2.2.2 Для технических измерений применя­ют так называемые комбинированные жидкостно-механические приборы. К ним относятся поплавковые, колокольные и коль­цевые.

а Поплавковые дифманометры

Они представляют собой U-образные жидкостные манометры, одно из колен которых расширено и в него помещен поплавок. Принципиальная схема измери­тельной части дифманометра типа ДП показана на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2-Измерительная часть приборов типа ДП

К плюсовому (или поплавковому) сосуду 1 подводится большее давление Р₁ а к минусовому (или сменному) сосуду 3 — меньшее давле­ние Р₂. В поплавковом сосуде на поверхности жидкости плавает пус­тотелый поплавок 2.

Жидкость заливают в сосуд через два отверс­тия в крышке сосуда, а сливают ее через отвер­стие в соединительной трубке. Все отверстия за­крывают пробками. На линиях подвода давле­ния к сосудам установ­лены уравнительный вен­тиль 5 и запорные венти­ли 4 и 6 с устройством для продувки соедини­тельных линий.

Поплавковые дифманометры рассчитаны на номинальные пере­пады давления, верхние пределы которых ограничены значениями от 6,3 кПа до 0,10 МПа. Поплавковые дифманометры используются при статических давлениях измеряемой среды не более 25 МПа. Класс точности поплавковых дифманометров 1,0 и 1,5.

Высокая точность измерений и возможность регистрации пока­заний без применения специальных источников энергии являются преимуществами дифманометров данного типа. Основным их недо­статком является наличие токсичной жидкости — ртути, которая при резких изменениях давления может загрязнять объект измерения или окружающую среду.

б Колокольные приборы

Их используют для измерения малых давлений и разрежений (тягомеры и напоромеры) и в качест­ве дифференциальных манометров.

В колокольных манометрах разность уровней, создавае­мая перепадом давлений P = Р₁ - Р₂ определяется по высоте положения колокола, частично погруженного в жидкость. В от­личие от поплавковых манометров, где перемещение поплавка всегда меньше Н, перемещение колокола в колокольных при­борах больше , что делает их чувствительными к изменению давления. В простейшем колокольном манометре изменение давления уравновешивается гидростатически при изменении глубины погружения колокола.

Рисунок 2.3-Колокольный манометр

Принципиальная схема колокольного манометра приведена на рисунке 2.3. В жидкость, находящуюся в сосуде 1, погружен колокол 2. Под колокол по трубке 3 передается измеряемое давление Р₁, а в пространство над колоколом — атмосферное давление Р₂.

Под влиянием разности давлений P = Р₁ - Р₂ появляется усилие, перемещающее колокол вверх.

Колокольные дифманометры с гидростатическим уравновешива­нием обладают высокой чувствительностью. Диапазон измерения колокольного дифманометра до 40 см водного столба. Точность 1% и выше.

в Кольцевой манометр

Он относится к жидкостным и отличается от U-образных манометров способом измерения давления. Кольцевыми манометрами можно измерять малые давления, разрежения и разности давлений.

Диапазон измерения кольцевого манометра до 250 см водного столба. Точность 1%.

г Грузопоршневые манометры

Грузопоршневые манометры в основном применяют в качестве эталонных и образцовых при­боров для градуировки и поверки различных видов пружин­ных манометров, так как они отличаются от манометров дру­гих видов высокой точностью и широким диапазоном измере­ний. Но они весьма сложны и ненадежны в эксплуатации.

Принцип действия грузопоршневых манометров состоит в уравновешивании давления, действующего на поршень с од­ной стороны, давлением грузов, приложенных с другой стороны.

При измерении очень высоких давлений приходится учиты­вать изменение вязкости жидкости, а также деформаций порш­ня и цилиндра. Образцовый грузопоршневой манометр схематически показан на рисунке 2.4.

Прибор состоит из колонки 1, укрепленной на станине прибора. Колонка имеет по оси вертикальный цилиндрический канал, в котором движется прошлифованный пор­шень 2, несущий на верхнем конце та­релку 3 для накладывания грузов. Верх­няя часть колонки снабжена воронкой 4 для сброса масла, просачивающегося через зазор поршня.

Рисунок 2.4-Грузопоршневой манометр

В станине высверлен горизонтальный канал, в расширенной части 5 которого движется от винтового штока поршень 6, уплотненный манжетами. Канал в станине соединяется с каналом колонки и каналами двух бобышек 7, служащих для крепления поверяемых манометров. Кроме того, с каналом станины соединен канал воронки 8, которая служит для заполнения систе­мы маслом. Каналы снабжены игольчатыми вентилями 9—13 для отсоединения их от канала станины. Вентиль 10 служит для спуска масла из прибора.

Максимальное давление, создаваемое грузами, 500 МПа. Для поверки манометров на большее давление пользуются поршневым прессом. Для этого отсоединяют от прибора порш­невую колонку вентилем 12. В качестве прибора сравнения применяют образцовый пружинный манометр, присоединяя его к одной из бобышек 7, а поверяемый прибор подсоединяют к другой бобышке. Поршневой манометр II разряда предназна­чен для поверки образцовых пружинных манометров классов 0,2 и 0,35 и образцовых поршневых манометров III разряда.

Рисунок 2.5-Грузопоршневой манометры с гидравлическим мультипликатором

Основная допустимая погрешность измерения образцовых поршневых манометров II разряда при температуре 20+5°С и давлении до 490 МПа равна ±0,05%, для поршневых мано­метров III разряда ±0,2%. Поршневые манометры для непо­средственного измерения давления в промышленных установках не получили широкого распространения и серийно не изготовля­ются.

