Раздел 5. Измерение давления

Давлением называют отношение силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности. Давление — одна из основных величин, определяющих термодинамическое состояние веществ. Давлением во многом определяется ход технологического процесса, состояние технологических аппаратов и режимы их функционирования. С задачей измерения давления приходится сталкиваться при измерениях некоторых технологических параметров, например расхода газа или пара, при изменяющихся термодинамических параметрах, уровня жидкости, и др.

Различают следующие виды давления: атмосферное, абсолютное, избыточное и вакуум (разрежение).

Атмосферное (барометрическое) давление —давление, создаваемое массой воздушного столба земной атмосферы.

Абсолютное давление — давление, отсчитанное от абсолютного нуля. За начало отсчета абсолютного давления принимают давление внутри сосуда, из которого полностью откачан воздух.

Избыточное давление — разность между абсолютным и барометрическим.

Вакуум (разрежение)— разность между барометрическим и абсолютным давлениями.

В Международной системе единиц (СИ) за единицу давления принят паскаль (Па) — давление, создаваемое силой в 1 ньютон (Н), равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м² и направленной нормально к ней. Соотношение единиц давления, допущенных к применению с обязательным переводом в международную систему единиц (СИ).

1 am (атмосфера техническая) = 1 кг/см² (кгс/см²) = 10 м вод.ст. = 0,981 бар = 735,56 мм рт. ст. = 98066,5 (≈ 100 000) Н/м² = 100 кН/м² = 0,1 МН/м²

1 бар = 1,02 am; 1 Па = Н/м² = ; 1 атм (атм. физическая) = 760 мм рт. ст. = 1,01325 Н/м² = 1,033 кГ/см² = 10⁵ Па = 0,1 МПа = 100 кПа

Таблица 13.1 - Соотношение единиц давления

Разнообразие видов измеряемых давлений, а также областей их применения в технологии и научных исследованиях обусловило использование наряду с системной единицей давления и внесистемных единиц. К их числу относятся бар, миллиметр ртутного столба, килограмм-сила на квадратный сантиметр, килограмм-сила на квадратный метр, миллиметр водного столба.

Средства измерений давления классифицируют по виду измеряемого давления и принципу действия. По виду измеряемого давления средства измерений подразделяют на: Р_абс. = Р_атм. + Р_изб.; Р_раз. = Р_абс. – Р_атм.; Р_изб. = Р_абс. – Р_атм.;

манометры избыточного давления — для измерения избыточного давления;

манометры абсолютного давления — для измерения давления, отсчитанного от абсолютного нуля;

барометры — для измерения атмосферного давления;

вакуумметры — для измерения вакуума (разрежения);

мановакуумметры — для измерения избыточного давления и вакуума (разрежения).

Кроме перечисленных средств измерений в практике измерений получили распространение:

напоромеры — манометры малых избыточных давлений (до 40кПа);

тягомеры —вакуумметры с верхним пределом измерения не более - 40 кПа;

тягонапоромеры — мановакуумметры с диапазоном измерений +20¸-20 кПа;

вакуумметры остаточного давления — вакуумметры, предназначенные для

измерения глубокого вакуума или остаточного давления, т. е. абсолютных давлений менее 200 Па;

дифференциальные манометры — средства измерений разности давлений.

По принципу действия средства измерений давления подразделяют на: жидкостные, поршневые, деформационные (пружинные), ионизационные, тепловые, электрические. Такое подразделение не является исчерпывающим и может быть дополнено средствами измерений, основанными на иных физических явлениях.

В настоящее время существует большой парк средств измерений давления, позволяющий осуществить измерение давления в диапазоне 10^-12 - 10¹¹ Па (рисунок 13.1).

Далее рассмотрены средства измерений давления, широко применяемые в качестве рабочих при технологических измерениях. Средства измерений, применяемые в качестве образцовых, в настоящее время их называют как рабочие эталоны, рассматривать которые нужно в отдельных источниках литературы.

Для организации лабораторных работ по разделу измерения давления на кафедру МСиС ТФ ГОУ ОГУ приобретена лабораторная установка «Методы измерения давления МСИ 4», «Задатчик давления воздуха МЛИ 4/1» - паспорта МСИ 4 ПС, МЛИ 4/1 ПС от Министерства образования РФ ФГО ООО «ИНТОС+» заводские №№ 11, 31 по ТУ 9.464 – 2004, ТУ 9.441 – 2002 дата изготовления и упакована для отправки в ГОУ ОГУ на кафедру МсиС ТФ 18.06 2008 года:

13.1 Назначение изделия

Установка лабораторная «Методы измерения давления МСИ 4» (далее – установка) предназначена для проведения лабораторных работ по курсу «Мето­ды и средства измерений, испытаний и контроля» в учебных заведениях для специальностей 200503 – Стандартизация и сертификация и 220501 – Управление качеством.

Установка обеспечивает решение типовых задач измерения давления, исследование характеристик датчиков давления различных типов и обработку результатов измерений.

Установка эксплуатируется в помещении при температуре от плюс 10 °С до плюс 35 °С и относительной влажности до 80 % при плюс 25 °С.

13.2 Основные технические данные

Диапазон изменения давлений, МПа от 0 (+ 0,001) до 0,25 ( - 0,005)

Максимальная погрешность измерения давлений - 5 %

13.3 Установка обеспечивает возможность измерения давления с помощью:

а) стрелочных манометров типа МО и МТК;

б) датчика измерения избыточного давления МТ101;

в) тензорезистивного преобразователя давления ПМД2-ИВ1;

г) механического преобразователя давления (разделителя мембранного типа РМ) с индикатором перемещения часового типа.

