І. Перевірка пружинного манометра
1.1.Мета роботи
а) вивчити експериментальну установку;
б) виконати експериментальну частину роботи;
в) обробити результати перевірки і зробити висновок про придатність манометра до експлуатації.
1.2.Підготовка до роботи
Прилади тиску, які засновані на використанні деформації або згинального моменту пружинних чутливих елементів, що сприймають вимірювальний тиск середовища і перетворюють його в переміщення або зусилля, застосовують в різних галузях техніки в широкому діапазоні вимірювання – від 50 Па до 1000 МПа. Вони виготовляються в вигляді тягомірів, напоромірів, манометрів, вакуумметрів і мановакууметрів.
Як пружні чутливі елементи в приладах тиску застосовуються мембрани, мембранні коробки, сильфони і трубчаті пружини.
Найбільш розповсюджений показувальний манометр з трубчатою одновитковою пружиною (рис.1).
Трубчата пружина складається з порожнистої трубки 3 еліптичного або овального перерізу, вигнутого по кругу.
Для малих тисків трубки виготовляються з латуні або міді, а для великих тисків – з сталі. Один кінець відкритий і з'єднується є з допомогою ніпеля з гайкою з місцем виміру тиску, а другий кінець запаяний і з'єднаний з допомогою тяги 9 і зубчастого сектору 8 з стрілкою 6.
При надходженні в порожнисту пружину рідини або газу під дією тиску пружина деформується і через тягу і зубчастий сектор повертає стрілку, яка і показує величину тиску.
Однією з основних характеристик пружного елемента є залежність переміщення λ певної його точки від діючого навантаження Р (тиску або різних тисків, або зосередженої сили).
Рис. 1. Манометр з трубчатою пружиною:
1 – ніпель з гайкою; 2 – стійка; 3 – трубчата одновиткова пружина; 4 – корпус; 5 – шкала; 7 – пружина; 8 – зубчатий сектор; 9 – тяга.
Внаслідок недосконалості пружних властивостей реальних матеріалів перебіг статичної характеристики λ=f(Р) чутливого елемента при збільшенні і зменшенні навантаження в межах пружних деформацій неоднозначний і створює т.зв. петлю гистерезісу (рис.2).
Істотний вплив на розмір гістерезису роблять хімічний склад, структура матеріалу і значення напруження в матеріалі чутливого елемента. Гістерезис виявляється в процентах:
.
Розмір гістерезису є важливою характеристикою, оскільки він визначає похибку приладу. На величину похибки впливають також наявність зазору в зчленуваннях вимірювальних механізмів, сили тертя в рухомих елементах приладу і т.д.
Рис. 2. Статична характеристика чутливого елемента манометра
Похибкою вимірювання називається відхилення результатів вимірювання від справжнього значення вимірювання величини.
Величина похибки залежить від навколишніх умов, при яких відбувається вимірювання. Розрізняють основну і додаткову похибку.
Основна похибка приладу – це похибка при нормальних умовах його роботи, додаткова – викликається відхиленням умов від нормальних.
Величина основної похибки приладу установлюється стандартами.
По величині основної допустимої похибки прилади розподіляються на класи точності. Клас точності вказується на циферблаті приладу і показує величину основної допустимої похибки в відсотках від межі шкали (верхнього показа шкали), наприклад, похибка приладу класу 1,5 при нормальних умовах не перебільшить 1,5% від діапазону шкали в будь-якій точці від нуля до максимуму
В залежності від призначення прилади тиску з пружними чутливими елементами поділяються на зразкові і робочі. Робочі прилади випускаються класів точності: 1; 1,5; 1,6; 2,5; 4 і призначені для тривалої експлуатації. Зразкові прилади призначені для перевірки робочих приладів і випускаються класів точності 0,16-0,5.
З часом стабільності характеристик пружного чутливого елемента може змінюватись внаслідок пластичного перебігу, повзучості матеріалу, який може виникати при нормальній температурі і напруженнях, менших границі пружності. Це зв'язано з неоднорідністю структури матеріалу і появі в його мікроелементах залишкових напружень при виготуванні. Крім того, внаслідок спрацьованості змінюються зазори в зчленуваннях і сили тертя в рухомих елементах приладу. Вказані причини викликають необхідність періодичної перевірки, при якій встановлюється відповідність приладу класу точності.
Методика перевірки манометрів полягає в порівнянні показів двох приладів: еталонного і перевіряємого при одному і тому ж тиску.
Якщо різниця показів не перевищує допустимої похибки перевіряємого манометра, то він придатний до експлуатації, якщо перевищує – прилад до експлуатації не придатний.
Величина допустимої похибки визначається класом точності приладу
де Рм – верхній показ шкали манометра;
δ – клас точності.
Як еталонні прилади можуть застосовуватися зразкові або вантажно-поршневі манометри, як, наприклад, в даній лабораторній роботі.