Общие сведения о методах анализа состава и измерения параметров продукции


В основе определения состава и свойств продукции лежит химический анализ. Он связан с проведением качественного и количественного анализа состава продукции и сравнением полученных результатов с установленными нормативно-технической документацией требованиями.


Химический анализ в широком смысле этого понятия, включающий физические и физико-химические методы, является составной частью метрологии. Его особенностью является предварительное проведение качественного анализа, т. е. идентификации химических частиц различного рода (атомов, молекул, ионов, радикалов) с последующим определением их количества (качественный анализ) в анализируемом продукте.


Цели, с которыми проводится качественный или количественный химический анализ состава продукции разнообразны. В зависимости от решаемых задач и глубины проверки продукции результаты могут быть получены проведением следующих анализов: атомного, молекулярного, функционального и валового.

Атомный (элементный) и молекулярный анализы заключаются в контроле состава веществ на уровне атомов или молекул. Функциональный анализ заключается в определении состава функциональных групп в химических соединениях. Валовой анализ применяется в случае проверки сложных смесей веществ (горные породы, цемент), когда состав пробы выражается в виде условно выбранных соединений, например оксидов.


Состав продукции проверяется измерением количества или физических свойств, входящих в неё веществ. Измерения производятся непосредственно или же после соответствующей подготовки продукции (разделение, концентрирование, перевод в удобную для измерения форму и др.). Процесс завершается измерением величины аналитического сигнала. Для получения аналитического сигнала, как правило, используются три группы методов: химические, физические и физико-химические.


Химические методы основаны на химических реакциях определяемого компонента с реагентом. Эффектом реакции может быть образование малорастворимого осадка, малодиссациированного соединения или прочного комплексного соединения.


В физических методах измеряется свойство (интенсивность излучения света, радиоактивного излучения и др.), непосредственно зависящее от природы атомов и их концентрации в веществе. При этом химические реакции или совсем не играют роли, или имеют второстепенное значение.


В физико-химических методах анализа определяются изменения физических свойств системы (коэффициента преломления света, электрической проводимости, поглощения света и др.), происходящие в результате химических или электрохимических реакций. Интенсивность физического сигнала зависит от концентрации определяемого компонента.


Между химическими и физико-химическими, физическими и физико-химическими методами анализа не всегда можно провести чёткую границу. Например, измерение электрической проводимости растворов (кондуктометрия) не требует проведения химических реакций и относится к физическим методам, тогда как определение изменения электрической проводимости при титровании кислоты щёлочью (кондуктометрическое титрование) является физико-химическим методом. Иногда физические и физико-химические методы объединяются под общим названием инструментальные методы, так как для измерения сигналов используется прецизионная аппаратура.


Физико- химические методы анализа и их место в системе контроля качества продукции.


Свойства веществ и материалов, производимой и реализуемой продукции, изучаются с использованием методов современной аналитической химии, которые направлены на решение задач управления качеством продукции.
Физические и физико-химические методы анализа являются естественным продолжением курса химических методов анализа, и основывается на регистрации аналитических сигналов, появление которых зависит от физико-химических свойств вещества, его природы и содержания в анализируемом продукте.


Классические методы анализа применяются в специализированных аналитических лабораториях. Их проведение связано с периодическим отбором проб анализируемых продуктов, что не всегда удобно, эффективно и не обеспечивает высокую скорость получения результата. Вместе с тем, они не в состоянии удовлетворить многообразные запросы науки, техники, промышленности и социальной жизни людей. Этих недостатков лишены физические и физико-химические методы, а доступность аппаратуры делает их востребованными в практике всех сфер деятельности людей.
Современные отрасли производства и социальной жизни людей ставят свои специфические задачи перед физическими и физико – химическими методами анализа по контролю качества продукции.
Выплавляя чугун или сталь, металлург должен знать качественный и количественный состав плавок. Вместе с содержанием основного металла в сплаве ему необходимы данные о составе используемых исходных веществах и их свойствах. Контроль этих параметров позволяет непосредственно судить о режиме плавки, так как они характеризуют качество получаемых сплавов, а также при необходимости производить соответствующие корректировки технологических процессов. Например, жаропрочные сплавы металлов теряют свои свойства, если количество “запрещенных” примесей в них превысит 10-5%. Вместе с тем, определение малых концентраций примесей практически невозможно химическими методами. Поэтому для решения задач такого рода применяются физические и физико-химические методы анализа, обладающие самым низким пределом обнаружения примесей.
В ходе протекания химико-технологических процессов производства продукции изменяются химический состав перерабатываемых веществ и их свойства. Контроль этих параметров позволяет непосредственно судить о режиме процесса, составе получаемых продуктов, а скорость получения данных своевременно вносить соответствующие корректировки. Поэтому на химических предприятиях применяются методы автоматизированного контроля, которые реализуются с применением приборов называемых анализаторами.
Наряду с черной и цветной металлургией, химической промышленностью и другими традиционными отраслями большое значение стали иметь отрасли по освоению атомной энергии в мирных целях, связанные с ракетостроением, освоением космоса, развитием полупроводниковой промышленности, электроники, компьютеров, чистых и сверхчистых веществ.
Впечатляют примеры, показывающие связь свойств с загрязнением примесями полупроводниковых материалов, из которых изготавливаются радиоэлектронные элементы с загрязнением исходных материалов, используемых для их изготовления «вредными» примесями. Германий, применяемый в электронной промышленности, утрачивает свои полупроводниковые свойства, если загрязнен фосфором или мышьяком в пределах 10-10%. Цирконий, являющийся конструкционным материалом для ядерной промышленности, при наличии в нем примеси гафния в пределах 10-5%, недопустим к применению.
Подобные примеры можно приводить и с лекарственными препаратами, продукцией парфюмерной, пищевой и текстильной промышленности. Наличие вредных примесей в них может негативно повлиять на состояние здоровья людей. Поэтому без применения физических и физико-химических методов анализа сложно контролировать выпуск продукции, проверить качество поступившей в продажу продукции, а значит и разрешать возникающие спорные вопросы между покупателем и продавцом.
Особенное значение приобрели физико-химические методы анализа для решения задач экологической направленности, а также в медицинской и судебно-экспертной практике, так как только с их помощью можно быстро получить достоверные результаты.
Нельзя обойти стороной применение физических и физико-химических методов анализа в военном деле и гражданской обороне. Методы, реализованные в средствах радиационной, химической и биологической разведки позволяют оперативно проводить проверку зараженности атмосферы, техники, имущества, продуктов питания и идентифицировать токсичные вещества. Войсковые газоанализаторы позволяют определять в атмосфере токсичные вещества в концентрациях до 10-5%. Индикаторы для определения сильнодействующих ядовитых веществ и токсичных примесей в испарениях ракетного топлива реагируют на концентрации10-5–10-7%, что многократно превышает предельно-допустимые нормы.
Важной задачей физических и физико-химических методов анализа является также разработка экспресс методов обнаружения и количественного определения отдельных элементов в составе выпускаемой продукции. Всё перечисленное активизировало развитие аналитического приборостроения, инициировало разработку методов автоматизации контроля химико - технологических процессов, связанных с производством продукции и обеспечения безопасности жизнедеятельности людей. Современное лабораторное аналитическое оборудование позволяет быстро выявить изменения в продукции предназначенной для длительного хранения или, хранящейся с нарушением установленных требований, а также разрешить возникающие спорные вопросы между производителем и потребителем.


