Основное назначение поршневых манометров состоит в поверке и градуировке средств измерения давления, применяемых в народном хозяйстве. При этом находят применение как методы поверки, основанные на задании точного значения давления по образцовому
Рис. 27. Образцовый грузопоршневой прибору с последующим отсчетом дифманометр ^трехступенчатой поршне- показаний поверяемого прибора,
так и методы поверки, основанные на регулировании давления по отметкам поверяемого прибора с последующим измерением этого давления по образцовому прибору. Однако, в связи с широким распространением в технике измерения и регулирования давления бесшкальных измерительных преобразователей основной объем поверочных работ проводится методом задания образцового давления. Традиционные поршневые манометры, отличаясь универсальностью (они применимы как для задания давления, так и для его измерения), нуждаются в применении вспомогательных регулировочных устройств, причем все работы по поверке и градуировке проводятся непосредственно оператором. Это предопределило все более широкое использование в поверочной практике автоматизированных поршневых задатчиков давления, которые, помимо увеличения производительности поверочных работ, повышают комфортность условий труда оператора.
В настоящее время в народном хозяйстве страны применяются автоматизированные задатчики давления различных типов, предназначенных для измерения давления как жидкости, так и воздуха. Краткие технические характеристики наиболее часто применяемых в нашей стране задатчиков давления приведены в табл. 9.
При выборе уровня автоматизации необходимо учитывать назначение задатчика, объем поверочных работ, условия применения, сложность конструкции и стоимость, требования к квалификации обслуживающего персонала и пр. Во многих случаях применение автоматизированных
Таблица 9
Тип задатчика |
Класс точнос- |
Диапазон изме- |
Измеряемая |
Форма поршня |
|
ти |
рений |
среда |
|
Воздух-250 |
ОД |
Верхний предел |
Воздух |
Нецилиндричес- |
|
|
измерения от |
|
кий |
|
|
10 Па до 2,5 |
|
|
|
|
кПа* |
|
|
Воздух-1,6 |
0,02; 0,05 |
1-160 кПа |
Тоже |
Тоже |
Воздух-2,5 |
0,02; 0,05 |
25-250 кПа |
—м— |
—„— |
Воздух-6,3 |
0,02; 0,05 |
63-630 кПа |
—„— |
|
АЗД-0,4 |
0,1 |
8-40 кПа |
« |
Цилиндричес- |
|
|
|
|
кий |
АЗД-2,5 |
0,05 |
10-250 кПа |
»> |
Тоже |
АЗДГ-16 |
0,05 |
0,04-1,5 МПа |
Трансформа- |
« |
|
|
|
торное масло |
|
АЗДГ-60 |
0,05 |
0,1-6 МПа |
Тоже |
9) |
АЗДГ-600 |
0,05 |
1-60 МПа |
Касторка |
М |
* Верхние пределы измерений поверяемых приборов составляют от 10 до 2,5 кПа (15 комплектов грузов).
задатчиков в настоящее время вообще не целесообразно. Однако, по мере совершенствования задатчиков их использование будет постоянно расширяться.
Одним из первых в нашей стране нашел применение автоматический задатчик давления АЗД-0,4, предназначенный для поверки и регулировки мембранных и ртутных сфигманометров (приборов для измерения давления крови в медицинских учреждениях) с верхним пределом измерений 40 кПа (300 мм рт.ст.).
Задатчик (рис. 28) содержит поршень 1, к верхней части которого прикреплена ступенчатая втулка 2 с трубкой 5, цилиндр 7, смонтированный на разделительный бачок 12 и корпус 13. На корпусе покоятся грузы 6; фотоэлектрическая следящая система, состоящая из фотодиода 3 и осветителя 4; электромагнитные клапаны 8 и 10, управляемые транзисторно-релейной схемой (на рисунке не показана), и коллектор 9 для подключения поверяемых манометров. Нижняя часть разделительного бачка заполнена керосином, который поступает под давлением в зазор между поршнем и цилиндром, остальная часть измерительной системы заполнена воздухом. В процессе измерений корпус 13 с лежащими на нем грузами 6 и поршень 1 с помощью электродвигателя 11 вращаются относительно оси цилиндра 7.
Принцип действия задатчика заключается в следующем. При нажатии кнопки „пуск" пульта управления клапан 10 открывается, и воздух от источника питания поступает в верхнюю часть бачка, повышая давление в измерительной системе до значения, которое уравновешивает собственный вес поршня с укрепленными на нем втулкой и трубкой. При дальнейшем увеличении давления при подъеме поршня ступенчатая втулка поочередно снимает с корпуса 13 грузы, чем обеспечивается создание по-
Рис. 28. Принципиальная схема АЗД-0,4
следовательных значений, давления, соответствующих поверяемым отметкам. При достижении значения давления, соответствующего поверяемой отметке, клапан 10 закрывается на время отсчета. Давление снижается клапаном 8 нажатием соответствующей кнопки пульта управления. Закрытие и открытие клапанов производится фотоэлектрической следящей системой и транзисторно-релейной схемой. Трубка 5 составлена из чередующихся прозрачных и непрозрачных колец. При перекрытии луча света от осветителя к фотодиоду соответствующий клапан закрывается, прекращая изменение давления. Схема автоматики позволяет проводить работу на установке в трех режимах:
полуавтоматическом задании значений давления с остановкой на каждой поверяемой отметке на любое время по усмотрению оператора;
автоматическом задании значений давления с кратковременными остановками на поверяемых отметках шкалы;
непрерывном плавном повышении и понижении давления с остановками на предельных отметках шкалы.
