5.3. Деформационные манометры

Эти приборы широко используются на практике благодаря своей простоте, портативности и большому диапазону измерения от нескольких Па до тысяч МПа. Принцип действия основан на уравновешивании измеряемого давления или вакуума на чувствительный элемент силами упругой деформации. эта деформация может быть преобразована в электрический сигнал. В качестве чувствительных элементов используют одновитковые трубчатые пружины, многовитковые трубчатые пружины, мембраны и сильфоны.

Зависимость деформации упругого элемента от величины приложенного давления в большинстве случаев имеет нелинейный характер, причем кривая нагружения может не совпадать с кривой снятия давления. Кроме того, имеет место остаточный сигнал вследствие продолжающейся деформации элемента после полного снятия нагрузки. Это является главными причинами погрешности измерения.

Трубчато-пружинные манометры (рис. 5.2). Упругий элемент такого манометра представляет собой согнутую по дуге полую трубку эллипсовидного сечения. Один конец этой трубки заглушен, а второй является входом прибора. При подаче давления трубка стремится распрямиться. Через систему рычагов перемещение свободного конца трубки передается стрелке указателя или чувствительному элементу преобразователя перемещение – напряжение электрического тока. При разряжении трубка скручивается. Промышленность выпускает показывающие трубчато-пружинные манометры МП (0,06–160 МПа), вакуумметры ВП (-0,060 МПа), мановакуумметры МВП (0,12,4 МПа), а также самопишущие типа МТС с приводом диаграммы от часового механизма или от электродвигателя. Имеются также контактные манометры, содержащие два электрических контакта, замыкаемых при заданных значениях давления.

Рисунок 5.2 Трубчато-пружинный манометр

Манометр с многовитковой (геликоидальной) пружиной – рис. 5.3. Упругий элемент этого манометра представляет собой полую спиральную пружину, согнутую из полой трубки эллипсовидного сечения. Один конец трубки жестко закреплен и к нему подводится измеряемое давление, а другой конец трубки свободен и через систему тяг связан с показывающим органом. При наличии давления спираль раскручивается и перемещает стрелку или подвижную часть преобразователя перемещение – электрическое напряжение.

Рисунок 5.3 Манометр с гликоидальной пружиной

Мембранные манометры содержат пластинчатую мембрану или мембранную коробку – рис. 5.4.а,б.

Величина прогиба упругой мембраны при прочих постоянных величинах пропорциональна диаметру мембраны. Этим прибором можно измерять как давление, так и разряжение. Кроме приборов с упругой мембраной существуют манометры с так называемой вялой мембраной (например, из резины), уравновешенной пружиной. Вялые мембраны используются в тягомерах и напоромерах.

а б

а – с плоской мембраной

б – с мембранной коробкой

Рисунок 5.4 Мембранные манометры

Упругие мембранные коробки можно сделать герметическими с вакуумом внутри. Такие коробки называют анероидными и используются для измерения абсолютного давления, в том числе атмосферного.

В дифференциальных манометрах оба контролируемых давления подаются по разные стороны мембраны, так что прогиб мембраны определяется знаком и величиной разности давлений – рис. 5.5.

Рисунок 5.5 Дифманометр с вялой мембраной

Мембранные дифманометры типа ДМПК-4 могут измерять разность давлений от 0 до 3924 Па с погрешностью 1%, а дифманометры ДМПК-100 с мембранной коробкой от 0 до 2500 Па при абсолютном давлении до 0,16 МПа.

Напоромеры НМ-П1 и тягонапоромеры ТНМ-П1 измеряют давление (разряжение) от 120 до 12000 Па с точность 2,5%.

Сильфонные манометры используются для измерения избыточного и вакуумметрического давления воздуха и других неагрессивных газов. Чувствительным элементом здесь является сильфон – металлический стакан с гофрированными стенками – рис. 5.6. Действие на сильфон давления или разряжения приводит к его сжатию или растяжению. Упругая характеристика близка к линейной. Деформация сильфона тем больше, чем больше число гофр и чем они глубже. Для увеличения жесткости сильфона внутри его может устанавливаться пружина, подсоединенная к торцам сильфона.

Сильфонные приборы используются на давлениях до 300 кПа и разряжениях до 100 кПа.

Рисунок 5.6 Сильфонный манометр