Материал: Расходомеры и счетчики количества веществ. Расходомеры переменного перепада давления, расходомеры переменного уровня, тахометрические расходомеры и счетчики

Ранее для изготовления мембран широко применяли бериллиевые бронзы БрБ2—БрБ2,5. Теперь (как для мембран, так и для сильфонов) главным образом применяют нержавеющую сталь 36НХТЮ, содержащую 36 % Ni, 12 % Сг и 3 % Ti и пригодную для работы во влажном воздухе, морской воде и во многих агрес­ сивных средах при температуре до 250 °С. Для работы при темпе­ ратурах до 300-350 °С пригоден сплав 36НХТЮМ5, а до темпера­ туры 400 °С — сплав 36НХТЮМ8.

Применяют обычно гофрированные металлические мембраны, потому что плоская мембрана имеет малую чувствительность и характеристика ее далека от линейности. С увеличением глуби­ ны гофрировки зависимость между давлением р, действующим на мембрану, и прогибом Н ее центра становится все более линей­ ной. Это следует из рис. 87, где даны полученные эксперименталь­ но характеристики пяти мембран с пилообразной гофрировкой, от­ личающихся глубиной гофр 2Я , равной 0, 0,6, 0,9,1,5 и 3,3 мм, но имеющих одинаковую толщину 5= 0,32 мм и наружный диаметр D = 108 мм. С увеличением глубины гофра возрастает не только линейность, но и жесткость мембран. Жесткость можно суще­ ственно уменьшить, применяя более сильную гофрировку у край­ него гофра. Но характеристика мембран с краевым гофром изоб­ ражается линией двойной кривизны, имеющей все же достаточно прямолинейную среднюю часть. Помимо пилообразного профиль

гофрировки может быть синусоидальным, круговым или трапециевидным.

Толщина мембран 5 очень сильно влияет на ее прогиб, что следует из формулы

212

Вялые мембраны из резины или прорезиненной ткани имеют жесткий центр, образованный двумя металлическими дисками, между которыми зажата центральная часть мембраны; диаметр последней D\ = (0,7-**0,8)D, где D — диаметр мембраны. Для уве­ личения перемещения мембрана имеет складку за пределами жест­ кого центра. Эффективная площадь мембраны Fa, т. е. та часть ее площади, которая передает действующее на нее давление жестко­ му центру, определяется по формуле

Fs = n(D +D 1)2 /16.

Эта формула справедлива для среднего положения мембраны, ког­ да плоскость ее жесткого центра совпадает с плоскостью заделки.

Для уравновешивания силы Р = pF3J гдер — давление, действу­ ющее на вялую мембрану, она дополняется винтовой пружиной, число витков п и диаметр d проволоки которой рассчитывают по формулам:

d = 3j8DP/nRKp; n = HGd* /8D3P,

где D — средний диаметр витка, которым задаются из конструк­ тивных соображений; Якр — допускаемое напряжение при кру­ чении; G — модуль сдвига; Н — рабочий ход мембраны.

Широкое применение в деформационных дифманометрах наря­ ду с металлическими мембранами получили сильфоны, представля­ ющие собой коробчатые мембраны с волновым профилем. Сильфо­ ны могут быть цельнотянутыми и сварными. Первые изготовляют из тонкостенной трубки механическим или гидравлическим спо­ собом. Сварные сильфоны позволяют получать различные соотно­ шения наружного и внутреннего диаметров с желаемой эффектив­ ной площадью F3 = 7i(RH+ RB)2/4, где RHи RB— наружный и внут­ ренний радиусы сильфона. Перемещение Н сильфона прямо про­ порционально давлению, эффективной площади F3 и числу гофр. Нередко сильфон дополняют винтовой пружиной, которая и создает основную противодействующую силу, благодаря чему устраняется влияние упругих свойств сильфона на точность измерения.

Бели жесткость с сильфона известна, то перемещение FT его дна, нагруженного винтовой пружиной, можно определить по формуле

Н = pn(Rд + RB)2 / 4(с + Gdi / 8JD3n).

Расчет винтовой пружины (определение d и п) производят по ранее приведенным формулам.

9.3. ДИФМАНОМЕТРЫ ТИПА ДМ

Среди всех разновидностей дифманометров особенно широкое применение в промышленности получили беешкальные мембран­ ные дифманометры типа ДМ с дифференциально-трансформатор­ ной передачей показаний.

213

На рис. 88 показано устройство дифманометра ДМ-3583М. Чув­ ствительный элемент дифманометра — мембранный блок, состоя­ щий из двух (иногда четырех) мембранных коробок 4 и 7, кото­ рые ввернуты своими основаниями в перегородку 6. Внутренние полости мембранных коробок, сообщающиеся между собой, за­ полняются через ниппель 20 водным раствором этиленгликоля, и после этого ниппель заваривается. Перегородка 6 вместе с дву­ мя крышками 3 и 19у между которыми она зажимается с помо­ щью муфты 5, образует две полости — нижнюю и верхнюю. В первую подается давление р\ через штуцер 2, а во вторую — давление Р2 через штуцер 21. Под воздействием перепада давле­ ния нижняя мембранная коробка сжимается и часть жидкости перетекает в верхнюю коробку, вызывая перемещение верхней мембраны и соединенного с ней сердечника 11, который движется внутри диамагнитной разделительной трубки 18. Снаружи по­ следней находится катушка 17 преобразователя, укрепленная на траверсе 10, которая защищена от случайных ударов щитками 8. Катушка 17 защищена экраном, состоящим из неподвижного кор­ пуса 16 и подвижного колпачка 15, перемещением которого дос­ тигается минимальная нелинейность выходной характеристики, после чего колпачок фиксируется винтами 12. На колпачке сверху укреплены переменное 14 и постоянное 13 сопротивления делите­ ля, обеспечивающего получение стандартного выходного сигнала. Сверху катушка 17 с сопротивлениями закрыта колпачком 9, на котором крепится штепсельный разъем. Дифманометр снабжен

