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

Наряду с дифманометром ДМ-3583М имеется мембранный дифманометр ДМ-3583ФМ, предназначенный для работы с вторичны­ ми приборами ферродинамической системы типа ВФС, ФП, ВФПС

иВФСС. В дифманометре ДМ-3583ФМ устанавливается преобра­ зователь типа ПД, сердечник которого перемещается не в одной, а

вдвух катушках, находящихся одна над другой и разделенный пружиной, которая фиксирует их положение. Катушки имеют первичную и вторичную обмотки, две секции последней включе­ ны встречно. Имеются три модификации преобразователей ПДЗ, ПД4 и ПД5 с ходом сердечника из среднего положения ±1,5, ±2

и±2,5 мм соответственно с пределами изменения выходной ЭДС-(1-0-г-1) В. Выходная обмотка преобразователя соединена с обмоткой рамки преобразователя ПФ-2 во вторичном приборе по компенсационной схеме. Первичная обмотка преобразователя ПД

иобмотка возбуждения преобразователя ПФ-2 включены после­ довательно.

9.4. ДИФМАНОМЕТРЫ ТИПА ДМЭР

Эти дифманометры отличаются от рассмотренных дифманометров типа ДМ устройством для передачи показания вторично­ му прибору. Вместо дифференциально-трансформаторных преоб­ разователей здесь применяют преобразователи, основанные на ком­ пенсации магнитных потоков [5]. Они имеют унифицированный выходной сигнал постоянного тока 0-5 мА, для измерения которо­ го могут служить миллиамперметры КПУ1, КВУ1, КСУ1, КСУ2, КСУ4. Дифманометры ДМЭР и ДМЭР-М (малогабаритный) имеют класс 1,5 и рассчитаны на давление 40 МПа. Предельные перепа­

217

Рис. 91. Принципиальная электромагнитная схема дифманометра ДМЭР

размещены магнитопровод 5 и остальные элементы преобразова­ теля с магнитной компенсацией. Рядом с преобразователем на­ ходится полупроводниковый усилитель 4 типа УП-МКР. На труб­

Электромагнитная схема дифманометра ДМЭР приведена на рис. 91, а схема магнитных потоков дана на рис. 92. Каждый из магнитопроводов и М 2 (см. рис. 91) образует вместе с магнит­ ным сердечником своеобразный магнитный мост, два плеча кото­ рого составляют магнитный сердечник 1, а два других — магни­ топровод 2 (рис. 92). В диагонали каждого моста имеется маг­ нитопровод, собранный из набора пластин с немагнитными про­ кладками, на котором намотаны состоящие из двух секций ка­ тушки возбуждения W<±—W\ и W 2—W*2 и катушки обратной

связи Jii—п\ и П2—п 2 (смРис* 91)* Магнитный поток, создавае­ мый магнитом, замыкается через магнитопровод и частично (бла­ годаря относительно большим воздушным зазорам) через диаго­ наль моста. При среднем положении магнита (рис. 92, а) ответв­ ляемые в диагональ потоки Фх и Ф2, имеющие противоположное направление, равны по значению и поэтому результирующий по­ ток в диагонали моста равен нулю. При перемещении магнита симметричность моста нарушается (рис. 92, б), и в его диагонали возникает магнитный поток, направление которого зависит от на­ правления перемещения и полярности магнита. Этот поток в од­ ном магнитопроводе (см. рис. 91) складывается с магнитным

Рис. 92. Схема магнитных потоков в преобразователе дифманометра ДМЭР: а — при нейтральном положе­ нии магнита; б — при смещенном магните

