Приборы для измерения давления и разрежения

Понятие о давлении и разрежении

Давление – величина, характеризующая интенсивность сил, действующих на какую-нибудь часть поверхности тела по направлениям, перпендикулярным этой поверхности.

Существуют три понятия давлений: атмосферное, избыточное и абсолютное.

Атмосферное давление Р_а – это гидростатическое давление, оказываемое атмосферой на все находящиеся в ней предметы. За нормальное атмосферное давление принимают давление, равное 100 кПа (760 мм рт. ст.), такая величина называется физической атмосферой.

Избыточное давление Р_изб может быть положительным и отрицательным. Отрицательное давление называется разрежением или вакуумом. Под вакуумом понимают состояние воздуха или другого газа в замкнутом объеме, если давление в нем меньше атмосферного.

Абсолютное давление Р_абс равно сумме атмосферного и избыточного давлений: Р_абс = Р_изб + Р_а .

В Международной системе единиц (СИ) давление выражается в Па (паскалях) [1 Па=1 Н/м²). Паскаль – давление, вызываемое силой 1Н, равномерно распределенной по поверхности площадью 1м². Внесистемные единицы давления, которые используются для технических измерений: кгс/см², мм вод. ст., мм рт. ст.

Приборы для измерения положительного избыточного давления называются манометрами, для измерения отрицательного избыточного давления (вакуума) – вакуумметрами.

По принципу действия приборы для измерения давления и разрежений подразделяются на следующие типы:

• жидкостные, в которых давление или разрежение уравновешивается высотой столба жидкости;

• пружинные, в которых давление уравновешивается силой упругой деформации чувствительного элемента;

• поршневые, в которых давление уравновешивается силой, действующей на поршень определенного сечения;

• комбинированные, принцип действия которых имеет смешанный характер.

По своему назначению приборы подразделяются на рабочие, контрольные и образцовые.

 Пружинные манометры

Пружинные манометры (рис. 19) относятся к наиболее распространенным приборам измерения давления. Они изготовляются с трубчатой одновитковой и многовитковой пружинами. По классу точности манометры подразделяются на технические, контрольные и образцовые.

Технические манометры имеют класс точности 1,5; 2,5; 4,0; контрольные – 0,6; 1,0, образцовые – 0,16; 0,25; 0,4. По устройству и принципу действия манометры всех типов и моделей подобны друг другу.

Верхние пределы измерений манометров в зависимости от их типов составляют: 0,06; 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,6; 1,0; 1,6; 2,5; 4,0; 6,0; 10; 16; 25; 40; 60; 100 МПа (0,6; 1; 1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40; 60; 100; 160; 250; 400; 600; 1000 кгс/см²).

Манометр (рис. 20 а) имеет резьбовой штуцер 7 для подключения, трубчатую пружину 5, соединенную со штуцером, стрелку 1 и кинематический узел, состоящий из поводка 6, зубчатого сектора 4 и зубчатой шестерни (трибки) 2, закрепленной соосно со стрелкой, и противодействующей спиральной пружины 3. Под действием избыточного измеряемого давления трубчатая пружина деформируется (в пределах упругих деформаций), стремясь распрямиться. При этом свободный конец пружины, перемещаясь совместно с поводком 6, разворачивает относительно оси зубчатый сектор, который, в свою очередь, поворачивает на определенный угол зубчатую шестеренку 2 и стрелку прибора.

а)        б)        в)               г)

Рис. 19. Общий вид манометров:

а – типа ОБМВ, б – типа АМУ, в – типа МОШ, г – типа ЭКМ

Рис. 20. Кинематическая схема манометра:

а – устройство, б – принцип действия; 1 – стрелка, 2 – трибка, 3 – пружина, 4 – сектор, 5 – датчик давления (трубчатая пружина), 6 – поводок, 7 – штуцер

Трубчатая пружина 5 (рис. 20, б) в сечении имеет эллипсовидную или овальную форму, которая под действием измеряемого давления газа или жидкости стремится к окружности. В металле возникают механические напряжения, приводящие к деформации пружины, вследствие этого увеличивается малая ось эллипса трубчатой пружины и сечение трубки будет стремиться к окружности.

При подаче на вход манометра избыточного давления трубка разжимается, а при подаче разрежения – сжимается.

Принцип действия манометра основан на уравновешивании силы, возникающей под действием измеряемого давления, силой упругости чувствительного элемента прибора.

Обычно упругие деформации измерительной пружины незначительны (до 8–10^о). Для искусственного повышения чувствительности прибора устанавливается указанный выше кинематический узел, позволяющий стрелке совершать поворот в зависимости от величины деформации от нуля до максимума шкалы. При отключении измеряемого давления упругая деформация пружины исчезнет, пружина восстанавливает свое первоначальное положение, и стрелка прибора устанавливается на нулевую отметку шкалы. Наиболее распространенными приборами такого типа являются манометры ОБМ, МОШ и МТ, шкалы которых составляют 270 °.