Для измерения высоких давлений (до 1000 МПа) применя­ют грузопоршневые манометры с гидравлическим мультиплика­тором (рисунок 2.5).

Такой манометр состоит из грузопорщневого манометра с пределом измерения 50 МПа и двухпоршневого гидравлическо­го мультипликатора. Колонка 8 поршневого манометра уста­новлена в верхней части корпуса 2 мультипликатора. Послед­ний имеет цилиндр низкого давления 7 и цилиндр высокого давления 5. Эти цилиндры различных диаметров. Шток поршня 6 низкого давления опирается на головку поршня 4 высо­кого давления. Пространство цилиндра 7 над поршнем 6 и со­единенный с ним канал колонки 8 поршневого манометра за­полнены маслом. Поршни 4 и 6, расположенные соосно и со­единенные муфтой, во время работы приводятся во вращение электродвигателем, соединенным со шкивом 5.

Трубка 1 соединяет полость корпуса с прессом высокого давления (на схеме не показан), к которому присоединяют поверяемый пружинный манометр. Жидкость, нагнетаемая прес­сом высокого давления в полость корпуса, поднимает пор­шень 4, и его головка отходит от опорной поверхности торца цилиндра высокого давления.

Применение мультипликатора позволя­ет создавать давление 1000 МПа поршневым манометром с пределом измерений 5 МПа.

Жидкостные приборы давления отличаются простотой конструкции и сравнительно высокой точностью измерения и имеют стабильные показания.

Жидкостные приборы давления используют в качестве манометров для измерения давления неагрессивных газов вплоть до 0,1 МПа, тягомеров для измерения разрежения p_D до 7000 Па, вакуумметров для измерения вакуума р_а до 0,1 МПа и дифференциальных манометров для измерения раз­ности давлений неагрессивных жидкостей, паров и газов до 0,07 МПа. Их применяют на ТЭС в качестве приборов, уста­навливаемых по месту эксплуа­тации отдельных узлов оборудо­вания или на площадках об­служивания, а также используют при поверке и градуировке манометров других видов, предназначенных для измерения небольших из­быточных давлений и вакуума, разности давлений и атмосфер­ного давления, рассчитанных на те же диапазоны измерения дав­ления, разрежения или разнос­ти давлений.

В настоящее время номенклатура жидкостных средств измерений давления с гидростатическим уравновешиванием существенно ог­раничена. В большинстве случаев они заменены более совершенны­ми деформационными средствами измерений. К числу жидкостных средств измерений давления (разности давлений и разрежения) с гидростатическим уравновешиванием, которые еще применяются на технологических потоках, относятся поплавковые и колокольные дифманометры.

2.3 Деформационные приборы для измерения давления

2.3.1 Виды упругих чувствительных элементов

Деформационные манометры снабжены упругим элементом (пружиной), который подвергается воздействию измеряемого давления. Деформация упругого чувствительного элемента преобразуется передаточ­ным механизмом в перемещение указателя по шкале прибора.

Деформационные манометры позволяют измерять давления от нескольких Па до 1000 МПа. Пределы измерения, классы точности, допустимая

температурная погрешность и некоторые другие параметры для отдельных видов приборов устанавлива­ются стандартами.

Ценными свойствами пружинных приборов являются прос­тота устройства, надежность, универсальность, портативность и большой диапазон измеряемых величин. По виду упругого чувствительного элемента пружинные приборы делятся на сле­дующие группы:

приборы с трубчатой пружиной (рисунок 2.6,а и б);

мембранные приборы, упругим элементом которых служит мембрана (рисунок 2.6,в),

мембранная коробка (рисунок 2.6,г и д),

блок мембранных коробок (рисунок 2.6, е и ж);

пружинно-мембранные с гибкой мембраной (рисунок 2.6,з);

приборы с упругой гармониковой мембраной (сильфоном): (рисунок 2.3.1,и);

пружинно-сильфонные (рисунок 2.6,к).

Приборы с чувствительным элементом в виде гофрирован­ных мембран, мембранных коробок и мембранных блоков при­меняют для измерения небольших избыточных давлений и раз­режений (манометры, напоромеры и тягомеры), а также пе­репадов давления (дифференциальные манометры).

Зависимость прогиба мембраны от измеряемого давления в общем случае нелинейна. Число, форма и размеры гофра раз­личны в зависимости от назначения прибора, пределов измере­ния и других факторов. Гофрировка мембраны увеличивает ее жесткость, т. е. уменьшает прогиб при одинаковом давлении.

Для увеличения прогиба в приборах для малых давлений мембраны попарно соединяют в мембранные коробки, а ко­робки в мембранные блоки. Мембранные коробки могут быть анероидными и манометрическими. Анероидные коробки применяют в барометрах и баро­графах, они герметизированы и заполнены воздухом или

Рисунок 2.6-Пружинные манометры

инертным газом при очень малом давлении, обычно около 1,33 Па.

Деформация анероидной коробки происходит под действием разности давления окружающей ее среды и давления в поло­сти коробки. Так как давление в полости коробки очень мало, можно считать, что ее деформация определяется атмосферным давлением. Деформация анероидной или манометрической ко­робки равна сумме деформаций составляющих ее мембран.

Третий вид упругих элементов манометров составляют особые гофрированные коробки, называемые сильфонами. Сильфон представляет собой цилиндрический тонкостенный со­суд, на боковой поверхности которого выдавлены глубокие па­раллельные волны (рисунок 2.7,а).

Рисунок 2.7-Мембранный и сильфонный приборы.

Часто для придания большой жесткости внутрь сильфона помещают витую цилиндрическую пружину.