§ 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.

Рис. 4.4. Схема манометра с одновитковой трубчатой пружиной

На рис. 4.4 показана конструкция манометра с секторным передаточным механизмом. Прибор со­стоит из трубчатой пру­жины 5, один конец кото­рой впаян в отверстие держателя 1, а другой (подвижный) конец на­глухо запаян и несет на себе наконечник 10. По­лость пружины связана с измеряемой средой через канал в держателе 1, снабженном радиальным штуцером 14. Держатель прибора оснащен платой 2, на которой монтируется трибко-секторный меха­низм. Последний включа­ет зубчатое колесо (трибку) 8 и зубчатый сек­тор 9. Для исключения люфта в передаточном механизме используется спиральная пружи­на 7, один конец которой с помощью штифта крепится на оси трибки, 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.

В акуумметр 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.

Рис. 4.5. Схема самопишущего манометра с многовитковой трубчатой пружиной

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 1,0; 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.

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 11 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 дифмано­метри. На рис. 4.7 показана схема сильфонного дифманометра.

Рис. 4.6. Схема манометра самопишущего сильфонного

Рис. 4.7. Схема самопишущего сильфонного дифманометра

Под действием измеряемого перепада давления рабочий сильфон 1, 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 сильфонов 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 11 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 П перемещения в унифицированный токовый или пневматический сиг­нал. Подробно устройство н работа преобразователей рассмотре­ны в гл. 5. Предельные номинальные перепады давлений состав­ляют 0,0003—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.