Приборы для измерения давления и разрежения.
Жидкостные манометры используются для измерения небольших давлений и разрежений. Простейший жидкостный манометр (рис. 157) состоит из U-образной стеклянной трубки 1, закрепленной на корпусе 2 со шкалой 3. Трубка залита ртутью или подкрашенной водой. Один конец трубки сообщается с измеряемой средой, другой — с атмосферой. Разность уровней h показывает давление в миллиметрах ртутного или водяного столба.
Напоромеры и тягонапоромеры применяются для измерения давлений и разрежений до 100—1200 мм вод. ст. На рис. 158, а показан мембранный тягонапоромер и схема его измерительного механизма. Давление измеряемой среды подводится внутрь мембранной коробки 2, размещенной вместе с передаточным механизмом 1 в корпусе 3. Движение мембраны передается сектору 6, сцепленному с зубчаткой 7, которая находится на оси стрелки 5. Отсчет производится по шкале 4.
Пружинный манометр (рис. 158, б) состоит из трубки Бурдона 5, которая через штуцер 1 сообщается с измеряемой средой. Под давлением внутри трубки ее свободный конец разгибается и через сектор 2 и зубчатку 4 поворачивает стрелку 6. Пружина 3 служит для устранения влияния на стрелку зазора в зубчатом сцеплении. Трубка Бурдона для давлений до 150 бар изготовляется из латуни, выше 150 бар — из стали. Манометры показывают избыточное давление. Нулевая отметка соответствует атмосферному давлению.
При эксплуатационном контроле работы установки применяют технические манометры с классом точности 1,5 и 2,5. Класс точности показывает допустимую погрешность в процентах от предельного значения шкалы прибора. Контрольные манометры имеют класс точности 0,5 и 1,0 и применяются для периодического контроля работы штатных технических Манометров.
Дифференциальные манометры (рис. 159, а) используются для измерения разности или перепада давлений. В корпусе расположены две трубки Бурдона с отдельным подводом давления к каждой. Трубки имеют независимые передаточные механизмы секторного типа. Механизм меньшего давления (—) имеет трубчатую ось и указатель в виде диска 1, а большего давления (+) — внутреннюю ось и стрелочный указатель 2. Отсчет давления ведется по общей шкале 3, а разности давлений — по шкале на диске 1.
Вакуумметры применяются для измерения глубокого разрежения и градуируются в мм рт. ст. Устройство вакуумметра аналогично устройству манометра. Прибор показывает разность давлений между измеряемой средой и атмосферой. Для получения абсолютного давления необходимо знать барометрическое (атмосферное) давление, из которого вычитается давление, показываемое мановакуумметром.
Электронно-механические манометры позволяют контролировать давление (разрежение) измеряемой среды на практически любом расстоянии от объекта. Они находят применение в системах дистанционного контроля. Манометр состоит из датчика (рис. 159, б), электронного усилителя и показывающего прибора. Питание осуществляется переменным током напряжением 127 или 220 В.
Во внутреннюю полость трубки Бурдона 2 через штуцер 7 и держатель 1 подается давление, под действием которого свободный конец трубки перемещается. Через присоединенную к нему скобу 4 и регулировочный винт 3 перемещение передается сердечнику 5 дифференциального трансформатора 6.
При изменении давления сердечник изменяет свое положение, что приводит к появлению небаланса напряжений на входе в усилитель. Усиленное напряжение небаланса поступает на показывающий прибор и перемещает указательную стрелку до тех пор, пока электрическая обратная связь не приведет небаланс к нулю.
Приборы для измерения температуры.
Жидкостные термометры, ртутные и спиртовые, получили широкое распространение при измерении температуры. На рис. 160 показан ртутный термометр и схема его установки на трубопроводе. Хвостовая часть термометра должна быть полностью погружена в оправу 1. Для улучшения теплопередачи между измеряемой средой и термометром в оправу заливается масло 2 или, для высоких температур, засыпается мелкая красномедная стружка. Затем накладывается изоляция 3.
В системах сигнализации и защиты применяются контактные термометры, в которых ртутный столбик при достижении заданного значения температуры замыкает электрическую цепь.
С помощью ртутных термометров можно измерять температуру от —30 до +750° С.
Биметаллические термометры работают на принципе деформации биметаллической винтовой пружины пропорционально изменению окружающей температуры. Схема термометра приведена на рис. 161, а. Один конец биметаллической пружины 1 жестко прикреплен к корпусу, а другой — к оси 2, на которой закреплена стрелка 3. При изменении температуры пружина деформируется и поворачивает в соответствующем направлении стрелку. Отсчет показаний производится по шкале 4.
Биметаллическими термометрами обычно измеряют температуру от —30 до +120° С.
Манометрический термометр (рис. 161, б) состоит из термобаллона 1, капилляра 2 и манометра 3 со шкалой, градуированной в единицах температуры. Термобаллон может заполняться жидкостью (ртуть, метиловый спирт и др.) или инертным газом (азот и др.). При увеличении температуры давление жидкости или газа разгибает трубку Бурдона в манометре, которая связана со стрелкой прибора.
Манометрические термометры применяются для измерения температур от —130 до +550° С.
Термоэлектрический термометр (пирометр) состоит (рис. 162, а) из термопары 1, проводников 2, компенсационного сопротивления 3 и милливольтметра 4. В корпусе термопары находятся два стержня из разнородных металлов или сплавов, концы которых спаяны между собой. Работа термометра основана на возникновении термоэлектродвижущей силы (термоэ. д. с.) в термопаре при нагреве ее рабочего конца (горячий спай). Измерение термоэ. д. с. производится милливольтметром 4, шкала которого отградуирована в °С. Сопротивление 3 подбирается при тарировании прибора.
Термоэлектрические термометры обычно объединяют в комплект с общим показывающим прибором, расположенным на щите поста управления дизелем.
Диапазон температур, измеряемых термоэлектрическими термометрами, составляет от —50 до +1300° С и выше.
Электрический термометр сопротивления работает на принципе изменения электрического сопротивления проводника при изменении температуры. На рис. 162, б показана схема такого термометра. Датчик 1 и милливольтметр 3 включены в цепь источника питания 2. Датчик представляет собой катушку, на которую намотана медная или платиновая проволока, или полупроводниковый резистор (термистор). При изменении температуры датчика изменяется его электрическое сопротивление, что приводит к отклонению стрелки показывающего прибора 5, градуированного в °С. Чаще термометр сопротивления включают в уравновешенный электрический мост, одним из плеч которого является термосопротивление.
Электрические термометры сопротивления применяются в системах дистанционного контроля.
Термометрами сопротивления измеряют температуру в диапазоне от —120 до +600° С.
Приборы для измерения частоты вращения.
Тахометр показывает частоту вращения вала. Счетчик оборотов измеряет количество оборотов, совершенное валом с момента установки прибора или его включения.
По конструктивному исполнению тахометры делятся на стационарные и переносные, а по принципу действия — на механические, магнитоиндукционные и вольтметровые.
Механический, тахометр. Принцип его действия (рис. 163, а) основан на явлении центробежных сил. На валике 1 имеется поперечная ось 3, на которой свободно крепится кольцевой груз 4, эластично соединенный при помощи спиральной пружины 2 с поперечной осью. С помощью тяги 5 груз соединен с муфтой 6, свободно сидящей на валике 1. Муфта через зубчатую рейку 7 и шестерню 8 связана со стрелкой 9. При вращении валика 1 кольцевой груз стремится занять положение, перпендикулярное оси вращения, перемещая при этом стрелку по шкале. Положение кольцевого груза относительно оси вращения устанавливается такое, которое отвечает равновесию центробежных сил, действующих на кольцо, и усилию пружины 2.
Переносные тахометры (рис. 163, б) используют во время испытаний и для контроля за работой стационарных тахометров. Прибор снабжен комплектом наконечников и удлинителей, чтобы его можно было соединить с валами разной формы. С помощью переключающего устройства тахометр можно использовать для измерения от 25 до 10 000 об/мин. Следует иметь в виду, что если измеряемая частота вращения превышает установленную переключающим устройством, то тахометр может выйти из строя.
Механические тахометры не показывают направление вращения вала.
Магнитоиндукционный тахометр (рис. 163, в) состоит из постоянного магнита 4, который охватывается медной или алюминиевой чашкой 3. При вращении магнита в чашке возникают вихревые токи (токи Фуко) и образуется собственное магнитное поле . В результате взаимодействия магнитных полей чашка увлекается в направлении вращения магнита. Пружина 2 допускает поворот чашки на угол, соответствующий частоте вращения постоянного магнита. Через передаточный механизм 1 поворот чашки передается стрелке прибора.
Эти тахометры обычно используют в дистанционном исполнении. Тахогенератор, приводимый во вращение от вала, частота которого измеряется, вырабатывает ток соответствующей частоты. Питаемый этим током синхронный двигатель, расположенный в показывающем приборе, вращает постоянный магнит. Таким образом частота вращения магнита всегда соответствует измеряемой частоте вращения.
Магнитоиндукционные тахометры устанавливаются на нереверсивных двигателях.
Вольтметровый тахометр (рис. 164) предназначен как для измерения частоты вращения, так и для указания направления вращения вала. В связи с этим вольтметровые тахометры широко применяются на главных двигателях.
Якорь тахогенератора 4 приводится во вращение от гребного вала 6 с помощью втулочно-роликовой цепи 5. Напряжение вырабатываемого тахогенератором постоянного тока пропорционально частоте вращения вала. Через переходную коробку 3 напряжение поступает на показывающий прибор 1, представляющий собой магнитоэлектрический вольтметр, градуированный в об/мин. По кабелю 2 подается питание на освещение шкалы прибора.