Управление технологическими процессами только по таким параметрам, как давление, уровень, расход и температура, часто не гарантирует получение продуктов требуемого качества. Во многих случаях необходим автоматический контроль состава и свойств вырабатываемых продуктов. Приборы для такого контроля — это автоматические анализаторы влажности, вязкости, концентрации, плотности, прозрачности и т. п.


Большинство выпускаемых промышленностью автоматических анализаторов предназначено для определения состава и свойств бинарных и псевдобинарных смесей. Бинарной смесью называют газовую смесь, состоящую из двух газов, или жидкость, содержащую один растворенный компонент. Анализ бинарной смеси возможен при условии, что составляющие ее компоненты отличаются друг от друга какими-либо физическими или физико-химическими свойствами. Псевдобинарной называют многокомпонентную смесь, в которой неопределяемые компоненты резко отличаются по физическим или физико-химическим свойствам от определяемого компонента. Анализ такой смеси аналогичен анализу бинарной.
Анализ многокомпонентных смесей, содержащих три и более компонента, производят только после предварительного разделения смеси на отдельные компоненты.


Специфической особенностью аналитических измерений является сильное влияние на их результаты побочных факторов (температуры, давления, скорости движения вещества и т. п.). Эти факторы особенно влияют на точность таких аналитических приборов, принцип действия которых основан на использовании какого-либо одного свойства вещества (электропроводности, теплопроводности, магнитной или диэлектрической проницаемости и др.). Поэтому автоматические анализаторы обычно оснащены сложным дополнительным оборудованием для отбора пробы, подготовки ее к анализу, стабилизации условий измерений или автоматического введения поправки и т. п.


Многообразие анализируемых веществ и широкий диапазон их составов и свойств обусловили производство автоматических приборов с чрезвычайно разнообразными методами анализа.
Для анализа бинарных смесей в химической промышленности наибольшее применение получили аналитические приборы со следующими методами измерений:
- механическим, основанным на механических свойствах газов и жидкостей или механических явлениях, протекающих в них;
- тепловым, основанным на тепловых свойствах анализируемого вещества или тепловых явлениях, протекающих в нем;
- магнитным, основанным на магнитных свойствах анализируемого вещества или магнитных явлениях, протекающих в нем;
- электрохимическим, основанным на электрохимических явлениях в электродных системах, погруженных в анализируемое вещество;
- спектральным, основанным на взаимодействии излучения с анализируемым веществом или на свойствах излучения самих веществ;
- радиоактивным, основанным на поглощении или испускании радиоактивного излучения анализируемым веществом;
- диэлькометрическим, основанным на измерении диэлектрической проницаемости анализируемого вещества;
- химическим, основанным на протекании химических реакций.


Для анализа многокомпонентных смесей в автоматических анализаторах применяется метод разделения компонентов. Этот метод используется в хроматографах и масс-спектрометрах.
Поскольку для каждой отрасли химической промышленности характерны продукты, обладающие специфическими составами и свойствами, приборостроительная промышленность выпускает разнообразные автоматические анализаторы: плотномеры, вискозиметры, газоанализаторы, влагомеры, хроматографы, нефелометры и т.д. Если приборы для измерения таких общетехнических параметров, как давление, уровень, расход и температура, применяются практически во всех производствах, то анализаторы, напротив, как правило, для специфических задач конкретного производства.


Газоанализаторы. 

Приборы для контроля за составом и свойствами газов (газоанализаторы) подразделяют по принципу действия на термокондуктометрические, магнитные, электрохимические, оптические и др.

Для контроля за составом газов и жидкостей широко применяют хроматографы.


Термокондуктометрические газоанализаторы действуют на основе измерения теплопроводности газовой смеси, которая зависит от компонентов.
Измеряемый газ подается в камеру с платиновым проводником, включенным в мостовую схему. Ток, проходящий по проводнику, нагревает проводник, а омывающий газ охлаждает. В аналогичную камеру подается эталонный газ. Компенсационная мостовая схема воспринимает разность охлаждений, пропорциональную теплопроводности, и через усилитель подает сигнал на вторичный прибор. Показания снимаются визуально или записываются. В некоторых газоанализаторах для определения содержания аммиака в воздухе имеются контакты двухпозиционного устройства, которые выдают сигнал при превышении допустимой концентрации.


Магнитные газоанализаторы действуют на основе определения магнитной восприимчивости газовых смесей в зависимости от содержания кислорода. Кислород и двуокись азота в отличие от других газов обладают положительной магнитной восприимчивостью.
При увеличении концентрации кислорода в газовой смеси усиливается движение потока газа вблизи резистора, по которому протекает ток. Интенсивное охлаждение резистора вызывает изменение его сопротивления и величины тока, подающего сигнал на вторичный прибор. Шкала прибора градуируется на процентное содержание кислорода по объему.
Конструктивно газоанализатор оформлен в виде отдельных узлов (приемник, блок очистки, показывающий прибор и др.), установленных на щите. Отбор газа для анализа осуществляется с помощью керамического фильтра, установленного в газоходе, и блока очистки.
Действие электрохимических газоанализаторов основано на реакции, вызывающей образование тока в электролите при взаимодействии кислорода с материалом электрода. Величина тока, протекающего во внешней цепи электролита, пропорциональна концентрации кислорода в газовой смеси.


В оптических газоанализаторах используются свойства газов поглощать ультрафиолетовые и инфракрасные лучи или вступать в реакцию, изменяя цвет индикатора, которым пропитывают хлопчатобумажную ленту.


Принцип действия хроматографов основан на разделении компонентов смеси газов с помощью сорбента, то есть вещества, поглощающего молекулы газа или раствора. Испытуемая проба продувается через слой сорбента с помощью газоносителя (азот). При этом каждый газ растворяется и меняет скорость перемещения в зависимости от степени поглощения. Различие в скоростях приводит к разделению газов. Очередность выхода каждого из компонентов является качественным показателем хроматографического анализа.
Определяют концентрацию отдельных компонентов детектором. Выходной электрический импульс детектора передается на электронный автоматический прибор, записывающий хрома-тограмму, состоящую из ряда отклонений, каждое отклонение соответствует определенному компоненту анализируемой смеси.


Измерения относительной влажности воздуха.


Влажность воздуха оценивается абсолютной или относительной величиной. Измерение влажности производится различными методами: психрометрическим, гигроскопическим, электролитическим и др.


Психрометрический метод измерения влажности воздуха основан на зависимости интенсивности испарения воды от влажности воздуха. Чем меньше влажность воздуха в помещении, тем быстрее будет испаряться вода из внесенного в него сосуда и тем ниже будет температура воды по сравнению с окружающей средой. На этом принципе работают приборы, называемые психрометрами.
Психрометр состоит из «сухого» термометра 1 и «увлажненного» 3, укрепленных на панели 4. Чувствительный элемент «увлажненного» термометра обернут тканью (батист), часть которой помещена в резервуар 2 с водой. По разности показаний «сухого» и «увлажненного» термометров можно определить относительную влажность воздуха.
Психрометры широко применяются для контроля влажности в инкубаторах и животноводческих помещениях.
Электронный психрометр ПЭ имеет психрометрический ПИП и электронный самопишущий или регулирующий вторичный прибор.


