4.4. Деформационные приборы для измерения давления
Высокая точность, простота конструкции, надежность и низкая стоимость являются основными факторами, обусловливающими широкое распространение деформационных приборов для измерения давления в промышленности и научных исследованиях.
Измерительные приборы с одновитковой трубчатой пружиной.
Эти приборы предназначены для измерения избыточного давления и разрежения неагрессивных жидких и газообразных сред.
Приборы этого типа выпускаются только показывающие в обыкновенном, виброустойчивом, антикоррозионном, пыле-, брызго- и взрывозащищенном исполнениях.
Для передачи перемещения свободного конца деформационного ЧЭ 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°.
Рычажный передаточный механизм применяется в тех случаях, когда от манометра не требуется высокая точность измерения и он подвергается вибрации. Секторный передаточный механизм применяется в образцовых приборах и в приборах, где по условиям эксплуатации исключена вибрация.
На -рис. 4.4 показана конструкция манометра с секторным передаточным механизмом. Прибор состоит из трубчатой пружины 5, один конец которой впаян в отверстие держателя /, а другой (подвижный) конец наглухо запаян и несет на себе наконечник 10. Полость пружины связана с измеряемой средой через канал в держателе /, снабженном радиальным штуцером 14. Держатель прибора оснащен платой 2, на которой монтируется трибко-секторный механизм. Последний включает зубчатое колесо (триб-ку) 8 и зубчатый сектор 9. Для исключения люфта в передаточном механизме используется спиральная пружина 7, один конец которой с помощью штифта крепится на оси триб-ки, а другой — к колонке 6, укрепленной на плате 2. К. хвостовику сектора 9 с помощью винта 12 крепится тяга 11. Посредством тяги перемещение свободного конца пружины передается зубчатому сектору, который имеет ось вращения 13. Вращение зубчатого сектора передается трибке, на оси которой насажена стрелка 4 для! отсчета показаний на шкале 3. Шкала манометра равномерная, так как перемещение свободного конца пружины пропорционально измеряемому давлению. Регулировка хода стрелки производится винтом 12.
Рис. 4.4. Схема манометра с одновитковой трубчатой пружиной
Вакуумметр с одновитковой трубчатой пружиной конструктивно идентичен рассмотренному манометру. Отличие состоит только
в шкале и направлении перемещения стрелки. В вакуумметрах перемещение стрелки может происходить как по часовой стрелке, так и против. Отличительной особенностью мановакуумметра является шкала, которая выполняется с нулем в средней части. Шкала, расположенная слева от нуля, служит для измерения вакуума, а шкала, расположенная справа,— для измерения избыточного давления.
Диапазоны измерений манометров от 0—0,1 МПа до 0—103 МПа; вакуумметров— от —0,1 до 0 МПа. Классы точности приборов: 0,4(0,5); 0,6; 1,0; 1,5(1,6); 2,5; 4,0. Наряду с рассмотренными приборами, оснащенными одинаковой трубчатой пружиной, в практике измерения давления и разрежения получили широкое распространение манометры и вакуумметры, снабженные электроконтактными сигнализирующими устройствами. Эти средства измерений давления получили название электроконтактных. Класс точности электроконтактных манометров и вакуумметров 1,5. Погрешность срабатывания сигнализирующего устройства ±2,5%.
Измерительные приборы с многовитковой трубчатой пружиной.
Благодаря большому числу витков перемещение свободного конца многовитковой трубчатой пружины и развиваемые ею усилия достигают значений, позволяющих осуществлять показания и запись измеряемого давления или разрежения. На рис. 4.5 показана схема манометра с многовитковой трубчатой пружиной. Измеряемое давление через штуцер / по капилляру 8 подается во внутреннюю полость многовитковой трубчатой пружины 7. Один конец пружины прикреплен к кронштейну 6, а другой — соединен с осью 9. Под действием давления пружина раскручивается, что сопровождается вращением оси 9 и находящегося на ней рычага 10, вращение которого через тягу 13 передается рычагу 4, находящемуся на одной оси 5 со стрелкой 3. На конце стрелки укреплено перо 14, перемещающееся по дисковой диаграмме 2, вращение которой осуществляется электродвигателем или часовым механизмом. Для регулировки размаха стрелки предусмотрен ползун 11 с винтом 12. Класс точности показывающих и самопишущих приборов с многовитковой трубчатой пружиной Г,0; 1,5. Диапазоны измерений манометров от 0—0,6 МПа до 0— 160 МПа; вакуумметров—от —0,06—0 МПа до —0,1—0 МПа.