214

в другую коробку, а ее мем­ браны, складываясь по профилю, прижимаются друг к другу. Этим

оправдывается сложность устройства мембранного блока. Кроме того, верхнюю мембранную коробку делают в несколько раз бо­ лее жесткой, чем нижнюю, и этим существенно уменьшают вли­ яние температуры на перемещение сердечника. Для перехода на другой предел измерения необходимо менять весь мембранный блок. Мембраны изготовляют из дисперсионно-твердеющих спла­ вов марок 36НХТЮ, 40КХНМ с надлежащей термической обра­ боткой и соединяют шовной роликовой сваркой.

Дифманометры типа ДМ-3583М изготовляют на давление до 16 МПа и на все пределы измерения по нормальному ряду от 1,6 до 630 кПа. Их класс точности 1,0 и 1,5. Аналогичные дифмано­ метры типа ДМ на другом заводе изготовляют на давления до 6,3, 25 и 63 МПа.

Основные элементы дифференциально-трансформаторной пере­ дачи показаний дифманометра типа ДМ на вторичный прибор — два идентичных индуктивных преобразователя, из которых один П1 имеется в дифманометре ДМ, а второй П2 — во вторичном приборе ВП (рис. 89). Каждый преобразователь имеет сердечник, перемещающийся внутри индуктивной катушки, которая состоит из двух обмоток: первичной, питаемой переменным током напря­ жением 24 В частотой 50 Гц от обмотки силового трансформатора усилителя, и вторичной, две секции которой включены навстречу друг другу. Как первичные, так и вторичные обмотки обоих преоб­ разователей соединены друг с другом. При положении сердечников в середине катушек индуктируемые во вторичных обмотках преоб­ разователей 171 и П2 электродвижущие силы Е\ и Е%будут равны нулю. При всяком отклонении сердечника дифманометра от этого положения вследствие изменения взаимных индуктивностей М в и М н между первичной обмоткой и верхней и нижней секциями вто­ ричной обмотки на выходе первичной обмотки будет возникать

215

ЭДС Е\у значение и фаза которой будут зависеть от величины и направления перемещения сердечника. Возникающая при этом раз­ ность напряжений Е^-Е% усиливается усилителем и приводит в действие реверсивный двигатель РД, перемещающий стрелку или перо вторичного прибора и сердечник преобразователя П2 до тех пор, пока он не займет точно такое же положение, что и сердечник дифманометра. Тогда ЭДС Е% станет равной ЭДС Е\9 напряжение на входе и выходе усилителя будет отсутствовать и система займет новое положение равновесия.

Номинальное значение взаимной индуктивности между пер­ вичной обмоткой и выходной цепью при Дртах равно 10 мГн. Ввиду невозможности изготовления строго идентичных индук­ тивных катушек к их вторичным обмоткам подключены дели­ тели, состоящие из регулируемых R1 и RV и постоянных R2 и R2' резисторов, позволяющих при настройке изменить верхний предел Ei на ±25 % и Е2 на ±15 % и обеспечить взаимозаменяемость преобразователей. Для корректировки нуля по шкале вторичных приборов типов КСФ2, КСДЗ, КВД-1 и КПД-1 служит обмоткаДО и регулируемый резистор R3. Резистор R4 и конденсатор С4 об­ разуют фазосдвигающую цепочку, а конденсаторы СЗ, СЗ' и СЗ" создают резонансный контур, способствующий возрастанию тока основной частоты.

Дифференциально-трансформаторная передача сложнее индук­ тивной, но ее большое преимущество в том, что трение во вторич­ ном приборе не влияет на показания, так как реверсивный двига­ тель всегда его преодолеет. Разбаланс положения сердечников в преобразователях П1 и П2 зависит лишь от порога чувствитель­ ности усилителя. Преобразователь П1 имеет три модификации ДТП-1, ДТП-2 и ДТП-3 с номинальным рабочим ходом сердеч­ ника из среднего положения 1,6, 2,5 и 4 мм соответственно.

Преобразователь П2 у вторичного прибора имеет одну модифи­ кацию ДТП-4 с тем же номинальным ходом, что и ДТП-3. Преоб­ разователь ДТП-4 кроме резисторов RV и R2' имеет еще обмотку ДО и резистор R3 для корректировки нуля.

Ранее преобразователи дифманометров типа ДМ выпускали без сопротивлений R l, R2y R1* и R2*9 а для корректировки нуля служила третья катушка с регулируемым сердечником. Такие дифманометры не взаимозаменяемы. Кроме того, в них мембран­ ный блок заполняли дистиллированной водой, замерзавшей при низких температурах и выводившей из строя прибор. В дифманометре ДМ-3583М эти недостатки устранены. В более ранних кон­ струкциях крышки, между которыми зажималась перегородка, раз­ деляющая мембранные коробки, стягивались болтами и в верхней крышке укреплялись трубки с запорными и уравнительными вен­ тилями. В ДМ-3583М этих трубок нет, а крышки стягиваются резьбовой муфтой. Рассматриваемые мембранные дифманомет­ ры оказались в эксплуатации удобными и надежными прибора­ ми.

216