218

потоком, создаваемым двумя секциями W i и W\ катушки воз­ буждения, а в другом магнитопроводе М 2 вычитается из магнит­ ного потока, создаваемого секциями W 2 и W'2 другой катушки возбуждения. Это приводит к изменению силы токов в обеих ка­ тушках и появлению напряжения на вершинах моста, плечами которого являются катушки возбуждения и постоянные резисто­ ры R1 и R2. Мост питается от силового трансформатора усилителя напряжением в виде прямоугольных импульсов с частотой 50 Гц, формируемых с помощью стабилитрона и ограничительного ре­ зистора. В измерительную диагональ моста включены фильтру­ ющий конденсатор С и усилитель У, в выходной цепи которого имеются нагрузка RHи устройство обратной связи УОС. Послед­ нее питает током с секции ni—п\ и п2—п'2 катушек обратной связи, создающих в магнитопроводаxM i и М 2 магнитные потоки, которые направлены навстречу потокам от постоянного магнита. Сигнал, снимаемый с резисторов R1 и R2, будет пропорционален управляющему воздействию разности магнитных потоков постоян­ ного магнита и катушек обратной связи. Суммарное сопротивление внешней нагрузки RHне должно превышать 2,5 кОм.

В расходомерных дифманометрах применяют усилитель типа УП-МКР, который отличается от усилителя УП-МК в перепадо­ мерных дифманометрах тем, что в нем имеется квадратор для из­ влечения квадратного корня из перепада давления. Он состоит из автогенерирующего регулирующего устройства с широтно-им­ пульсной модуляцией, функционального импульсного делителя и источника питания. Выходной сигнал — прямоугольные им­ пульсы постоянной амплитуды (частота и коэффициент заполне­ ния импульсов зависят от входного сигнала).

Схемы различных зарубежных дифманометров с компенсацией магнитных потоков рассмотрены в работе [6].

9.5. ДИФМАНОМЕТРЫ ТИПА «САПФИР»

Эти дифманометры появились позднее мембранных дифмано­ метров ДМ и ДМЭР и очень сильно от них отличаются. Чувстви­ тельный элемент у них — не гофрированная, а плоская дисковая мембрана малого диаметра, деформация которой преобразуется в стандартный токовый сигнал 0 -5 мА с помощью тензорезисторов. Дифманометры «Сапфир» характеризуются высокой точнос­ тью и малыми габаритными размерами.

К поверхности дисковой мембраны из стали или титана жест­ ким припоем присоединен полупроводниковый тензорезисторный преобразователь. Он состоит из диэлектрической сапфировой монокристаллической подложки с определенной кристаллографичес­ кой ориентацией, на которой методом гетероэпитаксиальной тех­ нологии выращена тонкая (толщиной не более 1 мкм) монокристаллическая пленка кремния, обладающая тензорезисторным эф­

219

фектом. Дифманометры «Сапфир» (так же, как и дифманометры ДМ и ДМЭР) бесшкальные. В связи с этим возможны два вари­ анта наименования этих дифманометров. Первое — дифманометр мембранный бесшкальный с электрическим преобразователем перемещения или деформации мембраны в выходной сигнал. Второе — двухступенчатый преобразователь перепада давления сперва в перемещение или деформацию мембраны, а затем с по­ мощью тензорезисторного эффекта в выходной сигнал (электри­ ческий). Разработчиками и заводами-изготовителями для диф­ манометров типа «Сапфир» (но не для ДМ и ДМЭР) принят по­ следний вариант, и называют эти дифманометры сокращенно пре­ образователями разности давлений.

Конструкция такого преобразователя («Сапфир-22ДД») зави­ сит от значения предельного перепада давления. На рис. 93, а показано устройство преобразователей на большие предельные перепады: модель 2450 на давление 16 МПа и перепады 0,4, 0,63, 1,0, 1,6 и 2,5 МПа и модель 2460 на давление 25 МПа и перепады 2,5, 4,0, 6,3,10 и 16 МПа. Измеряемый перепад давления воспри­ нимается гофрированными мембранами 7 п 10 (толщиной около ОД мм), края которых приварены к основанию 8. Внутри после­ днего размещена измерительная дисковая мембрана 4 с тензопреобразователем. Вся внутренняя полость основания заполнена кремнийорганической жидкостью, которая и передает давление Pi по каналу 6, а давлениеР2 по каналу 11 па мембрану 4. Крышки 5 и 9 стянуты с основанием болтами и уплотнены прокладками 3. При односторонней перегрузке мембраны 7 или 10 прижимают-

