Вимірювання рівнів.

Як первинні перетворювачі можуть використовуватись стержневі пружні елементи, пружні кільця, балкові пружні елементи. Вторинними перетворювачами динамометрів з механічними пружними перетворювачами сили в деформацію є тензорезистивні перетворювачі, а вимірювальні кола - мостові.

Динамометри з магнітопружним перетворювальним елементом відрізняються простотою конструкції, високою надійністю, значною потужністю вхідного сигналу. Магнітопружні перетворювачі виготовляють, переважно, диференціальними. Один з перетворювальних елементів є робочим, а ідентичний йому інший перетворювальний елемент, на який не діють вимірювальні зусилля, служить для компенсації початкової індуктивності робочого перетворювального елемента, а також для компенсації впливу зовнішніх чинників, зокрема температури довкілля, частоти джерела живлення.

Основою п’єзоелектричних динамометрів є п’єзоелектричні перетворювачі сили в електричний заряд. Недоліком є надзвичайно мала вихідна потужність при великому опорі п’єзодавача, що в свою чергу вимагає використання високочутливих підсилювачів з дуже великим вхідним опором. Тому в п’єзодинамометрах використовують підсилювачі заряду, що дає змогу тривало підтримувати значення вихідного сигналу і дає можливість створити п’єзодинамометри для вимірювань сталих сил. До переваг п’єзодинамометрів належить їх висока чутливість, висока швидкодія.

Значна частина методів вимірювання тисків основана на попередньому перетворенні тиску в механічне напруження, деформацію чи переміщення за допомогою пружних перетворювальних елементів з наступним вимірюванням механічного напруження, деформації чи переміщення.

Вимірювачі тиску газів і рідин – це манометри, але серед них виділяють барометри - вимірювачі атмосферного тиску, вакуумметри - вимірювачі розрідження, дифманометри - вимірювачі різниці тиску і ін.

За принципом дії манометри поділяються на рідинні, пружинні і електричні.

У рідинних манометрах вимірюваний тиск зрівноважується стовпом рідини, висота якого виражає значення тиску відповідно до формули , де Р - тиск; γ - питома вага рідини; Н - висота стовпа рідини.

На рис. показаний рідинний дифманометр. Висота підйому рідини в трубці визначається різницевим тиском в трубці Р₁ і чашці Р₂. (якщо у верхній частині трубки вакуум (Р₂=0), то маємо манометр абсолютного тиску, а якщо, крім того, Р₁ - атмосферний тиск, то маємо барометр).

У пружинних манометрах вимірюваний тиск зрівноважується силою пружності трубчастої пружини, мембрани або сильфону. При цьому відбувається перетворення тиску в переміщення вільного кінця пружини, центру мембрани або дна сильфону. Індикація цього переміщення можлива механічна, шляхом його посилення за допомогою зубчатого для важеля механізму або електрична, після перетворення переміщення в електричну величину.

Схема пристрою трубчастого механічного манометра приведена на рис. При підвищенні тиску в трубчастій пружині вона розкручується, приводячи в рух стрільку покажчика.

У мембранному манометрі переміщення центру мембрани перетвориться в переміщення стрілки покажчика або в електричну величину, наприклад опір, індуктивність або ємність. Деформацію мембрани може сприймати п’єзо- або тензоперетворювач.

Електричні манометри. Для вимірювань тиску з попереднім його перетворенням в переміщення широко застосовуються прилади з диференціально-трансформаторними вимірювальними колами. На рис. наведена спрощена схема манометра з первинним перетворювачем тиску в переміщення у вигляді одновиткової трубчатої пружини (трубки Бурдона) та вторинного приладу КСД. Переміщення вільного кінця трубки Бурдона, пропорційне до вимірюваного тиску, передається рухомому осердю вхідного диференціально-трансформаторного перетворювача ДТП-1. Прилад КСД містить також аналогічний вхідному компенсувальний диференціально-трансформаторний перетворювач ДТП-2, осердя якого переміщається за допомогою профільного кулачкового механізму КМ, механічно зв’язаного з віссю реверсивного двигуна РД, а також електронний фазочутливий підсилювач. З віссю обертання кулачкового механізму також механічно зв’язана стрілка відлікового пристрою ВдП. Обмотки збудження ДТП-1 та ДТП-2 з’єднані послідовно і живляться від спільного джерела змінної напруги. Вихідні обмотки ДТП увімкнені послідовно і зустрічно.

Оскільки секції вихідних обмоток обох ДТП увімкнені послідовно та зустрічно, то результівні ЕРС на вході ДТП дорівнюватимуть: .

Якщо положення рухомих осердь вхідного та компенсувального перетворювачів будуть різними, то різними будуть також та , а, отже, та , а на вхід електронного підсилювача ЕП буде прикладена напруга: .