Рис. 4.5. Схема самопишущего манометра многовитковой трубчатой пружиной
Измерительные приборы с сильфонным чувствительным элементом. Приборы этого типа предназначены для измерения избыточного давления, разрежения и разности давлений. Их выполняют показывающими и самопишущими. Схема самопишущего сильфонного манометра показана на рис. 4.6. Измеряемое давление через штуцер // подается в камеру 10, где расположен деформационный чувствительный элемент — сильфон 9. Для увеличения жесткости сильфона внутри него расположена винтовая пружина 8. Под действием давления сильфон деформируется и дно его поднимает шток 7, жестко связанный с двухплечим рычагом 6, последний через систему рычагов 5, 4, 3 поворачивает ось 12 и укрепленный на ней П-образный рычаг 2. К П-образному рычагу прикреплена стрелка 1 с пером. Запись измеряемого давления производится на дисковой диаграмме, привод которой осуществляется с помощью синхронного двигателя или часового механизма. Верхний предел измерений сильфонных приборов ограничен давлениями 0,025—0,4 МПа. Классы точности сильфонных манометров избыточного давления, вакуумметров и мановакуумметров: 1,5; 2,5. Для измерения разности давлений и расхода жидких и газообразных сред широкое применение получили сильфонные дифмано-метры. На рис. 4.7 показана схема сильфонного дифманометра.
Рис. 4.6. Схема самопишущего сильфонного манометра
Рис. 4.7. Схема самопишущего сильфонного дифманометра
Под действием измеряемого перепада давления рабочий сильфон /, расположенный в плюсовой камере (камера, в которую подается большее давление), сжимается, что приводит к вытеснению рабочей жидкости, заполняющей внутреннюю полость дифманометра, во внутреннюю полость рабочего сильфона 4. Деформация сильфо-нов вызывает перемещение штока 2 и изменение натяга противодействующих пружин 5. Перемещение штока прекращается, когда усилие деформации сильфонов уравновешивается усилием натяга противодействующих пружин. В процессе перемещения штока 2 последний поворачивает рычаг 3 против часовой стрелки, который закручивает торсионную трубку 6. Одновременно с торсионной трубкой поворачивается ось 7, жестко связанная с рычагом 8. Перемещение рычага 8 передается оси 9, на которой укреплена стрелка 10.
С целью исключения влияния изменения температуры окружающего воздуха на показания прибора последний снабжен температурным компенсатором, выполненным в виде трех дополнительных гофр 14. Внутренние полости термокомпенсатора и сильфона соединены между собой отверстиями в разделительном стакане 13.
В процессе термокомпенсации жидкость из полости термокомпенсатора перетекает в полость рабочего сильфона. Резиновые кольца И служат для герметизации полостей рабочих сильфонов, когда один из сильфонов находится под воздействием односторонней перегрузки. Это позволяет предохранить сильфоны от разрушения. Клапан 12 регулирует скорость перетекания жидкости из полостей рабочих сильфонов и тем самым степень успокоения указателя прибора. Для передачи на расстояние показаний сильфонных дифманометров последние оснащаются преобразователями Я перемещения в унифицированный токовый или пневматический сиг-нал. Подробно устройство и работа преобразователей рассмотрены в гл. 5. Предельные номинальные перепады давлений составляют 0,0063—0,25 МПа. Предельное допустимое рабочее избыточное давление: 6,3; 16 и 32 МПа. Классы точности сильфонных показывающих и самопишущих дифманометров 1,0 и 1,5.
Измерительные приборы с мембранным чувствительным элементом. Эти приборы предназначены для измерения атмосферного и избыточного давлений и разрежения. Из-за малости усилий, развиваемых деформационным чувствительным элементом, мембранные приборы выпускаются в основном показывающими. Принцип действия' приборов состоит в преобразовании измеряемого давления или разрежения в перемещение жесткого центра мембранного чувствительного элемента, которое с помощью передаточного трибко-секторного механизма преобразуется во вращательное движение указателя. Максимальный диапазон измерений мембранных манометров 0—2,5 МПа, вакуумметров — от —0,1 до 0 МПа. Классы точности приборов 1,5 и 2,5. Кроме рассмотренных приборов выпускаются показывающие мембранные тягомеры, напоромеры и тягонапоромеры классов точности 1,5; 2,5.