13.4 Электропитание тензорезистивного преобразователя давления ПМД2 - ИВ1 осуществляется от адаптера питания типа АП-5901:

- напряжением, В, (справочно) 5 + 0,05;

- силой тока, А, (справочно) 0,35 + 0,02.

13.5 Электропитание датчика измерения избыточного давления МТ101
осуществляется от блока питания типа БПС 24 - 0,3:

- напряжением, В, (справочно) 24 + 0,4;

- силой тока, А, (справочно) 0,3 ± 0,02.

13.6 Электропитание блоков питания осуществляется
от сети переменного тока:

- напряжением, В 220 ± 4

- частотой, Гц 50 ± 0,4.

13.7 Потребляемая установкой мощность, В-А, не более (справочно) 20.

13.8 Габаритные размеры установки, мм, не более:

- длина 400;

- ширина 700;

- высота 400.

13.9 Масса установки, кг, не более 15

13.10 Технические данные тензорезистивного преобразователя давления
ПМД2-ИВ1 (справочно):

- диапазон измеряемых избыточных давлений, МПа 0,06... 0,25;

- напряжение питания, В 5 + 0,1;

- выходной сигнал, мВ 5 0... 9 5.

13.11 Технические данные датчика измерения избыточного давления
МТ101 (справочно):

- верхний предел измерений, МПа предел 0,001÷0,25;

- предел допускаемой основной погрешности ±1,0 %;

- напряжение питания, В 15 ÷ 42;

- выходной сигнал, мА 4 ÷ 20.

13.12 Технические данные манометра МТК (справочно):
- верхний предел измерений, кгс/см² 2.5;

- класс точности 2.5.

13.13 Технические данные манометра образцового МО (справочно):
- верхний предел измерений, МПа 0,25;
- класс точности 0,4.

13.14 Технические данные разделителя мембранного РМ (справочно):
- верхний предел измерений, МПа 0,25;
- дополнительная погрешность измерения, вносимая разделителем, ± 1 %.

13.15 Технические данные индикатора часового ИЧ10 (справочно):
- верхний предел измерений, мм 10;
- цена деления, мкм 5;
- класс точности 1,0

13.16 Средняя наработка до отказа, циклов, не менее 5000

13.17 Комплектность

Комплект поставки установки приведён в таблице 5.2

Таблица 13.2

13.8 Устройство и принцип действия установки

4.1 Внешний вид установки представлен на рисунке 13.2

Установка выполнена в настольном исполнении.

Рисунок 13.2 – Внешний вид установки МСИ 4

Обозначения на рисунке соответствуют следующей аппликации:

1 - Два основания рессивера; 2 - Баллон - рессивер с резьбовым штуцером для установки контрольного манометра 3; 3-Контрольный манометр образцовый МО;

4 - Рабочий манометр тип МТК; 5 - Датчик давления, тензорезистивный преобразователь давления типа ПМД2-ИВ1; 6 - Датчик измерения избыточного давления типа МТ 101; 7 - Механический преобразователь давления, разделитель мембранный типа РМ; 8 - Индикатор перемещения в РМ часового типа ИЧ - 5;

9 - Источник питания датчика давления 6; 10 - Источник питания датчика давления 5; 11 - Ниппель для подключения к установке установки нагнетания воздуха МЛИ 4/1 «Задатчик давления воздуха»; 12 - Мультиметр для измерения показаний датчиков 5 и 6. Источники питания подключаются к сети 220 В, 50 Гц.

13.9 Указания мер безопасности

13.9.1 К работе с установками МСИ 4 и МОИ 4/1 допускаются лица, ознакомившиеся с их устройствами, а также с разделом 6 настоящего паспорта, о чём должна свидетельствовать их личная роспись в журнале по ТБ лаборатории кафедры МС и С ТФ ГОУ ОГУ, лица, не прошедшие эту процедуру, до занятий по ЛР не допускаются.

13.9.2 К работам по монтажу и проверке установки на соответствие ПУЭ (Правил устройства электроустановок) допускается персонал лаборантов, зав. лабораторией каф. МСиС, обученный методам безопасной работы с электрооборудованием напряжением до 1000 В, в соответствии с требованиями действующих ПТЭ (Правил технической эксплуатации электроустановок потребителей) и ПТБ (Правил техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей).

Во избежание поражения электрическим током при монтаже каких либо манометров и датчиков давления, а также при вскрытии установки и замене электрических элементов, пришедших в негодность, установка должна быть отключена от питающей электрической сети.

13.10 Подготовка установки к работе и выполнение лабораторных работ с помощью неё

13.10.1 Подготовка установки к работе.

13.10.1.1 Установить установку на рабочий стол - подставку (изготовление по заказу кафедры МСиС в УНПК ГОУ ОГУ). Выставить часовой индикатор часового типа в положение «НОЛЬ» (совместить шкалу и стрелку индикатора с нулевым отсчётом шкалы). Присоединить к установке через ниппель 11 устройство нагнетания воздуха МЛИ 4/1 (автомобильный воздушный компрессор, шланг пневмосети и т.д.)

13.10.1.2 Подключить источники питания 9 и 10 через разъёмы питания к датчикам давления 6 и 5. Убедиться в правильности подключения и только после этого подключить источники питания к сети переменного тока 220 В, 50 Гц.

13.10.1.3 Порядок проведения лабораторных работ проводится в соответствии с методическими указаниями лабораторных работ раздела 5 №№ 29, 30, 31, 32, 33, при условии согласованности средств измерения по типажу, если выяснятся расхождения, то обратиться к лаборанту или преподавателю за дополнительным инструктажем и пояснением.