Підсилений різницевий сигнал подається на обмотку керування реверсивного двигуна РД і викликає обертання його ротора в такому напрямку, щоб переміщення осердя компенсувального ДТП-2 викликало зменшення різницевої напруги ажпоки вона дорівнюватиме нулеві.

Систему дистанційного вимірювання тиску газу в резервуарі показано на рис.: 1 - манометричний трубчастий перетворювач; 2 - зубчаста передача; 3 - трансформаторний перетворювач із поворотною котушкою; 4 - містковий випрямляч; V - вольтметр магнітоелектричної системи. Внаслідок підвищення тиску в резервуарі частково розпрямляється манометрична трубка, зубчастий сектор повертається на певний кут за годинниковою стрілкою, ведена шестірня повертається проти годинникової стрілки; її рух передається на рамку трансформаторного перетворювача, в якій з’являється вторинна напруга; ця напруга через випрямляч вимірюється вольтметром, шкалу якого доцільно градуювати в одиницях тиску.

Схему дистанційного вимірювання тиску рідини за допомогою сильфонного перетворювача та вторинного перетворювача ДСП наведено на рис.: 1 - важіль; 2 - диференціальний трансфор-маторний перетворювач; 3 - підсилювач; 4 - перетворювач змінного струму на постійний; 5 - лінійний магнітоелектричний перетворювач; 6 - міліамперметр магнітоелектричної системи. Внаслідок зміни тиску від норми до максимального значення струм змінюватиметься в межах від нуля до 20 мА.

Вимірювальну систему з реєстрацією тиску показано на рис.: 1 - манометричний трубчастий перетворювач; 2, 3 - відповідно первинний і вторинний диференціальні трансформаторні перетворювачі (датчик і приймач); 4 - підсилювач змінного струму; 5 - сервоелектродвигун; 6 - покажчик та реєструвальний пристрій. Коли котушка датчика відхиляється від положення на вхід підсилювача надходить різницева напруга; сервоелекгродвигун починає працювати, примушуючи котушку приймача зайняти таке положення, в якому перебуває котушка датчика. При цьому вторинна напруга приймача зрівнюється з вторинною напругою датчика, різницева напруга зникає, електродвигун зупиняється. Кожному значенню вимірюваного тиску відповідає певне усталене положення ротора серводвигуна, що фіксує покажчик та реєструвальний пристрій.

Систему автоматичної сигналізації відхилень тиску газу від певної норми зображено на рис. Унаслідок підвищення тиску мембрана 1 прогинається вгору, важіль 2 замикає контакт SQ2, і спалахує сигнальна лампа НL2. Очевидно, що зниження тиску порівняно з нормою примусить засвітитися лампу НL1.

Іншу конструкцію автоматичного сигналізатора тиску газу показано на рис. а: під тиском газу перемішується вгору денце сильфона 1, шток 2 повертається за годинниковою стрілкою, замикаючи контактний пристрій 5; регулюванням натягу пружини 3 можна змінювати значення тиску, за якого спрацьовує контактний пристрій (4 - регулювальний гвинт уставки сигналізатора).

ВИМІРЮВАННЯ ВИТРАТ

Головними параметрами руху потоків рідини та газоподібних речовин є такі витрати, як кількість речовини, що протікає через переріз трубопроводу за одиницю часу, та загальна кількість перенесеної речовини (повні витрати).

Розрізняють такі види витрат: об’ємні витрати (тут-об’єм, -час) та масові витрати , де М – маса речовини. Співвідношення між масовими та об’ємними витратами визначається залежністю , де - густина речовини. Одиницями об’ємних витрат можуть бути м³/с, м³/год, л/с, а масовими – кг/с, кг/год тощо.

Прилади для вимірювань витрат називаються витратомірами, а для вимірювання кількості речовини – лічильниками.

Існує велике різноманіття методів вимірювань та конструктивних різновидів витратоміри і лічильників. Найпоширенішими є витратоміри змінного перепаду тисків із завужувальними пристроями, сталого перепаду тиску з перетворенням витрат в силу або переміщення, тахометричні, теплові, індукційні витратоміри.

Для вимірювання витрати можна застосовувати витратоміри, в яких втрата визначається за значенням переміщення тіла, розташованого в потоці речовини: 1 - діафрагма, яка переміщується під напором потоку; 2 - пружина; 3- гайка; 4 - контргайка; 5 - котушка). Діафрагму виготовлено з магнітом’якої сталі, тому її переміщення спричиняє зміни індуктивності котушки; вимірюючи зміни індуктивності, можна діставати інформацію про зміни витрати речовини.