Электролитический метод измерения влажности воздуха основан на изменении электропроводности некоторых солей при изменении влажности воздуха.


Гигроскопический метод определения влажности воздуха основан на способности некоторых материалов приводить свою влажность в состояние одинаковое с влажностью воздуха. Изменение влажности гигроскопических материалов сопровождается изменением их размеров.


Наиболее распространенными приборами такого рода являются гигрометр и метеорологический гигрограф. В сельскохозяйственной практике гигрограф применяются для непрерывной регистрации изменений во времени относительной влажности воздуха теплиц, складских и животноводческих помещений в пределах 30-100% при температуре до +45° С.
Чувствительным элементом гигрографа является пучок (35-40 шт.) обезжиренных человеческих волос, укрепленных в кронштейне, как тетива в луке. Средняя часть пучка Натягивается крючком, который через систему рычагов соединен со стрелкой. Стрелка с помощью пера при вращении барабана регистрирует показания на диаграммной ленте. Вращение барабана осуществляется часовым механизмом с недельным или суточным заводом, который помещается внутри барабана. При увеличении или уменьшении относительной влажности воздуха пучок волос удлиняется и стрелка с пером перемещается.


Понятие о концентрации растворов и суспензий, приборы.


Концентрацией раствора называют содержание растворенного вещества в единице объема или массы раствора.
Природная вода, особенно доставляемая из скважин, представляет собой раствор различных солей. Ее можно использовать для питья и технологических нужд, если концентрация солей находится в определенных пределах. Так, использование воды с большой концентрацией соли в котлах теплоэнергетических установок приведет к быстрому образованию накипи на стенках, что снижает экономичность котла, а также может быть причиной аварии.


Суспензией называют взвесь, состоящую из двух фаз — твердой и жидкой, где мелкие твердые частицы взвешены в жидкости. Суспензией, например, является жидкий корм для свиней, состоящий из комбикорма, разбавленного водой в соотношении 1:3. Влажность его, то есть соотношение массы жидкости к массе сухого материала, составляет 75-78%. Процессы соковыделения и пищеварения животных в значительной степени зависят от влажности корма. Измерять концентрацию растворов и влажность суспензий нужно для того, чтобы обеспечить правильное протекание технологических процессов на комплексах.
В настоящее время влажность кормов контролируют в основном термографическим методом, то есть высушивают пробу и определяют массу высушенной навески. Влажность корма определяют, вычитая массу навески из массы образца.Этот метод обеспечивает высокую точность, но на него затрачивается много времени.
Имеется ряд методов, когда влажность определяют по физическим свойствам или величинам, функционально связанным с влажностью. К ним относятся электрофизические методы, основанные на таких свойствах материалов, как диэлектрическая проницаемость, электропроводность и т. п.
При утилизации навозных стоков необходимо измерять содержание кислорода и показатель рН, характеризующий концентрацию ионов водорода в растворах и суспензиях.


Состав и свойства жидких сред определяют специальными приборами: солемерами, концентратомерами, рH-метрами, кислородомерами и др.


Солемеры.

Их действие основано на зависимости электропроводности измеряемой среды от концентрации солей в растворе. Солесодержание определяют кондуктометрическим способом, замеряя сопротивление электролитической ячейки, заполненной контролируемым раствором. Ячейка включается в плечо равновесного моста переменного тока. Концентрацию поваренной соли в корме определяют с помощью концентратомера (солемера) КСМ-01. В комплект прибора входит ПИП, вторичный преобразователь и блок питания. ПИП выполнен в виде стержня из нержавеющей стали с пластмассовым наконечником, в который вмонтированы два цилиндрических электрода (чувствительные элементы) с терморезистором, который обеспечивает температурную компенсацию и позволяет измерять температуру корма.


Потенциометрические анализаторы (рН-метры).

При производстве молочно-кислых продуктов или хранении молока важным показателем является кислотность.
При подготовке воды, поступающей в теплоэнергетические установки, необходимо измерять не только концентрацию солей, но и кислотность или щелочность. Кислотность или щелочность растворов измеряют специальными приборами рH-метрами. Кислотность раствора обычно выражают через концентрацию водородных ионов, обозначая эту величину рН. Водородный показатель рН для химически чистой воды при температуре 22° С равен 7. Увеличение рН означает повышение щелочности раствора. Если рН становится меньше 7, то это означает, что кислотность раствора возрастает.
Первичные измерительные преобразователи рН-метров представляют собой специальные электроды, в которых создается электродвижущая сила, пропорциональная активности ионов водорода в растворах. Э.д.с. измеряется приборами и по ее значению определяют рН.
Активный электрод 2 рН-метра имеет шарик 1 из специального стекла, заполненный раствором, рН которого известна. При погружении электрода в испытуемый раствор между поверхностью стекла и раствором происходит обмен ионами, что приводит к возникновению потенциала, величина которого определяется активной концентрацией ионов водорода. Второй электрод 4 представляет собой электролитический ключ — трубку 5, заполненную насыщенным раствором хлористого калия, который непрерывно протекает через пористую перегородку 6 (10-30 мл/сут). При этом создается четкая граница между контролируемым раствором и раствором хлористого калия. Измерительный ток на своем пути должен проходить через стенки стеклянного преобразователя, его сила чрезвычайно мала. Э.д.с. электрода в выходной сигнал преобразуется с помощью миллиамперметра, шкала которого проградуирована в рН. Например, рН-метр марки рН-222.1 для контроля кислотности молока и кисло-молочных продуктов имеет предел измерений 0-8 рН, а прибор рН-201 для контроля воды в котельных — 4-14 рН.

Измерения плотности.

Одним из основных показателей качества жидких продуктов и используемых в народном хозяйстве жидкостей является их плотность. Под плотностью вещества р понимается физическая величина, определяемая отношением массы вещества к его объему, то есть ρ = т/V, (кг/м3). Диапазон значений плотности жидкостей применяемых в народном хозяйстве, составляет 650-2000 кг/м3.
Плотность вещества существенно зависит от температуры и давления окружающей среды. С увеличением температуры плотность вещества, как правило, уменьшается. Это явление объясняется увеличение объема тела вследствие теплового расширения. Исключение составляет вода. Ее плотность имеет максимум при t = 3,98°С и уменьшается как с повышением, так и с понижением температуры.


