Измерение давления и перепада давлений в энергетической установке судна

Измерение давления и перепада давлений

Давление. В энергетической установке судна давление измеряют в очень широком диапазоне. Воспринимают давление, как правило, уп­ругие и эластичные ЧЭ, деформирующиеся под действием силы от давления среды. Эта сила обычно уравновешивается силой действия пружины СУ. Для измерения малых давлений применяют плоские эластичные и жесткие мембраны (рис.1,а). Эластичные мембраны изго­тавливают из аэростатной ткани или дюритовой резины. Ограниченно распространены жесткие мембраны, изготовленные из нержавеющей стали и бериллиевой бронзы, недостатком которых является малый диапазон перемещения. Для увеличения хода применяют мембраны с гофром, направленным вогнутостью в стороны измеряемого давления (рис. 1, б).

Давление р измеряемой среды преобразуется мембранным ЧЭ в усилие

где f_а — часть площади мембраны, передающая усилие и называемая активной площадью.

Увеличить усилие, развиваемое мембраной, можно применением жесткого центра (рис. 1, в). Тогда ее активная площадь

где D   — максимальный диаметр подвижной поверхности мембраны; d— диаметр жесткого центра (не должен превышать 0,8D).

Рис.1 Схемы действия мембранных чувствительных элементов давления.

Закономерность работы измерительных устройств в статических и динамических режимах выясним на примере мембранного датчика дав­ления. Входным сигналом датчика (рис. 2, а) является давление р из­меряемой среды, а выходным — положение рычага АВ, определяе­мое перемещением Дг/_д точки А. При установившемся режиме сила F₄, действующая на мембрану от давления среды, уравновешивается суммой сил F_пдействия пружины 4 и сухого трения F_тp в звеньях дат­чика:

Сила f_tpстремится затормозить движение звеньев датчика, дейст­вуя с положительным знаком при увеличении силы F_чи с отрица­тельным при ее уменьшении (для упрощения в дальнейшем влиянием сил сухого трения будем пренебрегать). Тогда соотношение между си­лами F_чи F_пдля момента страгивания жесткого центра мембраны 2 с упора 6

Где p_omin,f_а — давление страгивания и активная площадь мембраны;

        С, z_o— жесткость и предварительное натяжение пружины.

Жесткость — это сила, необходимая для деформации пружины на единицу длины. Для цилиндрических пружин жесткость постоянна и зависит только от геометрических размеров, числа работающих вит­ков и упругости материала.

Предварительное натяжение z_o пружины 4 устанавливают враще­нием регулировочной гайки 3 относительно корпуса 1  датчика.

Из соотношения следует, что для каждого датчика давление стра­гивания мембраны с ограничительного упора пропорционально пред­варительному натяжению z₀ пружины:    

                                (I)

С увеличением давления p_ominна значение ∆р появляется движущая сила, определяемая разностью между силами F₄и F_п, которая вызы­вает перемещение ∆z мембраны. Согласно второму закону Ньютона эта разность сил уравновешивается силой инерции f_jдвижущихся масс датчика: , или

Из полученного уравнения следует, что чем больше масса подвиж­ных деталей датчика, тем выше его инерционность, т. е. ниже быстро­действие, определяемое ускорением движения мембраны под действием заданной движущей силы. При небольшой массе подвижных деталей, силы инерции которых значительно меньше движущей силы, инерцион­ностью датчика можно пренебречь.

Рис.2 Схемы действия мембранного датчика давления и его характеристики.

Уравнения динамики характеризуют линейную, пропор­циональную зависимость изменения выходной величины от входной при условии малых приращений измеряемого параметра, а соотношение между ними определяется передаточным коэффициентом. Так, с уве­личением жесткости с либо уменьшением площади f_а или передаточного числа а₁ передаточный коэффициент а_л уменьшается, что приводит к уменьшению выходного сигнала датчика при том же изменении вход­ного.

На установившемся режиме статическое приращение давления Д/7„ приводит к пропорциональному перемещению Л«/_до выходного звена. Поэтому работа датчика на установившихся режимах также описывается зависимостями (2) и (3). Выходной сигнал достигает сво­его максимального установившегося значения А#_ДОтах, когда жест­кий центр мембраны 2 достигнет ограничительных упоров 5 при увели­чении давления до значения р₀тах- Тогда разность установившихся давлений при крайних положениях выходного звена датчика опреде­лит значение его статической неравномерности:

или

                                               (4)

В общем случае статической неравномерностью (∆х_нер) звена называется разность установившихся значений входного параметра, взятых при крайних значениях выходного параметра и неизменном задании R, т. е.

Показателем   относительной   неравномерности   звена   является степень неравномерности звена, %: