Принцип работы электроконтактного манометра

Принципиальные электрические схемы электроконтактных манометров приведены на рис. 4.1.

Сигнализирующие, часто называемые электроконтактными, манометрические приборы предназначены для измерения технического давления различных сред и дискретного управления электрическими цепями вспомогательных и регулирующих устройств.

Некоторые термины, используемые в этой главе специфичны для раздела сигнализирующих (электроконтактных) манометров, и их формулировки, согласно ГОСТ 2405-88 /4/, представлены ниже.

Сигнализирующее устройство прямого действия – устройство, замыкание и размыкание контактов электрической цепи которого осуществляется без преобразования энергии.

Сигнализирующее устройство непрямого действия – устройство, замыкание и размыкание контактов электрической цепи которого осуществляется за счет преобразования энергии из одной в другую.

Указатель сигнализирующего устройства – элемент сигнализирующего устройства, положение которого относительно меток шкалы определяет отклонение контролируемого параметра от нормы.

Срабатывание сигнализирующего устройства – действие, заключающееся в замыкании и размыкании электрической цепи.

Уставка – задаваемое значение контролируемого параметра, при котором происходит срабатывание сигнализирующего устройства.

Диапазон уставок – зона контролируемого параметра, в пределах которого можно провести уставку.

Замыкающий (размыкающий) контакт – коммутируемый контакт, замыкающий (размыкающий) электрическую цепь при достижении параметра уставки.

Принципиальные электрические схемы электроконтактных манометров приведены на рис. 4.1.

Типовая схема функционирования электроконтактного манометра может быть проиллюстрирована рис. 4.1,а. При росте давления и достижении им определенного значения указательная стрелка 1 с электрическим контактом входит в зону 4 и замыкает с помощью базового контакта 2 электрическую цепь прибора. Замыкание цепи в свою очередь приводит к вводу в работу объекта воздействия 6.

В схеме размыкания (рис. 4.1,б) при отсутствии давления электрические контакты указательной стрелки 1 и базового контакта 2 замкнуты. Под напряжением U_в находится электрическая цепь прибора и объект воздействия. При повышении давления и прохождении стрелкой зоны замкнутых контактов происходит разрыв электрической цепи прибора и соответственно прерывается электрический сигнал, направляемый на объект воздействия.

Схема замыкание–размыкание (рис. 4.1,е) позволяет при увеличении давления одну цепь замкнуть, а вторую – разомкнуть.

Двухконтактные схемы на замыкание–замыкание (рис. 4.1,г) и размыкание–размыкание (рис. 4.1,в) обеспечивают при повышении давления и достижении одних и тех же или различных его значений замыкание обеих электрических цепей или соответственно их размыкание.

Электроконтактные манометры производятся с механическими контактами, контактами с магнитным поджатием, индуктивной парой, микровыключателями.

Приборы с механическими контактами рассчитаны на напряжение до 250 В и выдерживают максимальную разрывную мощность до 10 Вт постоянного или до 20 В × А переменного тока. Малые разрывные мощности контактов обеспечивают достаточно высокую точность срабатывания (до 0,5 % полного значения шкалы).

Более прочное электрическое соединение обеспечивают контакты с магнитным поджатием. Их отличие от механических состоит в закреплении на обратной стороне контактов (клеем или винтами) малых магнитов, что усиливает прочность механического соединения. Максимальная разрывная мощность контактов с магнитным поджатием составляет до 30 Вт постоянного или до 50 В × А переменного тока и напряжением до 380 В. Из-за наличия магнитов в системе контактов класс точности не превышает 2,5.

Схемы с индуктивными контактами электросигнализирующих манометров основаны на взаимодействии индуктивного блока 2 с плунжером 1(рис. 4.2). Приборы изготавливают по двум схемам: с внешним плунжером (рис. 4.2,а) и плунжером, расположенным внутри блока (рис. 4.2,б). Электроконтактные устройства на основе индуктивных блоков с внешними плунжерами обеспечивают функционирование электрической цепи при постоянном напряжении 5-25 В и максимальном токе до 3 мА.

Рис. 4.2. Схема индуктивных контактов электроконтактного манометра: а – с внешним плунжером; б – с внутренним плунжером; 1 – плунжер; 2 – индуктивный блок

Внутреннее расположение плунжера обеспечивает действие цепи при постоянном токе до 1 мА. Класс точности таких систем не превышает 0,5. Индуктивный блок крепится на дополнительной подвижной опоре — базовом контакте, а роль плунжера выполняет как основная, так и дополнительная стрелки.

В отечественной промышленности электроконтактные манометры с индуктивными блоками используются мало, хотя за рубежом с их помощью контролируются взрывоопасные среды, устанавливаются в агрессивных условиях окружающей среды.

Манометры с пневматическими контактами аналогичны предыдущим, но вместо индуктивных блоков устанавливаются пневматические датчики, которые под воздействием плунжера при достижении заданного давления закрывают или открывают пневматическую линию.

Традиционно электроконтактные манометры изготовляются на базе показывающих приборов с трубчатой пружиной Бурдона или многовитковым чувствительным элементом.

Алгоритм работы достаточно прост.

Принцип работы электроконтактных манометров

Алгоритм работы достаточно прост.

1. В качестве подвижного контакта в системе используется стрелка манометра.
2. Когда будет достигнут определенный уровень давления (значение можно установить в зависимости от стоящей перед устройством задачи), стрелка смещается.
3. При этом возможно как замыкание, так и размыкание цепи, что вызывает, соответственно, включение или отключение активного компонента системы.

Манометры, применяемые при монтаже трубопроводных систем, могут иметь самую разную компоновку. Выделяют такие группы:

• Одноконтактные – срабатывающие на замыкание (исполнение I по ГОСТ 2405-88) либо на размыкание (исполнение II). Приборы данного исполнения используются крайне редко.
• Двухконтактные – настроенные на пары значений (III, IV, V и VI типы).

В соответствии с ГОСТ 2405-88 в манометрах ЭКМ, сигнализирующее устройство имеет четыре варианта исполнения:

• III – два размыкающих контакта.
• IV – два замыкающих контакта.
• V – один контакт размыкающий (минимальное значение, синяя маркировка), один контакт замыкающий (максимальное значение, красная маркировка).
• VI –конфигурация, обратная предыдущей (замыкание на минимуме, размыкание на максимуме).

V тип исполнения считается стандартным, поскольку именно такой принцип функционирования манометров используется в большинстве схем.

Рассмотрим пример на основе работы насоса — до первой уставки насос будет накачивать давление в систему, между уставками оба контакта будут разомкнуты и система будет работать в обычном режиме, при достижении второй уставки замкнутый контакт подаст сигнал на откачку давления.

При эксплуатации теплотехнического оборудования важнейшую роль играет обеспечение безопасности не только самого оборудования, но и персонала, который его обслуживает. Для этого необходимо, чтобы рабочие параметры агрегатов не выходили за допустимые пределы, установленные заводом-изготовителем. Если же такое произошло, то необходимо, чтобы автоматика безопасности немедленно останавливала оборудование и не давала ему включаться до устранения неисправности.

При эксплуатации теплотехнического оборудования важнейшую роль играет обеспечение безопасности не только самого оборудования, но и персонала, который его обслуживает. Для этого необходимо, чтобы рабочие параметры агрегатов не выходили за допустимые пределы, установленные заводом-изготовителем. Если же такое произошло, то необходимо, чтобы автоматика безопасности немедленно останавливала оборудование и не давала ему включаться до устранения неисправности.

В состав автоматики безопасности входит большое число приборов, каждый из которых отвечает за контроль своего параметра. Например, для контроля давления теплоносителя в котлах, системах отопления используются реле давления или электроконтактные манометры (ЭКМ).

Устройство электроконтактных манометров позволяет не только измерять избыточное давление жидкостей, паров и газов, но также и осуществлять управление внешними электрическими цепями путем включения и выключения контрольно-коммутационных контактов в схемах сигнализации, автоматики и блокировки технологических процессов.

Электроконтактные манометры изготавливаются с замыкающими и размыкающими контактами (зависит от типа исполнения) сигнального устройства, имеющими установку на срабатывание при верхнем и нижнем заданных значениях давления. Благодаря различным исполнениям ЭКМ в теплотехнике можно использовать не только для защитных целей, таких как контроль давления теплоносителя в котельных или ЦТП, но также и для управления активными компонентами данных систем – насосами, клапанами и так далее.

Принцип работы электроконтактного манометра

Алгоритм измерения давления ЭКМ идентичен пружинному манометру и основан на уравновешивании измеряемого давления силами упругой деформации трубчатой пружины. Устройство электроконтактного манометра в чем-то также похоже на пружинные манометры, но имеет свои нюансы в связи с появлением коммутационных контактов.

Технологии не стоят на месте, все совершенствуется, в том числе и конструкции измеряемых приборов.

Схемы подключения электроконтактных манометров

На рисунке приведены типовые возможные схемы подключения ЭКМ.

• 1 — основная показывающая стрелка;
• 2 и 3 — уставки предельных значений;
• 4 и 5 — области замкнутых и разомкнутых контактов;
• 6 и 7 — внешние цепи, в которых находится электроконтактный манометр.

Рассмотрим работу контактов ЭКМ на примере датчика с исполнением 1. При достижении давления установленного значения (2) рабочей стрелкой (1), т.е. попадание рабочей стрелки (1) в зону 4, контакт ЭКМ замыкается. При понижении значения давления ниже уставочной стрелки (2) — контакт разомкнётся.

Какие контактные группы могут быть использованы, зависит от типа устройства, а существуют они согласно ГОСТ 13717-84 Приложение 1 следующих видов:

Контактный манометр удобно использовать в случаях небольшой мощности нагрузки и отсутствия современной электронной системы автоматики.

Схема подключения электроконтактного манометра

Наиболее популярные среди потребителей схемы устройства — двухконтактные.

В широко используемых приборах отечественного производства серии ДМ версию определяют по цветам задающих стрелок:

• Версия 3 (Р_вкл)- синяя и (Р_откл)- красная.
• Версия 4 (Р_вкл)-красная и (Р_откл)-синяя.
• Версия 5- обе стрелки синие.
• Версия 6- обе стрелки красные.

У прибора четыре пронумерованных вывода:

1. Общий.
2. (Р_вкл).
3. (Р_откл).
4. Земля.

Выводы промаркированы на разъеме, расположенном на кожухе прибора, в ответной части разъема маркировки нет.

Второй недостаток данного манометра – его высокая стоимость относительно реле давления. В среднем цена может отличаться в 2-3 раза не в пользу манометра.

Плюсы и минусы электроконтактного манометра относительно реле давления.

Недостатки электроконтактного манометра — небольшие токи коммутации, в среднем 0,3-0,5 А. Это не позволяет подключать мощные управляемые устройства без дополнительного оборудования. Для этого используют мощные реле, для работы которых в свою очередь нужен дополнительный источник питания.

Именно этой особенностью обусловлен тот факт, что электроконтактный манометр называют сигнализирующим. При изменениях он сигнализирует об этом, а в качестве исполняющего устройства служит силовое реле.

Второй недостаток данного манометра – его высокая стоимость относительно реле давления. В среднем цена может отличаться в 2-3 раза не в пользу манометра.

Сфера применения сигнализирующего манометра – теплоснабжение, водоснабжение, вентиляционные системы, машиностроение и др.

В частности их широко применяют для включения насосных станций, которые осуществляют подачу воды.

Принцип работы

С магнитомеханическими контактами

Принцип работы

Принципиальные электрические схемы электроконтактных манометров согласно ГОСТ 2405-88:

1 — указательная стрелка; 2 и 3 — электроконтактные уставки; 4 и 5 — зоны замкнутых и разомкнутых контактов соответственно; 6 и 7 — объекты воздействия.