Система для вимірювання витрати в трубопроводі. Первинним перетворювачем є нормальна труба Вентурі 1; перепад тиску вимірює мембранний диференціальний манометр 5. Внутрішні порожнини мембранних коробок з’єднані між собою й заповнені дистильованою водою. Для налагодження витратоміра використовуються вентилі: 4 - зрівняльний, 2 та 3 - замикальні. Спочатку всі три вентилі мають бути закриті; потім слід відкрити зрівняльний вентиль (щоб запобігти пошкодженню мембран від тиску речовини в трубопроводі), після цього відкрити обидва замикальних, нарешті закрити зрівняльний і розпочати вимірювання. Передачу вимірювальної інформації на потрібну відстань здійснює система з двома диференціальними трансформаторними перетворювачами соленоїдного типу (6 і 7 - перетворювачі, 8 - підсилювач, 9 - сервоелектродвигун, 10 - ексцентрик, 11 - реєструвальний пристрій, 12 та 13 - рулонний папір для реєстрації результатів вимірювання).

Оскільки об’ємна витрата виражається формулою: , диференціальні манометри забезпечуються різними пристроями для добування кореня. Для цього можна використати вторинний перетворювач ДСП, якщо в ньому замість магнітоелектричного перетворювача застосувати феродинамічний. Як відомо, у феродинамічному перетворювачі тягове зусилля пропорційне добутку струмів у його котушках; якщо ж котушки з’єднані послідовно, то зусилля пропорційне квадрату струму.

Вимірювання витрати газу в трубопроводі за допомогою нормальної діафрагми, мембранного диференціального манометра та вторинного перетворювача ДСП із феродинамічним протидійним елементом (1-важіль, 2-якір диференціально-трансформаторного перетворювача, 3-підсилювач,.4-пере-творювач змінного струму на постійний, 5-феродинамічний перетворювач). Робоче зусилля . Протидійне зусилля . За рівноваги , тому струм на виході пропорційний значенню витрат .

Система дистанційного вимірювання витрати рідини в трубопроводі: 1-ротаметр; 2-диференціальний трансформаторний перетворювач соленоїдного типу; 3-трансформаторний перетворювач із поворотною вторинною котушкою; 4-підсилювач; 5-сервоелектродвигун; 6-покажчик. Підйом поплавка ротаметра залежить від витрати рідини. Якщо при якір соленоїдного трансформаторного перетворювача 2 розташований симетрично відносно вторинних обмоток, то різницева напруга на його виході . Вторинна напруга е₂ трансформаторного перетворювача 3 за такого положення, як показано на рисунку, теж дорівнює нулю. Внаслідок піднімання поплавка виникає напруга на виході соленоїдного перетворювача 2 й вмикається серводвигун, який обертає рамку трансформаторного перетворювача - доти, доки е₂ не зрівняється з . За кожного значення серводвигун цієї слідкуючої системи шукає відповідне положення рамки трансформаторного перетворювача 3 - таке, щоб напруга е₂ дорівнювала напрузі .

ВИМІРЮВАННЯ ПАРАМЕТРІВ РУХУ ТВЕРДИХ ТІЛ

Під параметрами руху твердого тіла розуміють лінійні та кутові переміщення центру мас і всі їх похідні в часі - швидкість, прискорення, різкість тощо.

Загалом параметри руху - векторні величини, тому їх необхідно вимірювати, визначаючи модуль відповідного вектора та кута, що характеризує положення вектора у вибраній системі координат, або визначення складових вектора на осях вибраної системи відліку.

Між параметрами руху існує просторовий та часовий зв’язок. Під просторовим розуміють взаємний зв’язок лінійних та кутових параметрів руху, наприклад, (тут - кутове прискорення, - лінійне прискорення на відстані від центра обертання досліджуваного об’єкта). Це дає змогу визначити параметри лінійного руху через геометричні розміри () та параметри кутового руху, і навпаки.

Часовий взаємозв’язок параметрів руху - це інтегрально-диференціальний зв’язок між ними, внаслідок якого одні параметри руху можуть бути визначені через інші їх інтегруванням чи диференціюванням, наприклад, знаючи швидкість, можна визначити прискорення: .

Методи вимірювань параметрів руху можуть бути розділені на дві групи:

- абсолютні (інерціальні) методи, в основу яких покладений принцип інерції; параметри руху вимірюються в інерціальному просторі, тобто в просторі, в якому справедливі закони Ньютона;

- відносні методи, для яких параметри руху одної системи координат вимірюють відносно іншої системи координат.

Залежно від методу, покладеного в основу принципу дії вимірювального засобу, всі вимірювальні засоби можуть бути розділені на дві групи:

־ інерціальні, де відсутній безпосередній контакт між досліджуваним об’єктом та нерухомою системою відліку, а вхідною величиною первинних перетворювачів є сила інерції, що сприймається корпусом давача, з яким зв’язана власна (рухома) система відліку; інерціальні прилади для вимірювань параметрів лінійного руху прийнято називати сейсмічними, а кутового – гіроскопічними;

־ контактні, які основані на безпосередньому контакті між рухомим об’єктом і системою, прийнятою за нерухому; контакт не обов’язково повинен бути механічним, він може забезпечуватись оптичними, акустичними чи іншими способами.

Назви деяких засобів, призначених для вимірювань тих чи інших параметрів: