывать) только избыточное давление (если они не изолированы от атмосферы).

Абсолютным давлением пользуются главным образом в физике при изучении

термодинамического состояния различных веществ (температуры кипения, давления паров и других параметров).

Приборы для измерения давления называются манометрами.

Большой диапазон измеряемых давлений, а также специфические ус­ловия измерения их в различных технологических процессах определяют разнообразие систем манометров, отличающихся как по принципу действия, так и по устройству. В зависимости от вида и величины измеряемого давле­ния манометры условно подразделяют на:

барометры — приборы для измерения барометрического давления

атмосферного воздуха;

манометры избыточного давления — приборы для измерения избыточного давления (выше барометрического), равного разности между абсолютным и барометрическим (атмосферным);

вакуумметры — приборы для измерения давления разрежения (ниже атмосферного), равного разности между барометрическим и абсолют­ным давлением, или для измерения абсолютного давления ниже 10 МПа;

м а н о вакуумметры — приборы для измерения избыточного и

вакуумметрического давлений;

дифференциальные манометры — приборы для измерения разности двух давлений (до 0,63 МПа), ни одно из которых не является давлением окружающей среды.

По принципу действия приборы для измерения давления под­разделяются на:

жидкостные манометры — приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости соответствующей высоты; значение измеряемого давления в таких приборах определяется по ¹ высоте столба уравновешивающей жидкости;

деформационные манометры — приборы, в которых из-I меряемое давление определяется по деформации различных упругих чувст­вительных элементов или по развиваемой ими силе;

грузопоршневые манометры — приборы, в которых изме­ряемое или воспроизводимое давление уравновешивается давлением, созда­ваемым массой поршня и грузов; I электрические манометры — приборы, действие которых

основано на зависимости электрических параметров (сопротивление, емкость i и т. д.) манометрического преобразователя от измеряемого давления.

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Температура является одним из важнейших параметров, определяю­щих протекание многих технологических процессов. Температурными преде­лами процесса определяется качество получаемых продуктов, давление их паров, плотность и вязкость жидкостей и паров и т. д. От температуры зависят также химическая активность веществ, их испаряемость, растворимость и пр.

Установление единицы измерения температуры связано с ус­тановлением температурной шкалы. В настоящее время допускается приме­нение двух температурных шкал: абсолютной термодинамической и между­народной практической. Температура по обеим шкалам может быть выражена соответственно в Кельвинах (К) и в градусах Цельсия (°С) в зависимости от начала отсчета (положении нуля) по шкале.

Абсолютная температура обозначается буквой Т, а температура по стоградусной шкале — г

T=t + T₀ t = T-T₀

где То= 273,15 К. Например, если температура, измеряемая в градусах Цельсия, равна 50 °С, то по абсолютной термодинамической шкале она равна Т= 50 + 273,15 = 323,15 К.

В настоящее время для нахождения температуры используются сле­дующие основные физические явления, происходящие в веществах при изме­нении температуры:

1) изменение линейных размеров и объема жидких и твердых тел;

2) изменение давления жидкостей и газов, заключенных в постоянный объем;

3) возникновение и изменение термоэлектродвижущей силы в термоэлементах;

4) изменение активного электрического сопротивления проводников или полупроводников;

5) изменение лучеиспускательной способности нагретых тел.

В зависимости от названных явлений классифицируются приборы для измерения температуры, называемые термометрами.

Термометрами расширения называются такие приборы, в которых используется наблюдаемое при изменении температуры изменение объема или линейных размеров тел. В зависимости от веществ, используе­мых в приборах, термометры расширения подразделяются на жидкостные и деформационные.

Действие жидкостных термометров расширения основано на принципе теплового расширения жидкости, заключенной в стеклянный резервуар малого объема. Действие же механических термометров основано на изменении линейных размеров твердых материалов (металлов и сплавов) при измене­нии их температуры.

В качестве рабочей жидкости для жидкостных термометров применяют ртуть и органические жидкости. Ртутные жидкостные термометры обычно ис­пользуют для измерения высоких температур (до 750 °С), а термометры с ор­ганическими жидкостями— для измерения низких температур (спирты до — 100°С, толуол до —90°С).

Жидкостные стеклянные термометры относятся к местным приборам контроля за температурой. Они изготавливаются прямыми (рис. 69 а) и угловыми (рис. 69 б, в) под углами 90 и 135°. В производственных условиях ртутные термометры обычно устанавливают в металлической защитной арматуре (стальной трубке с окном для наблюдения за показаниями), что предохраняет термометры от механических повреждений (рис. 69, г).

ГУ ____ТЛ "Г_________________

В технологических процессах с повышенными температурами широко применяются термоэлектрические термометры, принцип действия которых основан на термоэлектрическом эффекте. Если взять два проводника с разной проводимостью А и В и одни концы их спаять или сварить, а вторые оставить свободными (рис. 64), то при нагревании спая 1 на свободных концах 2 воз­никнет разность потенциалов Едв или термоэЛектродвижущая сила (т.э.д.с). Эта разность потенциалов (т.э.д.с.) будет тем выше, чем больше разность температур спая и свободных концов. Образованный таким образом термо­элемент называется термопарой.

Чтобы измерить т.э.д.с. в цепи термопары, необходим измерительный прибор, подсоединенный к ее свободным концам (свободным концам термо­электродов).

При измерении температуры термопара как чувствительный элемент помещается в измеряемую среду, причем каждому значению температуры среды будет соответствовать определенная т.э.д.с. термопары.

Для измерения т.э.д.с. термопар применяют милливольт метры, выпускаемые в нескольких модификациях: показывающие переносные прибо­ры МПП; показывающие приборы для щитового монтажа с профильной шка­лой М-64 (МПЩПр); самопишущие для щитового монтажа с профильной шкалой на одну, две и шесть точек (МСЩПп) и т. д. Класс точности приборов 1 и 1,5.

При измерении температуры в нескольких местах одного и того же объ­екта или в нескольких различных объектах контроля часто один измеритель­ный прибор работает в комплекте с несколькими термопарами (рис. 64). В

этом случае температура изменяется путем поочередного подключения тер­мопар к измерительному прибору.

На принципе использования милливольтметров для измерения темпе­ратуры разработаны специальные приборы, называемые потенцио­метрами.