Исполнение 1 — одноконтактная на замыкание;
Исполнение 2 — одноконтактная на размыкание;
Исполнение 3 — двухконтактная на размыкание-размыкание;
Исполнение 4 — двухконтактная на замыкание-замыкание;
Исполнение 5 — двухконтактная на размыкание-замыкание;
Исполнение 6 — двухконтактная на замыкание-размыкание.

Электрический манометр имеют типовую схему функционирования, которая может быть проиллюстрирована на рис.а). При увеличении давления и достижении им определённого значения указательная стрелка 1 с электрическим контактом входит в зону 4 и замыкает с помощью базового контакта 2 электрическую цепь прибора. Замыкание цепи, в свою очередь, приводит к вводу в работу объекта воздействия 6.

Виды ЭКМ

Электроконтактные манометры на микровыключателях: виброустойчивые (жидконаполненные), промышленные, в нержавеющем корпусе, коррозионностойкие с плоской мембраной или трубчатой пружиной.

Электроконтактные манометры с магнитомеханическими контактами: коррозионностойкие с плоской или трубчатой мембраной, промышленные.

Электроконтактные манометры взрывозащищённые: с взрывонепроницаемой оболоч кой из нержавеющей стали или сплава алюминия, а также используемые для малых давлений.

Буквенно-цифровая маркировка, наносимая на манометры, может выполняться согласно двум действующим нормативным документам.

Типы устройства электронной части и контактных групп

Электроконтактная часть, в зависимости от марки и назначения манометра, бывает двух видов. Она может совмещаться напрямую с механизмом измерительного устройства, являясь его неотъемлемым элементом, либо монтироваться на переднюю часть манометра в виде присоединяемой электронной группы (ЭКГ).

ЭКМ производятся с контактами трёх типов:

• Механические;
• Индуктивная пара (магнитное пожатие);
• Микровыключатели.

До первой уставки (min)

Электроконтактные манометры (ЭКМ) предназначены для автоматической подачи сигнала, а в некоторых случаях для автоматического регулирования давления или блокировки. При помощи ЭКМ мы можем контролировать давление и видеть текущее его значение. Пределы устанавливаются с помощью сигнальных стрелок (уставок), без использования специализированного инструмента, необходима только отвертка.

По принципу действия этот прибор аналогичен техническим манометрам с той лишь разницей, что к нему добавлены специальные электрические контакты. Рабочая стрелка при помощи штифта ведет за собой рычажок с контактом, который, соприкасаясь с неподвижным контактом на уставке, замыкает/размыкает электрическую цепь сигнального или регулирующего устройства.

ЭКМ настроен контролировать давление в рабочей зоне (между уставками), погрешность показаний за уставками может превышать класс точности манометра. На сигнальной стрелке установлен привинчивающийся постоянный магнит, который придает системе контактов скачковую характеристику и усиливает прижимание контактов. Используя ЭКМ с магнитным поджатием необходимо помнить о допустимой погрешности срабатывания 4%. Срабатывание происходит с упреждением или запаздыванием относительно движения стрелки.

Заливка сектора уставки – подвижный контакт замкнут с контактом на уставке.

Положение коммутации указаны для состояния, когда стрелка находится между «0» и ближайшей уставкой.

Красный цвет уставки – замкнута в рабочей зоне.

Синий цвет уставки – разомкнут в рабочей зоне.

Согласно ГОСТ 2405 существует 6 видов исполнений контактной группы

Исполнение I

Один замыкающий контакт

Исполнение II

Один размыкающий контакт

Положение стрелки

Состояние контакта

Положение стрелки

Состояние контакта

Исполнение III

Левый размыкающий, правый размыкающий

Исполнение IV

Левый замыкающий, правый замыкающий

Положение стрелки

Состояние контакта

Положение стрелки

Состояние контакта

До первой уставки (min)

До первой уставки (min)

После второй уставки (max)

После второй уставки (max)

Исполнение V

Левый размыкающий, правый замыкающий

Исполнение VI

Левый замыкающий, правый размыкающий

Положение стрелки

Состояние контакта

Положение стрелки

Состояние контакта

До первой уставки (min)

До первой уставки (min)

После второй уставки (max)

После второй уставки (max)

ЭКМ с контактной группой исполнения I можно заменить исполнением IV и VI, использую работу правой уставки (max), левую уставку (min) необходимо вывести за пределы шкалы.

ЭКМ с контактной группой исполнения II можно заменить исполнением III и V, использую работу левой уставки (min), правую уставку (max) необходимо вывести за пределы шкалы.

При установке ЭКМ следует помнить, что необходимо исключить вибрации в схеме подключения, это позволит исключить ложные срабатывания сигнализирующего устройства и продлить срок службы манометра.

Выход из строя контактной группы в 85 % случаев возвратов является не ограничений по 4 физическим параметрам:

— максимальное напряжение коммутации;

— максимальный ток коммутации;

— максимальная коммутируемая мощность;

— максимальная механическая частота коммутации.

Если во время эксплуатации величина хотя бы одного из них находится за пределами допустимого, срок эксплуатации переключателя сокращается, а также возможен отказ контактной группы.

Максимальное напряжение коммутации при подключении электрической нагрузки между поверхностями контакта может возникать видимая электрическая дуга (искра). Тепловая энергия, которая локально выделяется при этом в большом количестве, способствует выгоранию материала контакта при каждой коммутации. Чем выше напряжение коммутации, тем быстрее происходит выгорание материала контакта.

Максимальный ток коммутации при подключении тока поверхность контактов нагревается. При увеличении силы тока выше допустимого предела контакты начинают слипаться, что в свою очередь приводит к спаиванию контактов.

Электрические перегрузки могут возникать при использовании лампы накаливания, в момент включения ток в 15 раз больше, чем при эксплуатации (номинальное значение), емкостных нагрузок — короткое замыкание, а индуктивные нагрузки (реле, магнитные клапаны, электродвигатели и др.) при выключении создают очень высокое напряжение (до 10 раз больше номинального напряжения).

Соблюдая условия эксплуатации, работа ЭКМ будет долговечной и бесперебойной.

Измерительная шкала представлена в Барах или Паскалях. Стрелка показывает избыточное давление той среды, в которой проводится замер.

Виды и конструкция прибора

• Корпус.
• Стрелки прибора.
• Шестерёнки.
• Ось.
• Поводок.
• Зубчатый сектор.

Между зубьями сектора и шестерёнки устанавливается специальная пружина, которая необходима для того, чтобы исключить мёртвый ход.

Измерительная шкала представлена в Барах или Паскалях. Стрелка показывает избыточное давление той среды, в которой проводится замер.

Принцип действия очень прост.

Давление от измеряемой среды поступает внутрь трубки.

Под его воздействием трубка пытается выровняться, так как площадь внешней и внутренней поверхностей имеет разную величину.

Свободный конец трубки совершает движение, при этом стрелка поворачивается на определённый угол благодаря передаточному механизму.

Измеряемая величина и деформация трубки находятся в прямолинейной зависимости.

Именно поэтому значение, которое показывает стрелка, и является давлением определённой среды.

По своему назначению манометры бывают следующих видов:

По принципу работы выделяют такие типы:

Жидкостные системы измерения

Величина в этих манометрах измеряется при помощи уравновешивания веса жидкостного столба. Мерой давления является уровень жидкости в сообщающихся сосудах. Этими приборами можно измерять величину в пределах 10−105 Па. Они нашли своё применение в лабораторных условиях.

По сути, это U-образная трубка, где находится жидкость с большим удельным весом в сравнении с той жидкостью, в которой непосредственно измеряется гидростатическое давление. Такой жидкостью чаще всего является ртуть.