Применяются методы измерений плотности: ареометрический, циклометрический и метод гидростатического взвешивания. В последнее время успешно развиваются автоматические методы: вибрационные, ультразвуковые, радиоизотопные, гидростатические и др. Автоматические плотномеры используются в качестве рабочих средств измерений и применяются преимущественно в технологических процессах.
Наиболее распространенными средствами измерений плотности являются ареометры, так как они просты и удобны в обращении.
Современные ареометры выпускаются по ГОСТ 18481-81 „Ареометры и цилиндры стеклянные. Технические условия", регламентирующий их форму (колба 3), типы, основные параметры и размеры.
При первичной поверке ареометров, при выпуске их из производства необходимо следить за состоянием груза 1 и связующего вещества — смолки 2. От их положения может смещаться центр тяжести ареометра, вследствие чего свободно плавающий ареометр может отклоняться от вертикального положения Допустимое ГОСТ 18481-81 отклонение ареометра от вертикали не должно вызывать разности показаний при отсчетах по концам одной и той же отметки по отношению к уровню жидкости более 0,1 цены деления шкалы 4. Наличие в ареометрах незакрепленного балласта или связующего вещества, а также разрывов между ними, приводит к появлению погрешности показаний.
Психрометры применяют для автоматического измерения влажности газов. Два термометра, один из которых обернут влажной материей, будут иметь разные показания. Это явление объясняется тем, что при испарении влаги затрачивается энергия, и температура влажного предмета становится ниже. Кроме того, испарение идет тем интенсивнее, чем ниже влажность окружающей среды (больше ее влагопоглощающая способность). Следовательно, разница в показаниях сухого и мокрого термометров будет тем больше, чем ниже влажность в измеряемой точке.


Буйковый плотномер.

Принцип действия основан на законе Архимеда. Конструкция чувствительных элементов таких плотномеров аналогична конструкции буйковых уровнемеров, буек которых полностью погружен в жидкость (затоплен). В этом случае на тягу со стороны буйка будет действовать сила F.
Измеряя изменение силы F, измеряют пропорциональное изменение плотности жидкости.


Концентратомер.

Принцип действия основан на измерении электропроводности растворов.  



Под измерением уровня понимается индикация положения раздела двух сред различной плотности относительно какой-либо горизонтальной плоскости, принятой за начало отсчета.


Уровень измеряют в единицах длины(м, см и др.).Средства измерений уровня называют уровнемерами.

К приборам для измерения уровня заполнения емкостей и сосудов предъявляются различные требования:

- в одних случаях требуется только сигнализировать о достижении определенного предельного значения,

- в других необходимо проводить непрерывное измерение уровня заполнения.


Как и все средства измерений, уровнемеры состоят из совокупности измерительных преобразователей и вспомогательных устройств, необходимых для осуществления процесса измерений. Первичный преобразователь (датчик) воспринимает измеряемую величину (уровень) и преобразует ее в выходной сигнал (электрический, пневматический, частотный), поступающий на последующие преобразователи, или в показания, отсчитываемые по шкале уровнемера.


В зависимости от того, различие каких физических свойств веществ воспринимает первичный преобразователь, уровнемеры подразделяют на механические, акустические, электрические, оптические, тепловые, радиоизотопные.


Уровнемеры делятся на приборы:


· для непрерывного слежения за уровнем;
· для сигнализации о предельных значениях уровня (сигнализаторы уровня).


К механическим уровнемерам относятся поплавковые, буйковые и гидростатические уровнемеры. Все они реализуют абсолютный метод измерения уровня, основанный на использовании различия плотностей веществ, образующих границу раздела.


В качестве первичного преобразователя поплавковых уровнемеров используется тело (поплавок) шарообразной или цилиндрической формы, плавающее в жидкости на определенном уровне. Поплавок под действием выталкивающей (архимедовой) силы перемещается вместе с уровнем жидкости. Положение поплавка, являющееся мерой текущего значения уровня жидкости, фиксируется вторичным преобразователем и преобразуется в электрический, пневматический, частотный сигнал и (или) отсчитывается по шкале показывающего прибора.


Принцип действия гидростатических уровнемеров основан на измерении давления столба жидкости, высота которого равна высоте уровня жидкости в сосуде.
Измерение гидростатического давления может осуществляться:
· датчиком избыточного давления (манометром), подключаемым на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня;
· дифференциальным манометром, подключаемым к резервуару на высоте, соответствующей нижнему предельному значению уровня, и к газовому пространству над жидкостью;
· измерением давления газа (воздуха), прокачиваемого по трубке, опущенной в заполняющую резервуар жидкость, на фиксированное расстояние (пьезометрический метод).


Вибрационные уровнемеры — это лучшее решение для липких сред.


В ротационных уровнемерах лопасть, установленная на оси, вставленной в бункер, приводится в движение электромотором, размещенным в корпусе прибора. При наполнении емкости вращающаяся лопасть сталкивается с продуктом и останавливается, а мотор, закрепленный на поворотной опоре, приводит ее в движение. Микропереключатели, отслеживающие это движение, срабатывают, останавливают мотор и переключают релейный выход.
Ряд поплавковых уровнемеров используют магнитострикционный эффект, при котором стержень, направляющий поплавок, содержит волновод, заключенный в катушку, по которой подаются импульсы тока. Под действием магнитных полей тока и двигающегося магнита в волноводе возникают импульсы продольной деформации, распространяющиеся по волноводу, которые воспринимаются пьезоэлементом вверху стержня. Прибор анализирует время распространения импульсов и преобразует его в выходные сигналы.


В промышленности находят применение акустические уровнемеры трех основных типов — локационные, резонансные и уровнемеры поглощенияВсе они реализуют различные физические явления, связанные с распространением звука в упругой (жидкостной или газовой) среде.

Локационные уровнемеры реализуют эффект отражения звуковой волны от поверхности раздела сред. Генератор излучает в жидкость поток импульсов высокой (ультразвуковой) частоты.
Отраженный от границы раздела жидкость—газ сигнал улавливается приемником ультразвуковых колебаний. Время между моментом излучения зондирующего импульса и моментом регистрации отраженного импульса от уровня жидкости фиксируется соответствующей измерительной системой и преобразуется в выходной сигнал уровнемера, пропорциональный текущему значению уровня.


Принцип действия диссипативных ультразвуковых уровнемеров основан на явлении рассеивания (поглощения) звуковой энергии в веществе.


Принцип действия резонансных уровнемеров заключается в возбуждении колебаний столба газа над уровнем жидкости и в фиксации резонансной частоты, при которой наблюдается возникновение стоячей волны.


Принцип действия электрических уровнемеров основан на различии электрических свойств жидкостей и газов. При этом жидкости, уровень которых измеряется, могут быть как проводниками, так и диэлектриками; газы же, находящиеся в наджидкостном пространстве, всегда диэлектрики.
В зависимости от того, какой выходной параметр «реагирует» на изменение уровня, электрические уровнемеры подразделяются на кондуктометрические, емкостные и индуктивные.


Работа емкостных уровнемеров основана на том, что диэлектрическая проницаемость водных растворов солей, кислот и щелочей отличается от диэлектрической проницаемости воздуха либо водных паров.


Омические (кондуктометрические) уровнемеры используют главным образом для сигнализации и поддержания в заданных пределах уровня электропроводящих жидкостей. Принцип их действия основан на замыкании электрической цепи источника питания через контролируемую среду, представляющую собой участок электрической цепи с определенным омическим сопротивлением.
Первичный преобразователь индуктивных уровнемеров представляет собой катушку индуктивности. Проводящая жидкость при этом играет либо роль шунта, изменяющего число витков катушки, либо роль экрана, влияющего на коэффициент самоиндукции катушки.
Основной недостаток всех электродных приборов — невозможность их применения в средах вязких, кристаллизующихся, образующих твердые осадки и налипающих на электроды преобразователей.

Международная организация по стандартизации – ISO (International Organization for Standartization) – была создана в 1946 году.
Цель ISO - развитие принципов стандартизации и проектирование на их основе стандартов, способствующих интеграционным процессам в разных областях бизнеса.
В 1987 году комитетом ИСО были разработаны стандарты серии ISO 9000 (ИСО 9000).
Третья, ныне действующая система стандартов ИСО 9000-2000, разработана Международной организацией по стандартизации (ISO) в 2000 г.
В Российской Федерации сертификат ISO 9000 действует как ГОСТ Р ИСО 9001-2001.

 

Способность предприятия достигать своих целей, обеспечивая конкурентоспособность выпускаемой продукции, определяется действующей на нем системой организации и управления — системой управления качеством.

Система управления качеством представляет собой согласованную рабочую структуру, действующую в фирме и включающую эффективные технические и управленческие методы, обеспечивающие наилучшие и наиболее практичные способы взаимодействия людей, машин, а также информации с целью удовлетворения требований потребителей, предъявляемых к качеству продукции, а также экономии расходов на качество.

 Мировой опыт сформировал не только общие признаки действующих систем управления качеством, но также принципы и методы, которые могут применяться в каждой из них.

В настоящее время можно выделить три уровня систем управления качеством, имеющие некоторые концептуальные различия: 


- системы, соответствующие требованиям стандартов ИСО серии 9000; 
- общефирменные системы управления качеством (TQM — всеобщее управление качеством — Total Quality Management); 
- системы, соответствующие критериям национальных или международных (региональных) премий и дипломов по качеству.

При заключении контракта на поставку продукции или оказание услуг потребитель стремится иметь определённые гарантии того, что изделия или услуги на протяжении всего срока действия контракта будут высокого качества. Поэтому кроме согласованных технических условий в контракт вносят требования к системе качества, а также к проверке системы качества на предприятии у поставщика.

В 1987 году вышли в свет, а в 1994 г. пересмотрены международные стандарты ИСО серии 9000, в которых изложены рекомендации по разработке систем качества.

Вместе с выпущенным ранее терминологическим стандартом ИСО 8402-94 они образовали основополагающий комплекс международных документов, охватывающий почти все возможные области применения.

В России данные стандарты приняты для прямого использования в виде государственных стандартов ГОСТ Р ИСО 9001 -96 (ИСО 9001: 94), ГОСТ Р 9002 - 96 (ИСО 9002: 94), ГОСТ Р 9003 - 96 (ИСО 9003: 94) и рекомендаций по их применению.

ГОСТ Р 9001 - 96 (ИСО 9001: 94) "Система качества. Модель для обеспечения качества при проектировании и (или) разработке, производстве, монтаже и обслуживании" используется тогда; когда система качества у поставщика должна обеспечить соответствие определённым требованиям к продукции на стадиях исследования и проектирования, производства, транспортирования и хранения, монтажа и эксплуатации. Этот ГОСТ является наиболее полным из стандартов данной серии. В нем рассмотрены требования к системе качества по таким вопросам, как: ответственность руководства; система качества; периодический анализ контракта; управление проектированием; действия по управлению документацией; закупки продукции; продукция, поставляемая потребителям; идентификация продукции и прослеживаемость; управление процессами; контроль и проведение испытаний; контрольное, измерительное и испытательное оборудование; статус контроля и испытаний; действия по управлению несоответствующей продукцией; корректирующие воздействия; погрузочно-разгрузочные работы, хранение, упаковка и поставка; регистрация качества; подготовка кадров; техническое обслуживание; статистические методы.

ГОСТ Р 9002 - 96 (ИСО 9002: 94) "Система качества. Модель для обеспечения качества при производстве и монтаже" используется в том случае, когда система качества у поставщика должна обеспечивать соответствие определённым требованиям к продукции на стадии производства, транспортирования, хранения и монтажа.

ГОСТ Р 9003 - 96 (ИСО 9003: 94) "Система качества. Модель для обеспечения качества при окончательном контроле и испытаниях" используется в том случае, когда соответствие определенным требованиям к продукции должно обеспечиваться поставщиком только в процессе контроля и испытаний готовой продукции.

Выбор модели для обеспечения качества применительно к конкретной ситуации должен быть выгоден как потребителю, так и поставщику Для обеспечения максимальной эффективности и удовлетворения требований потребителя система качества должна соответствовать конкретному виду деятельности, выпускаемой продукции или предоставляемой услуге. Поэтому на одном и том же предприятии, выпускающем различные виды продукции, система качества может включать подсистемы по определенным видам изделий.

С 15 декабря 2000 г. вступила в действие версия 2000 г.стандартов ИСО серии 9000. В России переход на МС ИСО 9000: 2000 предполагается осуществить в течение трех лет.

По сравнению с версией 1994 г. новая версия заменяет элементный подход к системам качества на процессный.

Элементная основа стандартов" ИСО серии 9000:1994 обуславливает необходимость распределения ограниченных ресурсов по всем элементам системы качества. По новой версии предусматривается концентрация ресурсов на строго определенных процессах, предопределяющих экономические результаты деятельности фирмы.

Процессный подход включает постоянную оценку соотношения "вход - выход", т. е. "ресурсы - результат" для всех процессов, функционирующих в рамках системы качества.

Система качества создаётся и внедряется на предприятии как средство, обеспечивающее проведение определённой политики и достижение поставленных целей в области качества. 

В соответствии со стандартом ИСО 9004 - 94 типичными этапами жизненного цикла продукции ("петля качества") являются:

1-ый этап - маркетинг, поиск и изучение рынка. 
2-ой этап - проектирование и (или) разработка технических требований, разработка продукции. 
3-ий этап - материально-техническое снабжение. 
4-ый этап - подготовка и разработка технологических процессов. 
5-ый этап -производство. 
6-ой этап - контроль, проведение испытаний и обследований. 
7-ой этап - упаковка и хранение. 
8-ой этап - реализация и распределение. 
9-ый этап - монтаж и эксплуатация. 
10-ый этап - техническая помощь в обслуживании. 
11-ый этап - утилизация после использования.

Этапы с 1-го по 7-ой осуществляются у изготовителя (поставщика), а с 8-го по 11-ый - у потребителя (заказчика).

По характеру воздействия на этапы жизненного цикла (петли качества) в системе качества могут быть три направления: обеспечение качества, управление качеством, улучшение качества.

 

Обеспечение качества продукции по стандарту ИСО 8402 - 94 

Оно представляет собой совокупность планируемых и систематически проводимых мероприятий, создающих не обходимые условия для выполнения каждого этапа петли качества таким образом, чтобы продукция удовлетворяла определённым требованиям по качеству.

При планировании мероприятий обеспечения качества целесообразно формировать целевые научно-технические программы повышения качества продукции (на рис. 2 в центре круга). При этом предполагается, что проблемы с качеством должны предупреждаться, а не выявляться после их возникновения.

