«Товарознавство»

7.4.5. Прилади для вимірювання тиску

Тиск характеризується силою, що діє на поверхню тіла. Це важлива характеристика, що впливає як і температура, на бага то технологічних і інших процесів. В даний час застосовують декілька одиниць тиску. У Міжнародній системі одиниць (СІ) одиницею тиску є паскаль (Па), рівний тиску сили в 1 Н (нью тон) на площу 1 м2, де Н – сила, що надає масі 1 кг прискорен ня 1 м/с. Для високих тисків іноді використовують кгс/м2 і бар, який дорівнює 105 Н/м2; для низьких – міліметр ртутного або водяного стовпа (мм рт. ст. і мм вод. ст.). На практиці також часто використовують в якості одиниці тиску технічну атмос феру 1 ат – тиск в 1 кгс/см2.

Розрізняють тиск атмосферний, надлишковий, вакууммет ричний, абсолютний. Так як гази стискаються і їх питома вага змінюється зі збільшенням висоти стовпа, вони непридатні для виміру тиску, тому для цієї мети використовуються рідини (які практично не стискаються), питома вага яких за звичайної тем ператури добре відома. Абсолютний тиск вимірюється від аб солютного нуля тиску. Так як прилади для вимірювання тиску зазвичай влаштовані так, що вимірюють тиск, починаючи від ат мосферного, то вони вказують результат вимірювання або в одиницях надлишкового тиску, якщо абсолютний тиск вище атмосферного, або в одиницях розрідження, якщо вимірюваний абсолютний тиск менше атмосферного. Якщо абсолютний тиск дуже малий, тобто розрідження велике (високий вакуум), то таке розрідження часто називають “практичним вакуумом”.

Для точних вимірювань абсолютного тиску в діапазоні від абсолютного нуля до атмосферного тиску застосовують пере важно прилади з рідинним стовпом, зазвичай – ртутним. Якщо ці прилади мають шкалу ділення, починаючи від абсолютного нуля тиску, то вони низиваються вакууметрами; якщо цими приладами вимірюється абсолютний тиск в межах, що відпові дають коливанням атмосферного тиску, то ці прилади мають шкалу з діленнями лише від 600 до 800 мм. рт. ст. і називають ся барометрами; прилади для вимірювання надлишкового тис

268

Розділ 7. Засоби промислової автоматики

ку називаються манометрами; прилади для вимірювання до сить малих розріджень називаються тягомірами.

Манометри для вимірювання надлишкового тиску розділя@ ють на рідинні і деформаційні.

У рідинних манометрах тиск вимірюється за висотою стовпа рідини, що врівноважує цей тиск. Вони зазвичай виконуються у вигляді двох сполучених скляних посудин, залитих робочою рідиною (ртуттю, дистильованою водою, етиловим спиртом та ін.). Один кінець посудини з’єднується із середовищем, де вимі рюється тиск, другий – залишається відкритим. Під дією тиску вимірюваного середовища, рідина починає переміщатися з одно го коліна в інше доти, поки тиски середовища і стовпа рідини в коліні не зрівноважаться. Різниця рівнів, що відраховується по шкалі, пропорційна вимірюваному надлишковому тиску.

На рис. 7.3 а показаний двохтрубний манометр, яким можна вимірювати атмосферний, надлишковий і вакуумметричний тиск. Його недоліком є велика погрішність при вимірі пульсуючих тисків. У цьому випадку використовується однотрубний мано@ метр (рис. 7.3, б), у якого одне коліно сполученої посудини має набагато більший діаметр у порівнянні з іншим. Широке коліно (чашка) з’єднується із вимірюваним середовищем, тиск якого пе реміщає рідину у вузьке коліно. При вимірюванні враховується тільки висота стовпа вузького коліна, тому що зміна рівня рідини в чашці настільки незначна, що нею можна зневажити.

Рис. 7.3. Види манометрів

269

«Товарознавство»

Для вимірювання невеликих надлишкових тисків засто совують однотрубні мікроманометри, із похилою трубкою (рис. 7.3. в). Зменшення кута нахилу трубки дозволяє підви щити точність відліку, тому що при цьому збільшується дов жина стовпа рідини.

Окрему групу представляють рідинні манометри, у яких переміщення рідини в посудині передається чутливому елемен ту поплавцю, зв’язаному зі стрілкою покажчиком тиску. Пере ваги цих приладів – можливість реєстрації показань на діаграмі

іїх дистанційна передача.

Врідинних манометрах надлишковий тиск діє в одному плечі (коліні) манометра, в той час як інше залишається з’єдна ним з атмосферою; якщо ж плечі манометра приєднані до місць з двома різними тисками, то висота стовпа буде вказувати різницю (перепад) цих тисків; такий манометр називається

диференційним або дифманометром. Показання цього маномет

ра не залежать від абсолютних розмірів обох тисків. Умови правильності показань: прилад повинен витримувати наванта ження абсолютним тиском, не деформуючись, а різниця тисків повинна бути не більше діапазона шкали манометра.

