4-2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

УСТРОЙСТВА ДЕФОРМАЦИОННЫХ МАНОМЕТРОВ

технических измерений давления требуется применение ртути, как манометрического вещества, а ртуть является токсичным веще­ством, что затрудняет эксплуатацию приборов, их обслуживание и ремонт.

Жидкостные манометры (табл. 4-1) могут быть в шкальном и в бесшкальном исполнении с преобразованием измеряемой величины в пневматический, электрический и другие сигналы. На основе этих схем разработаны различные конструктивные варианты, преследующие повышение чувствительности, проч­ности, надежности и других характеристик, значение которых диктуется конкретными условиями применения преобразовате­лей давления.

Поршневые манометры основаны на методе уравновешива­ния измеряемого давления и давления, создаваемого силой тя­жести поршня, перемещающегося в цилиндре, и положенных на него грузов. Уравнение равновесия поршня имеет вид

PS=2Gi-7\ (4-1)

п

где 2 б i — ^{сила тяжести} поршня и грузов; S — площадь поршня; Т — i=l

сила жидкостного трения, возникающего в зазоре между цилиндром и порш­нем; она определяется по формуле

Т = РпгЬ, (4-2)

здесь г — радиус поршня.

Подставляя значение Т из уравнения (4-2) в уравнение (4-1), получим формулу для определения величины измеряемого давления „

р ₌ -1=1 (4-3)

S + лгб

Из выражения (4-3) следует, что эффективная площадь пор­шня, воспринимающая давление, превышает его физическую площадь.

Если не учитывать силу жидкостного трения Т, то уравнение (4-1) упростится и из него получим менее точное, но более простое выражение для нахождения величины измеряемого дав- ления „

2 с,

р=_<=1 . (4-4)

Поршневые манометры отличаются высокой точностью и применяются в широком диапазоне давлений от 0,098 до 980 МПа. Благодаря этим свойствам они используются в основ­ное как образцовые, в частности для градуировки и поверки деформационных манометров.

4.3. Деформационные манометры

В деформационных манометрах чувствительными элемен­тами, воспринимающими измеряемое давление, служат маномет­рические упругие элементы. В качестве последних наибольшее распространение нашли полые одновитковые (трубки Бур-дона) или многовитковые трубчатые пружины, мембраны (пло­ские или гофрированные), мембранные коробки, а также силь-фоны, которые часто применяются в сочетании с винтовыми ци­линдрическими пружинами (табл. 4-2).

Чувствительный элемент преобразует давление в перемеще-' ние или усилие, воздействующее либо на стрелку, показываю­щего или регистрирующего прибора, либо на подвижный эле­мент вторичного преобразователя.

Вид чувствительного элемента (или упругого преобразова­теля), его размеры, материал, способ изготовления выбираются в зависимости от назначения, условий эксплуатации, пределов измерения и требуемой точности пружинных манометров [1].

Точность приборов при прямом методе измерения давления независимо от их конструктивной схемы определяется в основ­ном метрологическими характеристиками упругих чувствитель­ных элементов. Это касается в первую очередь точности и ста­бильности их упругих характеристик, которые определяются однозначностью и воспроизводимостью свойств материалов, из которых изготовлены элементы, и стабильностью технологиче­ского режима их обработки.

Манометры с упругими элементами нашли широкое примене­ние в практике измерения давлений и величин, связанных с дав­лением. Простота устройства, надежность в работе, малая инер­ционность, компактность и широкий диапазон измеряемых дав­лений обусловили их использование в качестве как технических, так и образцовых. Требуемая точность измерения осуществля­ется с помощью соответствующих материалов, технологии и ме­тодов измерений: прямого или уравновешивающего преобразо­вания измеряемой величины.

Установка манометров на линиях контроля и регулирования в целлюлозно-бумажном производстве сопряжена с рядом ме­роприятий, направленных на защиту приборов от влияния ис­следуемых сред. Для предохранения приборов от действия высо­кой температуры при измерении давлений в паропроводах перед манометрами устанавливаются сильфонные трубки, в которых пар конденсируется и давление передается чувствительному эле­менту через охлажденный конденсат. При измерении давления химически активных сред следует предусматривать разделитель­ные устройства, а для загрязненных и вязких сред — специаль­ные отборные устройства. Это позволяет приблизить условия эксплуатации приборов к нормальным и использовать деформа­ционные манометры с чувствительными элементами, выполнен­ными из обычных материалов.

Тип деформа­ционного манометра

1

Схема устройства манометра	Краткое описание устройства манометра
2	3

Функция преобразования

Диапазон измеряе­мых давлений

Источники погрешности. Классы точности

Область применения

1. С трубча­той пружиной (одновитко-

вой или многовитко-вой)

2. С мембран-ным упругим элементом

Измеряемое давле­ние перемещает свободный конец трубчатой пружины

за счет упругой деформации сечения трубки. Перемеще­ние трубки пере­дается через переда­точный механизм на указатель, либо воздействует на вто­ричный преобразова­тель. Манометры, в которых свободный конец трубчатой пружины соединен с винтовой пружи­ной, имеющей меж-витковое давление, имеют безнулевую шкалу

Мембраны, тонкие и круглые металли­ческие пластины, плоские или с волно­образными концент­рическими складка­ми-гофрами соеди­няют попарно, образуя коробки, а коробки соединя­ют в мембранные блоки. В таких манометрах дефор­мация упругого преобразователя возрастает пропор­ционально коли­честву мембран. Мембранный упру­гий элемент изме­няет положение центра под Действием разницы сил, воздействующих на элемент. Пере­мещение передается на указатель или вторичный преобразователь

•Га

p/l

X

В ЬК\ а² )

х² =

Э² + х²

^{Г = У(1 + cos V)2 + (V — sin v)2}

/ — величина перемещения свобод­ного конца трубки; \х — коэффи­циент Пуассона; Е — модуль упру­гости материала трубки; а, Ъ — большая и малая полуоси попереч­ного сечения трубки; h — толщина стенок трубки; а, 0 — коэффи­циенты, зависящие от отношения aji>; р — радиус кривизны централь­ной оси трубки до деформации; V—начальный центральный угол трубки, изогнутый по дуге окруж­ности; X — главный параметр пру­жины

Гофрированная мембрана

= а

+ 6

fe³

PR* Eh*

Р — избыточное давление; R — ра­бочий радиус мембраны; Е — мо­дуль упругости материала мембра­ны; ц — коэффициент Пуассона; /,— прогиб центра мембраны; а, Ь — коэффициенты, зависящие от геометрии мембраны; для сплош­ной равномерной гофрировки

_д 2(3 + 00(1+») .

32fe,

3fci (1 — ц²/а²)

а^а

3 — ц.

L6 (а — р)<а + 3)]'

*it A_a — коэффициенты. Мембрана е жестким центром радиуса г_в

~-— = от] h Ь% ;

h* k A⁸

▼1 и £ зависят от г₀. Мембрана с уп­ругим плоским центром радиуса г

От ±10^б Па

До 1,0.10^е Па

От ±100 Па

ДО

6-Ю⁷ Па