 

Управление качествомэто методы и деятельность оперативного характера, используемые для удовлетворения требований к качеству.

Например, статистическое регулирование технологического процесса с помощью контрольных карт позволяет предупреждать появление дефектов и поэтому является предпочтительным перед методами, связанными с управлением качеством по уже случившимся отклонениям.

Схема управления качеством  известна как "замкнутый управленческий цикл", включающий в себя контроль учет, анализ (оценку), принятие и реализацию решений.

 

Улучшение качества  представляет собой постоянную деятельность, направленную на повышение технического уровня продукции, качества ее изготовления, совершенствование элементов производства и системы качества.

Идеология постоянного улучшения качества продукции прямо связана и вытекает из тенденции повышения конкурентоспособности такой продукции, которая обладает высоким уровнем качества при низкой цене. В связи с этим целью постоянного улучшения качества является либо улучшение параметров продукции, либо повышение стабильности качества изготовления, либо снижение издержек.

Соотношение трёх направлений деятельности (обеспечение качества, управление качеством и улучшение качества) в системе качества можно проиллюстрировать на примере результатов, полученных одной из фирм, применяющей все три метода (рис. 4). Первоначально было запланировано качество, при котором потери от брака составляли GI. Управление в этот период осуществлялось в "первоначальной зоне". В результате проведённых мероприятий по улучшению качества плановые потери от брака снижены до уровня G2, и управление качеством перешло в "новую зону".

При создании системы качества на предприятии необходимо руководствоваться требованиями, которые предъявляются к основным этапам жизненного цикла продукции (петли качества).

 

Маркетинг, поиск и изучение рынка.

На данном этапе необходимо выполнять следующие функции:

1) определение потребности в продукции или услуге;

2) точное определение рыночного спроса для оценки сортности, нужного количества, стоимости и сроков производства продукции или услуги;

3) чёткое определение требований потребителя на основе постоянного анализа хозяйственных договоров, контрактов или потребностей рынка;

4) систематическое информирование управленческих структур пред приятия всех требованиях, предъявляемых потребителем.

5) краткое описание продукции в виде предварительного перечня технических условий, схемы установки и монтажа, применяемых стандартов и законодательных регламентов, упаковки, обеспечения и (или) проверки качества;

6) осуществление обратной связи с потребителем. При этом вся информация, относящаяся к качеству продукции или услуги, должна анализироваться, сравниваться, интерпретироваться и доводиться до сведения в соответствии с установленными процедурами. Обратная связь с потребителем может явиться средством получения данных, необходимых как для внесения возможных изменений в проект, так и для соответствующих действий руководства.

Система качества должна предусмотреть проведение мероприятий, предотвращающих ошибки в маркетинге.

 

Проектирование и (или) разработка технических требований, разработка продукции.Система качества должна обеспечить создание проекта, соответствующего мировому уровню и требованиям потребителя. В ней должны быть предусмотрены: планирование работ по проектированию; комплекс мероприятий, направленных на предотвращение ошибок при проектировании, а также проведение испытаний и измерений параметров продукции на различных этапах проектирования; проверка соответствия проекта исходным требованиям; периодический анализ всех компонентов проекта; анализ готовности потребителя к использованию продукции; контроль за изменениями проекта; последующие повторные оценки проекта.

 

Материально-техническое снабжение.

Предприятие несёт полную ответственность за качество конечной продукции независимо от качества закупленных им материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий. Поэтому система должна иметь комплекс мероприятий, направленных на предотвращение поступления некачественных материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий в производство.

 

Подготовка и разработка производственных процессов.

Подготовка производства должна давать уверенность в том, что технологический процесс и состояние всех элементов производства (оборудование, оснастка, инструмент и т.д.) обеспечат изготовление продукции в соответствии с требованиями технической документации.

Система должна обеспечить контролируемость и управляемость всех элементов производства с тем, чтобы в случае отклонений от предписанных требований можно было привести элементы системы в надлежащее состояние. Обязательными элементами системы должны быть контроль и испытания готовой продукции.

 

На последующих этапах система должна обеспечить качество продукции при изготовлении, погрузочно-разгрузочных работах, хранении, транспортировании, монтаже. Необходимо обеспечить гарантированную работу по проведению технических консультаций; обучению персонала, эксплуатирующего сложную технику; техническому обслуживанию и ремонту изделий в период гарантийного срока; поставке запасных частей; обеспечению исчерпывающими и понятными инструкциями по использованию, сборке, монтажу, вводу в эксплуатацию, эксплуатации, обслуживанию и ремонту изделий.

Несмотря на то, что система качества по стандартам ИСО 9000 не решает всех задач, необходимых для обеспечения конкурентоспособности, популярность системы растет и сегодня занимает прочное место в рыночном механизме. Важнейшим же признаком того, имеется ли на предприятии система качества по МС ИСО 9000, является сертификат на систему. Наличие у предприятия сертификата на систему качества стало одним из основных условий его допуска к тендерам по участию в различных проектах.

О популярности стандартов ИСО 9000 свидетельствует общая динамика сертификации систем качества на соответствие их требованиям. Так, по данным фирмы Мобил в 1993 г. в мире было сертифицировано около 50 тыс. систем качества. В 1995 г. их число возросло до 100 тыс. В настоящее время сертифицированных систем уже более 200 тыс. В последнее время многие транснациональные компании требуют от своих поставщиков обязательного внедрения МС ИСО 9000.


Расходом вещества называется количество вещества, проходящее через данное сечение канала в единицу времени.
За единицу измерения массового расхода принят кг/с (на практике чаще используется т/ч).
Приборы, измеряющие расход (т.е. количество вещества за единицу времени), называются расходомерами. Расходомеры позволяют измерять расход и количество вещества.


В зависимости от принятого метода измерения (т.е. принципа действия) все расходомеры подразделяются на:


· тахометрические;
· переменного перепада давления;
· постоянного перепада давления (расходомеры обтекания);
· электромагнитные (индукционные);
· ультразвуковые;
· инерциальные;
· вихревые и вихреакустические;
· оптические (лазерные);
· тепловые;
· меточные;
· ядерно-магнитные;
· центробежные и др.


Тахометрические расходомеры, т.е. скоростные счетчики, служат для измерения количества жидкостей. Тахометрические расходомеры преобразуют скорость потока в угловую скорость вращения обтекаемого элемента. О количестве жидкости, прошедшей через прибор, судят по числу оборотов обтекаемого элемента (лопастной вертушки, турбины, шарика, барабана и др.), расположенного на пути потока.


Расходомеры переменного перепада давления преобразуют скоростной напор в перепад давления. Измерение расхода по этому методу основано на изменении потенциальной энергии (статического давления) вещества, протекающего через сужающее устройство в трубопроводе.


Расходомеры обтекания (расходомеры постоянного перепада давления) преобразуют скоростной напор в перемещение обтекаемого тела. Расходомеры постоянного перепада давления бывают следующих конструктивных разновидностей: ротаметры, поршневые, гидродинамические и поплавковые расходомеры. Принцип действия всех указанных приборов основан на силовом взаимодействии потока и помещенного в него тела.


Электромагнитные (индукционные) расходомеры, преобразующие скорость движущейся в магнитном поле проводящей жидкости в ЭДС, относятся к бесконтактным, т.е. в них отсутствует прямой контакт измеряемой среды с узлами прибора. Эти расходомеры подразделяются на приборы с электромагнитным преобразователем расхода и приборы с электромагнитным преобразователем скорости потока.


Работа ультразвуковых расходомеров основана на эффекте увлечения звуковых колебаний движущейся средой. Измерение расхода жидкости осуществляется путем косвенных измерений следующих величин:
· разности времен прохождения ультразвуковых импульсов по потоку и против него (времяимпульсный метод);
· разности фаз между ультразвуковыми колебаниями, распространяющимися по потоку и против него (фазовый метод);
· разности частот двух автогенераторов, в качестве элемента обратной связи которых используется контролируемая среда (частотный метод).


Инерциальные расходомеры (турбосиловые; кориолисовы; гироскопические) основаны на инерционном воздействии массы движущейся с линейным или угловым ускорением жидкости.


Вихревые и вихреакустические расходомеры. Принцип действия этих расходомеров основан на эффекте Ван Кармана, согласно которому при обтекании неподвижного твердого тела потоком жидкости за телом образуется вихревая дорожка, состоящая из вихрей, поочередно срывающихся с противоположных сторон тела. Частота образования вихрей за телом пропорциональна скорости потока. Детектирование вихрей и определение частоты их образования позволяет определить скорость и объемный расход среды.
В зависимости от способа детектирования частоты вихрей различают вихревые и вихреакустические расходомеры. В вихревых расходомерах определение частоты вихреобразования производится при помощи двух пьезодатчиков, фиксирующих пульсации давления в зоне вихреобразования («съем сигнала по пульсациям давления»). В вихреакустических расходомерах в качестве тела обтекания применяется призма трапецеидального сечения, а детектирование вихрей производится с помощью ультразвуковых преобразователей. Вихреакустические расходомеры применяются в чистых жидкостях с низкой вязкостью без завихрений, которые движутся со средней или высокой скоростью.


Оптические (лазерные) расходомеры относятся к бесконтактным приборам расхода. В настоящее время распространение получили две конструктивные разновидности оптических (лазерных) расходомеров, отличающиеся лежащими в их основе физическими явлениями: расходомеры, основанные на эффекте рассеяния света движущимися частицами (допплеровские расходомеры), и расходомеры, основанные на эффекте Физо-Френеля увлечения света движущейся средой.


Тепловые расходомеры основаны на эффекте переноса тепла движущейся средой от нагретого тела.

Существуют два способа измерения массового расхода жидкостей и газов:
· по значению мощности, потребляемой нагревателем и обеспечивающей постоянную разность температур ∆Т;
· по разности температур ∆Т при неизменной мощности, подводимой к нагревателю.
В первом случае расходомеры работают как регуляторы температуры нагрева потока, у которых измерительным и регулирующим элементом является уравновешенный мост с термометрами сопротивления до и после нагревателя. При изменении разности температур мост выходит из равновесия и включает устройство, которое изменяет регулировочное сопротивление до тех пор, пока не восстановится заданная степень нагрева. Массовый расход при этом определяют по показаниям ваттметра, включенного в цепь нагревателя.
Датчики калориметрических расходомеров второго типа состоят из двух последовательно соединенных термометров сопротивления, устанавливаемых до и после нагревателя. Последовательное соединение термометров обеспечивает равенство токов в их цепях, что позволяет градуировать их непосредственно по разности температур. Кроме термометров сопротивления используют также термисторы и термопары.


Меточные расходомеры (с тепловыми, ионизационными, магнитными, концентрационными, турбулентными метками), основанные на измерении скорости или состоянии «метки» при ее прохождении между двумя фиксированными сечениями потока. Расходомеры, основанные на этом методе измерений, состоят из устройства, периодически создающего ту или иную «метку» потока; устройства, фиксирующего момент прохождения «метки», и прибора, измеряющего продолжительность перемещения «метки» на фиксированное расстояние.


Ядерно-магнитные расходомеры (ЯМР-расходомеры). Принцип работы ЯМР-расходомеров основан на зависимости амплитуды сигнала ядерного резонанса А от скорости течения жидкости v.


Наибольшее распространение получили расходомеры пяти групп (переменного и постоянного давления, тахометрические, электромагнитные и ультразвуковые). Расходомеры остальных групп используются пока для решения специальных измерительных задач.


Давление — это физическая величина, характеризующая напряжённое состояние среды (жидкой или газообразной).

Давление возникает в результате действия силы на поверхность тела. Оно определяет термодинамическое состояние веществ. Давлением во многом определяется ход технологического процесса, состояние технологических аппаратов и режимы их функционирования. С задачей измерения давления приходится сталкиваться в измерениях некоторых технологических параметров, например расхода газа или пара, при изменяющихся термодинамических параметрах, уровня жидкости, и др. Повышенное или пониженное давление (несоблюдение режима) в ходе технологического процесса в каком-либо аппарате может привести к потере качества продукта на конечной стадии процесса.


Давление может быть атмосферным (давление околоземной атмосферы), избыточным (превышающим атмосферное) и абсолютным (сумма атмосферного и избыточного). Абсолютное давление ниже атмосферного называется разреженным, а глубокое разряжение - вакуумным.


Единицей давления в международной системе единиц (СИ) является Паскаль (Па).

Один Паскаль есть давление, создаваемое силой один Ньютон на площади один квадратный метр. Поскольку эта единица очень мала, применяют также единицы кратные ей: килопаскаль (кПа)= Па; мегапаскаль (МПа)= Па и др.


Разнообразие видов измеряемых давлений, а также областей их применения в технологии обусловило использование наряду с системной единицей давления и внесистемных единиц. К их числу относятся бар, миллиметр ртутного столба, килограмм-сила на квадратный сантиметр, килограмм — сила на квадратный метр, миллиметр водяного столба.


Приборы давления применяются для контроля и управления технологическими процессами. Это устройства служат для прямого или косвенного сравнения измеряемой величины с мерой. На промышленных установках наиболее распространены манометры избыточного давления, имеющие обычно нулевую точку отсчета (от атмосферного давления). Применяются и узкопредельные манометры — манометры с безнулевой шкалой.


Приборы для измерения давления подразделяются на:


Манометры – для измерения абсолютного и избыточного давления;
Барометры - для измерения барометрического давления атмосферного воздуха [1].
Напоромеры — это манометры избыточного давления в газовых средах с верхним пределом измерения не более 40 кПа (для измерения малых избыточных давлений (верхний предел измерения не более 0,04 МПа)
Вакуумметры — это приборы для измерения давления разреженного газа (вакуума);
Тягомеры — это вакуумметры для измерения давления разреженного газа с верхним пределом измерения не более — 40 кПа.
Мановакуумметры — предназначенных для измерения избыточного давления и давления разреженного газа (вакуума).
Тягонапоромеры — это мановакуумметры для газовых сред с верхним пределом измерения не более 20 кПа, для измерения разряжений и малых избыточных давлений;
Дифманометры — это приборы измеряющие разность двух давлений.