Более высокий уровень автоматизации достигнут в автоматических гидравлических .задатчиках давления типа АЗДГ класса 0,05 с программным управлением, предназначенных для поверки и градуировки манометров и измерительных преобразователей давления жидкости в диапазоне от 0,4 до 60 МПа.
Автоматический задатчик АЗДГ (рис. 29) содержит: поршневой манометр 2, механизм наложения грузов 1, узел сигнализации положения поршня 3, блок электронного программного управления 4 с пультом 5, блок регулирования давления 6, гидравлическую насосную станцию 7 и быстродействующие зажимы 8 для подключения поверяемых приборов. Принцип действия задатчика основан на автоматическом уравновешивании веса грузов, наложенных на поршень по заданной программе давле-
нием жидкости, которое одновременно подается к поверяемым приборам.
Рис. 29. Структурная блок-схема автоматического задатчика давления A3ДГ |
По программе, заложенной в перфокарте блока 4, механизм наложения грузов 1 нагружает поршень манометра 2 и одновременно блоку 6 дается команда на регулировку давления в измерительной системе, отработка которого прекращается по сигналам устройства 3 при достижении равновесия поршня. Пульт 5 обеспечивает следующие режимы работы:
автоматические на 1 цикл (переход со ступени на ступень, выдержка на верхнем пределе, обратный ход) или непрерывный (повторение циклов с выдержкой на нуле);
ручной (переход на каждую следующую ступень по отдельным командам оператора);
регулировочный и наладочный (плавное изменение давления от нуля до заданного значения и обратно по команде оператора), а также специальные технологические режимы и блокировки.
АЗДГ выпускаются в трех модификациях с верхними пределами измерений 1,6; 6,0; 60 МПа с числом ступеней 160 и 60. Время перехода со ступени на ступень 12 с; режим перехода двухскоростной, что обеспечивает плавный односторонний подход к поверяемой отметке. Габаритные размеры одного задатчика 960Х720Х1500 мм, масса 300 кг. Особенно эффективны задатчики давления при массовой поверке измерительных преобразователей давления с токовыми выходными сигналами, где достигается полная автоматизация с распечаткой результатов поверки или градуировки.
Помимо автоматизированных задатчиков давления, основанных на измерительных системах с цилиндрическими поршневыми парами, в поверочной практике находят применение автоматизированные задатчики давления с нецилиндрическим поршнем, принцип действия которого основан на динамическом равновесии веса поршня с давлением, действующим на него со стороны протекающей через междроссельную камеру измеряемой среды. Нецилиндрический поршень, имеющий форму тела вращения, обычно выполняется в форме сферы или усеченного конуса. Измерительная система задатчика (рис. 30) содержит поршень 1 сферической (рис. 30, а) или конической (рис. 30, б) формы и цилиндрическое сопло 2, образующее переменный дроссель, отражатель струи воздуха питания 3 и постоянный дроссель 4. Междроссельная камера Л трубкой
Рпит |
Рис. 30. Поршневые преобразователи силы в давление с нецилиндрическим
поршнем
соединяется с объемом Б, в который подается выходное давление преобразователя".
Так же, как и в классическом поршневом манометре с цилиндрическим поршнем в равновесном состоянии, усилие, приложенное к поршню, уравновешивается действующим на площадь его поперечного сечения давлением в междроссельной камере и силами трения протекающей через кольцевой зазор измеряемой среды. Однако, в отличие от цилиндрической поршневой пары геометрическая площадь сечения нецилиндрического поршня существенно изменяется в зависимости от его положения относительно верхней кромки сопла. Поэтому эффективную площадь нецилиндрического поршня принято представлять в виде
^эф =
G- v
cos a),
(3.37)
где Fc — геометрическая площадь сечения отверстия сопла на уровне верхней кромки; G — массовый расход измеряемой среды (газа) через переменный дроссель; р — давление в междроссельной камере; а — угол наклона струи газа при выходе из кольцевого зазора; v — скорость истечения газа из кольцевого зазора.
Так же, как и в традиционных поршневых манометрах, измеряемое давление определяется по формуле (3.23)
. mg ,, рв
,
По принципу действия задатчики с нецилиндрическим поршнем имеют ряд очевидных преимуществ по сравнению с манометрами с цилиндрическим поршнем. Непрерывный подвод в измерительную систему га-
за — носителя дополнительно энергии и его с рос в окружающую среду позволяют автоматически поддерживать соответствие выходного давления приложенной к нецилиндрическому поршню силе. При этом также автоматически происходит самоцентровка поршня относительно кромки сопла в горизонтальной плоскости, благодаря чему отпадает необходимость в применении устройств для вращения поршня вокруг его вертикальной оси.
С другой стороны, задатчики с нецилиндрическим поршнем в отличие от манометров с цилиндрическим поршнем весьма чувствительны к вертикальному перемещению поршня относительно кромки сопла, что приводит к существенному изменению зазора между поршнем и кромкой сопла, а следовательно, и эффективной площади поршня. В принципе, согласно (3.36) постоянство эффективной площади может быть достигнуто при условии
Gv
——— • cos a = const,
но при этом каждому значению задаваемого давления р соответствуют свои массовый расход G и скорость истечения газа v. Указанное может быть реализовано при применении автоматических регуляторов расхода газа, но это приводит к возникновению дополнительных погрешностей, связанных с расчетом необходимой регулировочной характеристики. Помимо отмеченного, задатчики давления с нецилиндрическим поршнем уступают манометрам с цилиндрическим поршнем по универсальности, область их применения по принципу действия ограничена заданием давления; ограничены также и верхние пределы измерений. В настоящее время (см. табл. 9) принцип нецилиндрического поршня нашел применение в образцовых задатчиках давления воздуха (газа) классов точности 0,02—0,1 с верхними пределами измерений от ОД до 600 кПа.