Кільцеві манометри. Кільцевий рідинний манометр скла дається із кільцевидної трубки, що має опору в центрі. Якщо тиски в обох плечах такого манометра не рівні, рідини пере міститься в напрямку, протилежному переміщенню рідини; кут повороту трубки є безпосередньою мірою різниці тисків. Це дає можливість застосовувати і непрозорі (металеві) трубки, у зв’язку з чим кільцеві манометри можуть застосовуватись і для виміру великих абсолютних тисків.

Дзвонові манометри. Основною деталлю його є посудина, перевернута доверху дном та занурений у рідину, що знаходить ся в посудині. Простір під дзвоном з’єднаний трубкою із сере довищем, тиск якого вимірюється. Якщо тиски поза дзвоном і під ним однакові, то дзвін плаває на рідині і ступінь його зану рення можна відрахувати за шкалою. Це нульове положення дзвона. Якщо ж тиск під дзвоном вищий за тиск навколишнь

270

Розділ 7. Засоби промислової автоматики

ого середовища, то дзвін підніметься на висоту, яка і є безпосе редньою мірою підведеного надлишкового тиску.

Більш широко у техніці застосовуються деформаційні ма$ нометри, принцип дії яких заснований на деформації пружно го чутливого елемента, що виникає під впливом вимірюваного тиску. Пружна деталь зв’язана з відліковим пристроєм, програ дуйованим безпосередньо в одиницях тиску. За видом пруж ного елемента розрізняють пружинні, мембранні і сильфонні манометри. У пружинних манометрах пружною деталлю є ме талева трубка овального перетину (пружина). Трубка вигнута по окружності і вільний кінець її закритий. Інший кінець труб ки (закріплений нерухомо) з’єднаний з вимірюваним надлиш ковим тиском. Під дією надлишкового тиску трубка дещо вип рямляється і переміщення її вільного кінця передається через передавальний механізм стрілці, що рухається по шкалі. У мем@ бранних манометрах пружною деталлю є плоска мембрана (кругла пружна пластина), на яку надлишковий тиск діє лише з одної сторони. Під дією тиску мембрана прогинається пропор ційно надлишковому тиску або різниці тисків перед пластиною та за нею і через передавальний механізм діє на стрілку. У силь@ фоних манометрах пружною деталлю є сильфон, що представ ляє собою тонкостінну гофровану трубку, у яку подається ви мірюваний тиск. Під його впливом сильфон розтягується в довжину і через передавальний механізм переміщає стрілку приладу. Мембранні і сильфонні манометри застосовують для вимірювання невеликих надлишкових тисків і розріджень зав дяки малій жорсткості пружного елемента. Причому при вико ристанні для вимірювання розрідження (вакууму) їх називають тягомірами, надлишкового тиску – напоромірами, а розріджен ня і надлишкового тиску – тягонапоромірами.

Одна із важливих переваг деформаційних манометрів у порівнянні з рідинними – можливість автоматичного запису і дистанційної передачі показань. Це здійснюється перетворен ням деформації пружного елемента в електричний вихідний сигнал, що фіксується вторинними електровимірювальними приладами, проградуйованими в одиницях тиску (міліампер

271

«Товарознавство»

метрами, потенціометрами й ін.). Такі манометри називають деформаційними електричними. Найбільш поширені диферен ційно трансформаторні, магнітомодуляційні і тензометричні перетворювачі.

Електричні манометри. На практиці зустрічаються випадки, коли застосування деформаційних манометрів неможливе зав дяки відсутності або недосконалості технічних засобів. До та ких випадків відносяться, зокрема, вимірювання надвисокого тиску та глибокого вакууму, вимірювання тисків, що пульсують з високою частотою. У таких випадках застосовують електричні манометри, які представляють собою прилади, в яких зміна вимірюваного тиску перетворюється в зміну одного з електрич них параметрів (опору, ємності, частоти та ін).

Принцип дії електричних манометрів опору заснований на зміні електричного опору провідника під дією зовнішнього над лишкового тиску. У якості матеріалу чутливого елемента мож на використовувати деякі напівпровідники, платину, манганін, константан та деякі інші матеріали. Конструктивно такий ма нометр виконаний у вигляді дротяного резистора, який розмі щений у товстостінному металевому корпусі зі штуцером для підведення вимірюваного тиску. Вивід контактів резистора здійснений крізь ізольовані від корпусу металеві стержні, які мають у зовнішній частині затискачі для приєднання перетво рювача до вторинного приладу – моста або потенціометра.

П’єзоелектричні манометри використовують для вимірюван ня пульсуючих тисків. Їх дія заснована на використанні п’єзое фекту, тобто властивості деяких кристалічних речовин генеру вати на своїй поверхні електричні заряди під дією зовнішніх сил.

Принцип дії ємнісних манометрів заснований на зміні ємності плоского конденсатора при зміні відстані між обкла динками, одна з яких нерухома, а інша виконана у вигляді ме талевої мембрани, яка знаходиться під дією вимірюваного тис ку (вакууму). Під час дії вимірюваного тиску металева мембрана вигинається, змінюючи відстань між обкладинками і ємність конденсатора, яку вимірює вторинний прилад.

272