Манометры применяют для измерения постоянных и переменных по направлению давлений.
Постоянным давлением — считают давление, не изменяющееся или плавно изменяющееся по времени со скоростью не более 1% / cек. от суммы верхних пределов измерений приборов.
Переменным давлением — считают давление, плавно и многократно возрастающее или убывающее по любому периодическому закону со скоростью от 1 до 10% /с от суммы верхних пределов измерений.


По принципу действия средства измерений давления подразделяются на следующие:


- Жидкостные — основанные на уравновешивании измеряемого давления соответствующего столба жидкости.


- Деформационные (пружинные) — измеряющие давление по величине деформации упругих различных элементов или по развиваемой ими силе.


- Грузопоршневые — в которых измеряемое давление уравновешивается внешней силой, действующей на поршень.


- Электрические — основанные или на преобразовании давления в одну из электрических величин, или на изменении электрических свойств материала под действием давления. Такое подразделение не является полным и может быть дополнено средствами измерений, основанными на других физических явлениях.


Жидкостные средства измерений давления с гидростатическим уравновешиванием.


В жидкостных приборах с гидростатическим уравновешиванием мерой измеряемого давления является высота столба рабочей жидкости. В качестве рабочей жидкости, называемой затворной или манометрической, применяются дистиллированная вода, ртуть, этиловый спирт, трансформаторное масло. Выбор рабочей жидкости определяется диапазоном измеряемого давления, условиями эксплуатации и требуемой точностью измерений.
В настоящее время номенклатура жидкостных средств измерений давления с гидростатическим уравновешиванием существенно ограничена. В большинстве случаев они заменены более совершенными деформационными средствами измерений.
К числу жидкостных средств измерений давления (разности давлений и разряжения) с гидростатическим уравновешиванием, ещё применяются на технологических потоках, относятся поплавковые и колокольные дифманометры. Принцип действия поплавковых дифманометров основан на уравновешивании измеряемого перепада давления гидростатическим давлением, создаваемым столбом рабочей жидкости, заполняющей дифманометр. Поплавковый дифманометр представляет собой два сообщающихся сосуда. Площадь одного сосуда значительно больше другого. Внутренняя полость сообщающихся сосудов заполняется рабочей жидкостью (ртутью или трансформаторным маслом) до нулевой отметки.
Колокольные дифманометры этого типа представляю собой колокол, погруженный в рабочую жидкость и перемещающийся под влиянием разности давлений. Противодействующая сила создается за счет утяжеления колокола при его подъеме и уменьшении тяжести колокола при его погружении. Достигается это за счет изменения гидростатической подъемной силы, действующей на колокол согласно закона Архимеда.
Колокольные дифманометры с гидростатическим уравновешиванием обладают высокой чувствительностью и использовались для измерения малых давлений, перепадов давлений и разряжений.


Деформационные средства измерений давления.


Высокая точность, простота конструкции, надежность и низкая стоимость являются основными факторами, обуславливающими широкое распространение деформационных приборов для измерения давления в промышленности. Эти приборы предназначены для измерения избыточного давления и разряжения неагрессивных жидких и газообразных сред.
Принцип действия деформационных средств измерений давления основан на использовании упругой деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы. Мерой измеряемого давления в средствах измерений данного типа является деформация упругого элемента или развиваемая им сила. Наибольшее распространение в практике измерений получили три основные формы чувствительных элементов: трубчатые пружины, сильфоны и мембраны.

Трубчатая пружина (пружина Бурдона) — упругая криволинейная металлическая полая трубка, один из концов которой имеет возможность перемещаться, а другой — жестко закреплен. Трубчатые пружины используются в основном для преобразования измеряемого давления, поданного во внутреннее пространство пружины, в пропорциональное перемещение ее свободного конца. Наиболее распространена одновитковая трубчатая пружина, представляющая собой изогнутую по дуге окружности трубку с обычно овальным поперечным сечением. Под влиянием поданного избыточного давления трубка раскручивается, а под действием разряжения скручивается. Для передачи перемещения свободного конца деформационного чувствительного элемента к указателю манометра используют секторные и рычажные передаточные механизмы. С помощью передаточного механизма перемещение свободного конца трубчатой пружины в несколько градусов или миллиметров преобразуется в угловое перемещение стрелки на 270 — 300 г.
Манометры имеют разные шкалы в зависимости от контролируемого параметра и градуируются в кгс/ cм2. Рабочая зона манометра находится на средине шкалы и должна быть не более 2/3 от шкалы.
Сильфон — тонкостенная цилиндрическая оболочка с поперечными гофрами способная получать значительные перемещения под действием давления или силы. При действии осевой нагрузки, внешнего или внутреннего давления длина сильфона изменяется, увеличиваясь или уменьшаясь в зависимости от направления приложенной силы. Сильфоны изготовляют из бронзы различных марок, углеродистой стали, нержавеющей стали, алюминиевых сплавов и др. Серийно производят бесшовные и сварные сильфоны диаметром от 8 — 10 до 80 — 100 мм и толщиной стенки 0,1 — 0,3мм.
Приборы этого типа предназначены для измерения избыточного давления, разряжения и разности давлений.
Мембраны бывают упругие и эластичные. Упругая мембрана — гибкая круглая плоская (плоская мембрана) или гофрированная (гофрированная мембрана) пластина, способная получить прогиб под действием давления. Мембраны изготавливают, из различных марок стали, бронзы, латуни и т. д. Эластичная мембрана, предназначена для измерения малых давлений и разности давлений, представляет собой зажатые между фланцами плоские или гофрированные диски, выполненные из прорезиненной ткани, тефлона и др.
Измерительные приборы с чувствительным мембранным элементом предназначены для измерения атмосферного и избыточного давлений и разряжения. Из-за малости усилий, развиваемых чувствительным деформационным элементом, мембранные приборы выпускаются в основном показывающими. Принцип действия приборов состоит в преобразовании измеряемого давления или разряжения в перемещение жесткого центра чувствительного мембранного элемента, которое с помощью передаточного механизма преобразуется во вращательное движение указателя.


Грузопоршневые манометры.


Грузопоршневые манометры — в основном применяются в качестве эталонных и образцовых приборов для градуировки и поверки различных видов пружинных манометров, так как они отличаются от манометров других видов высокой точностью и широким диапазоном измерений.
Принцип действия состоит в уравновешивании давления, действующего на поршень с одной стороны, давлением грузов с другой стороны.


Электрические средства измерений давления.


К электрическим средствам измерения давления относятся выпускаемые в настоящее время измерительные преобразователи давления, основанные на методе прямого преобразования, различаются как видом деформационного чувствительного элемента, так и способом преобразования его перемещения или развиваемого им усилия в сигнал измерительной информации. Для преобразований применяются индуктивные, дифференциально- трансформаторные, емкостные, тензорезисторные и др. преобразовательные элементы.
Индуктивные преобразователи давления — мембрана воспринимающая давление, является подвижным якорем электромагнита. Под действием измеряемого давления мембрана перемещается, что вызывает изменение электрического сопротивления индуктивного преобразовательного элемента.