2 . Приборы и преобразователи для измерения давления, разрежения и перепада давления

Давление характеризуется отношением силы, равномерно распределенной по площади и нормальной к величине этой площади. Под абсолютным давлением в аппарате понимают полное давление жидкости или газа на его стенки; разность между ним (Рабс) и атмосферным давлением (Ратм) при Рабс>Ратм называется избыточным давлением Ризб.

В международной системе единиц (СИ) единицей давления является паскаль (Па). Применяются также следующие единицы: кгс/см²; мм вод. ст.; мм рт. ст. (1 кгс/см² = 9,8-104 Па; 1 мм вод. ст. = 9,8 Па; 1 мм рт. ст. = 133,3 Па).

По принципу действия приборы для измерения давлений делят на жидкостные, деформационные, грузопоршневые и электрические. В зависимости от измеряемой величины различают следующие приборы: манометры — для измерения избыточных давлений; вакуумметры — для измерения разрежений; мановакуумметры — для измерения избыточных давлений и разрежений; напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры — для измерения малых избыточных давлений и малых разрежений (до нескольких кПа); дифференциальные манометры (дифманометры) —для измерения перепада (разности) давлений.

Жидкостные манометры. В этих приборах измеряемое давление или разрежение уравновешивается гидростатическим давлением столба рабочей жидкости, в качестве которой применяют ртуть, воду, спирт и др. Они используются при поверочных, наладочных и научно-исследовательских работах. Разновидностями жидкостных приборов являются поплавковый и колокольный манометры, позволяющие регистрировать и передавать показания на расстояние.

Дифманометр ДТ-50 (рис. 1.9) предназначен для технических измерений разности давлений. Он представляет собой U-образный манометр, выполненный в виде двух стеклянных измерительных трубок 1, сообщающихся между собой клапаном и заключенных в металлические оправы. Измерительные трубки до половины залиты ртутью; через штуцеры 2 и запорные вентили 3 их присоединяют к точкам аппарата, трубопровода и др., между которыми определяется перепад давлений. Прибор имеет уравнительный 5 и продувочные 6 вентили. Статическое давление контролируется манометром 4. Для отсчета показаний служит линейка 7 с двумя указателями 8. Дифманометр ДТ-50 позволяет измерять перепады давлений до 93,33 кПа (700 мм рт. ст.) при статическом давлении измеряемой среды до 5 МПа. Основная погрешность прибора ±0,266 кПа (±2 мм рт. ст.).

рис. 1.9 Дифманометр ДТ-50

Деформационные манометры. В этих приборах измеряемое давление или разрежение уравновешивается силами упругого противодействия различных чувствительных элементов, деформация которых, пропорциональная измеряемому параметру, через рычаги передается на стрелку или перо прибора. При снятии давления чувствительный элемент возвращается в первоначальное положение под воздействием упругой деформации. Деформационные манометры нашли широкое применение в промышленности, что обусловлено простотой и надежностью конструкции, наглядностью показаний, малыми габаритами, высокой точностью и широкими пределами измерения.

В качестве чувствительных элементов деформационных манометров и измерительных преобразователей давления, разрежения и перепада давлений используют одновитковую трубчатую пружину (рис. 1.10, а), сильфон (рис. 1.10, б), мембранную коробку (рис. 1.10, в), многовитковую трубчатую пружину (рис. 1,10,г), вялую мембрану (рис. 1.10,(9), жесткую мембрану

(рис. 1.10, е).

Рис. 1.10. Чувствительные элементы деформационных манометров и измерительных преобразователей давления, разрежения и перепада давлений: а — одновитковая трубчатая пружина; б - сильфон; в — мембранная коробка; г — много-витковая трубчатая пружина; д — вялая мембрана с пластинчатой пружиной; е — жесткая мембрана

В трубчато-пружинном манометре с одновитковой трубчатой пружиной (рис. 1.11), получившем наибольшее распространение, чувствительным элементом является трубчатая пружина 2, представляющая собой полую трубку овального или эллиптического сечения, согнутую по дуге окружности на 185—270°. Малая ось эллипса трубки расположена параллельно, а большая ось—перпендикулярно плоскости чертежа. Один конец трубчатой пружины жестко соединен с держателем 7, укрепленным винтами в круглом корпусе 3 манометра. Держатель имеет резьбовой ниппель, предназначенный для крепления прибора на трубопроводе или аппарате, в котором измеряется давление. Свободный конец трубчатой пружины 2 закрыт пробкой 6 с шарнирной осью и запаян. Свободный конец пружины поводком связан с передаточным механизмом 7, состоящим из зубчатого сектора и сцепленной с ним шестеренки, на ось которой насажена стрелка 4.

Рис. 1.11. Трубчато-пружинный манометр с одновитковой трубчатой пружиной

Манометры с одновитковой трубчатой пружиной подразделяются на образцовые, контрольные и технические с классами точности 0,2—4 и верхними пределами измерения 0,06— 1000 МПа. Приборы выполнены в корпусах диаметрами 40-— 250 мм. На базе этих манометров выпускаются вакуумметры и мановакуумметры.

М ембранный дифманометр ДМ (рис. 1.12) является бесшкальным прибором с индукционным датчиком, работающим с вторичными дифференциально-трансформаторными приборами. Он предназначен для дистанционного измерения избыточных давлений, разрежений или перепадов давлений жидкостей, паров и газов.

Рис. 1.12. Мембранный дифманометр ДМ

Чувствительным элементом дифманометра является мембранный блок, помещенный в корпус 1 и включающий мембранные коробки 7 и 9, сваренные из четырех мембран, имеющих концентрические гофры. При наложении мембран профили их совпадают, что предохраняет мембраны от разрушения при перегрузках. Внутренние полости коробок, заполненные водным раствором этиленгликоля, сообщаются между собой через отверстие в перегородке 2. Мембраны изготовляют из нержавеющей стали с высокими упругими свойствами или из бериллиевой бронзы. Давления передаются через импульсные трубки 3 и 8. С центром верхней мембраны связан сердечник 6 дифференциально-трансформаторной катушки 4, закрытой колпаком 5.

Под действием разности давлений в камерах нижняя мембранная коробка сжимается, жидкость из нее поступает в верхнюю коробку, вызывая перемещение верхнего центра и связанного с ним сердечника 9 индукционного датчика. При этом измеряемая величина преобразуется в электрический сигнал и передается на вторичный прибор. Для уменьшения погрешности, вызванной изменением температуры окружающей среды, верхняя мембранная коробка дифманометра выполнена более жесткой, чем нижняя. Мембранные дифманометры выпускаются на предельные перепады давлений 1,6—25 кПа и 0,04— 0,63 МПа. Допускаемое статическое давление — до 25 МПа. Класс точности 1,0 и 1,5.

Электрические манометры. Действие этих приборов основано на зависимости электрических параметров преобразователя давления от величины измеряемого давления. К ним относятся: пьезоэлектрические манометры, в которых используется зависимость электрического заряда пьезоэлемента от измеряемого давления; манометры сопротивления, основанные на зависимости электрического сопротивления чувствительного элемента от измеряемого давления; ионизационные манометры, действие которых базируется на зависимости силы тока положительных ионов, образованных в результате ионизации молекул разреженного газа, от измеряемого давления; а также радиоизотопные манометры, в которых для ионизации газа используется излучение радиоизотопных источников.