Рис. 93. Устройство преобразователей «Сапфир-22Д*: a — для боль­

ших Аршах от О»4 ДО 2,5 МПа (модель 2450) и Дртах от 2,5 до 16 МПа (модель 2460); б — модели 2410, 2420, 2430, 2434, 2440 и 2444

220

ся к боковым поверхностям основания 8, которые имеют соответ­ ствующий профиль. Зазор между мембранами и основанием око­ ло 0,5 мм, а измерительное перемещение мембран 0,2-0,3 мм. Упругость последних (вместе с упругостью мембраны 4) уравно­ вешивает измеряемый перепад давления. Их профиль и глуби­ на гофрировки обеспечивают линейность характеристики при пе­ ремещении до 0,3 мм при наименьшей жесткости.

Тензопреобразователь соединен проводами, проходящими че­ рез герметический вывод 2, с электронным устройством 1. По­ следнее преобразует разность двух напряжений, снимаемых с из­ мерительного моста, в унифицированный сигнал постоянного тока, изменяющийся в пределах 4-20 мА при двухпроводной линии связи и 0 -5 мА или 0-20 мА при четырехпроводной линии свя­ зи. В электронное устройство 1 входят: микросборка стабилиза­ тора напряжения и регулируемого источника тока, а также эле­ менты схемы температурной компенсации и перенастройки диа­ пазона измерения (с помощью включения перемычек) в пределах 10 % . Устройство снабжено корректорами нуля и диапазона изме­ рения. Питание всей схемы от источника постоянного тока напря­ жением 36 В. Основная погрешность рассмотренной модели 0,25 и 0,5 % .

Для средних и небольших перепадов давления рассмотренная конструкция не пригодна вследствие большой жесткости диско­ вой мембраны и применяется конструкция, схема которой пока­ зана на рис. 93, б. Здесь мембрана 3, установленная в основании 7, изготовлена как одно целое с рычагом 4 и работает на изгиб при перемещении нижнего конца рычага 4 пластинчатой тягой 9, закрепленной в рычаге с помощью винта. Другой конец тяги 9 связан со штоком 5, переходящим в диски с гофрированной на­ ружной поверхностью. Эти диски образуют жесткие центры гоф­ рированных мембран 6 п 8, воспринимающих измеряемый пере­ пад давления. Каждая из мембран своими концами приварена к основанию 7, а в средней части к соответствующему диску, обра­ зующему ее жесткий центр. Вся внутренняя полость основания между воспринимающими мембранами заполнена кремнийорганической жидкостью. Герметический вывод 2 для проводов от тензопреобразователя и электронное устройство 1 аналогичны тем, которые были ранее рассмотрены. При перегрузке мембраны 6 и 8 прижимаются к соответственно гофрированным поверхностям основания 7 и дисков штока 5, образующих их жесткие центры.

По такой схеме изготовляют преобразователи: модель 2410 на дав­ ление 4 МПа и предельные перепады 0,25, 0,4, 0,63, 1,0 и 1,6 кПа; модель 2420 на давление 4 МПа и предельные перепады 1,6, 2,5, 4,0, 6,3 и 10 кПа; модель 2430 на давление 16 МПа и предельные перепады 6,3, 10, 16, 25 и 40 кПа; модель 2434 на давление 40 МПа и предельные перепады 6,3, 10, 16, 25 и 40 кПа; модель 2440 на давление 16 кПа и предельные перепады 40, 63,100,160 и 250 кПа и модель 2444 на давление 40 кПа и предельные перепа­

221