Обычно от одного тахогенератора работают три показывающих прибора, которые устанавливаются в машинном отделении, на мостике и в каюте старшего механика.
Счетчик оборотов служит для подсчета количества оборотов, наработанных со времени постройки, ремонта, моточистки и т. п. Он может иметь качающийся или вращающийся привод. На рис. 165, а показан суммирующий счетчик оборотов с вращающимся приводом. Счетный механизм 3 роликового типа размещен в остове 2, который закрыт никелированным кожухом 4 с боковыми окнами для отсчета оборотов и торцовым окном для ключа возвратного устройства, надеваемого на ось 5. С остовом счетчика соединен корпус приводного узла 1. Роликовый счетный механизм состоит из цифровых барабанчиков. Каждый барабанчик поворачивается на 1/10 оборота после поворота предшествующего барабанчика на один оборот.
Тахоскоп (см. рис. 165, б) состоит из суммирующего счетчика оборотов 1 и секундомера 2, закрепленных в общем корпусе. Приводной валик 3 получает вращение при прижатии насаженного на него наконечника к центровому конусу на торце вала. Секундомер и счетчик включаются одной кнопкой. Другая кнопка возвращает стрелки обоих приборов на нуль. Частное от деления показания счетчика на показания секундомера (в мин) дает среднюю частоту вращения в минуту за период замера.
Специальные теплотехнические приборы. Индикатор служит для снятия индикаторной диаграммы, после обработки которой определяется среднее индикаторное давление pt и подсчитывается индикаторная мощность цилиндра дизеля. Сумма индикаторных мощностей всех цилиндров дает индикаторную мощность двигателя.
На рис. 166 показана схема индикатора с цилиндрической пружиной, установленного на цилиндре дизеля. Корпус индикатора устанавливают и закрепляют на индикаторном кране. На корпусе расположен барабан с возвратной пружиной внутри и пишущий механизм. Барабан 8 через гибкий шнур 9 присоединяется к индикаторному приводу 10, правое плечо которого с помощью тяги соединено с поршнем двигателя. Барабан воспроизводит движение поршня и, следовательно, в определенном масштабе, величину объема цилиндра при каждом положении поршня двигателя.
При открытии индикаторного крана газы из цилиндра 1 двигателя поступают в цилиндр 2 индикатора и воздействуют на поршень 3. Под действием давления газов поршень перемещается вверх и через шток 5 растягивает цилиндрическую пружину 6 до момента достижения равновесного состояния. Через систему шарнирных рычагов пишущего устройства 4 движение поршенька передается на карандаш 7, который может перемещаться строго по вертикали. На барабан 8 надевается бумажный бланк, где карандашом вычерчивается диаграмма цикла.
Пиметр показывает среднее давление в цилиндре по времени рт. С его помощью осуществляется контроль за равномерностью распределения нагрузки между цилиндрами двигателя. Однако определить мощность с помощью пиметра нельзя, так как он не показывает pi
На рис. 167, а изображена схема пиметра инерционного типа. Он устанавливается на индикаторном кране и закрепляется гайкой 1. Под давлением газов поршенек 2, находящийся в цилиндре 3, перемещается вверх и через рычажный механизм 4 и сектор 5 поворачивает ось 6. Перемещению поршенька противодействует пружина 5, а повороту оси 6 — закрепленная на ней масса, выполненная в виде диска. Несмотря на колебания давления, стрелка 7, сидящая на общей с массой оси 6, устанавливается в определенном положении, соответствующем упругости пружины 8. Отсчет показаний прибора производится по шкале 9.
Максиметр предназначен для определения максимального давления в цилиндре рz. При выключении топливного насоса прибор показывает давление конца сжатия рс.
Манометрический максиметр (рис. 167, б) состоит из корпуса 2, соединенного с манометром 7. С помощью гайки 1 прибор закрепляют на индикаторном кране. Газы из цилиндра двигателя проходят через сетчатый фильтр 3, невозвратный клапан 4, дроссельную шайбу 5 и поступают в манометр. После нескольких колебаний стрелка манометра устанавливается в положении, соответствующем давлению в цилиндре. Клапан 6 служит для выпуска газов из максиметра после его отключения от цилиндра.
Торсиометр служит для определения эффективной мощности двигателя и устанавливается на валопроводе. Принцип работы прибора основан на скручивании вала при передаче им мощности.
Индуктивный торсиометр (рис. 167, в) состоит из закрепленных на валу 3 железного якоря 1 и, на некотором расстоянии от него двух катушек 2. Каждая катушка имеет две обмотки. В первичную обмотку катушек подается переменный ток. При скручивании вала изменяются зазоры между якорем и катушками, в результате чего напряжение во вторичных обмотках становится неодинаковым. Изменение напряжения в обмотках пропорционально скручиванию вала и, следовательно, величине крутящего момента, передаваемого валом. После установки торсиометра производится его тарировка и составляются таблицы, по которым определяется эффективная мощность двигателя — в зависимости от напряжения электрического тока вторичных обмоток.
