15.1.3. Деформационные (пружинные) манометры

Этот тип приборов находит наиболее широкое применение благодаря простоте конструктивных решений, достаточно высокой точности и надежности, а также небольшим габаритам. Деформационные манометры позволяют проводить измерения в широком диапазоне и передавать и осуществлять дистанционную регистрацию результатов.

Работа приборов основана на измерении деформации упругого чувствительного элемента, возникающей в результате воздействия измеряемого давления. Деформация фиксируется отсчетным устройством прибора, градуированным в единицах давления.

Деформационные манометры по виду упругого чувствительного элемента принято классифицировать на следующие группы приборов: с трубчатой пружиной, или, собственно, пружинные приборы; мембранные; пружинно-мембранные; сильфонные; пружинно-сильфонные приборы.

Манометры с одновитковой трубчатой пружиной (рис. 15.4) имеют металлическую трубку эллиптического или плоскоовального сечения, согнутую по дуге окружности. Один конец трубки через штуцер жестко соединен с полостью, в которой измеряется давление Второй запаянный конец трубки свободен и соединен со стрелкой прибора. При изменении давления внутри трубки изменяется ее кривизна, что фиксируется стрелкой показывающего прибора. Аналогичную конструкцию имею! вакуумметры и мановакуумметры.

Рис. 15.4. Манометры с

одновитковой трубчатой пружиной

Рис. 15.5. Гофрированные мембраны

Перемещение свободного конца трубчатой пружины находится в прямой зависимости от давления. Пружина работает в зоне пропорционального изменения напряжения и деформации, вследствие чего градуировка шкалы манометра равномерная. Однако перемещение свободного конца одновитковой пружины невелико (до 5-8 мм). При превышении предела пропорциональности незначительное приращение давления р приводит к появлению остаточной деформации пружины и погрешности измерения. На точность измерений трубчато-пружинными манометрами оказывает влияние упругий гистерезис трубки, определяемый как разность положения конца трубки при одном и том же давлении при постепенном повышении (прямой ход) и понижении (обратный ход) давления, а также упругое последействие, которое проявляется в том, что при достижении некоторого давления деформация трубки продолжается, несмотря на то что давление больше не изменяется. Упругий гистерезис и упругое последействие вызывают специфические погрешности всех деформационных манометров.

У трубчато-пружинных приборов чувствительность растет с уменьшением толщины стенок трубки, увеличением радиуса и центрального угла кривизны пружины, а также

с увеличением отношения осей поперечного сечения трубки.

Деформационные приборы изготавливаются для работы в качестве образцовых, контрольных и технических с классами точности от 0,2 до 4. Пределы измерения приборов от 0,1 до 1000 МПа, а по вакуумметрической части шкалы - до - 0,1 МПа.

Манометры с многовитковой трубчатой пружиной представляют собой приборы, имеющие как бы последовательно соединенные 6-9 одновитковых пружин. При этом развивается значительное усилие, что позволяет использовать многовитковые пружины в самопишущих манометрах.

Приборы, использующие в качестве чувствительного элемента гофрированные мембраны (рис. 15.5), мембранные коробки и блоки, применяются для измерения небольших избыточных давлений и разрешений (манометры, напоромеры и тягомеры), а также перепадов давлений (дифманометры). Гофрировка мембраны значительно уменьшает нелинейность характеристики и увеличивает чувствительность. Связь между прогибом и давлением в общем случае нелинейна. Для увеличения прогиба мембраны в приборах измерения малых давлений используется соединение мембран попарно в мембранные коробки, а коробок - в блоки. Мембранные коробки в зависимости от конструкции могут быть анероидными и манометрическими.

М анометры для измерения давления до 0,4 МПа, а также вакуумметры и мановакуумметры могут иметь в качестве чувствительного элемента гофрированный тонкостенный цилиндрический сосуд с закрытым дном — сильфон 2 (рис. 15.6). Сильфоны изготавливаются из нержавеющей стали и бериллиевой бронзы. При изменении давления изменяется высота сильфона, и шток / перемещается и приводит в движение стрелку отсчетного устройства и перо самописца. Сильфонные приборы имеют характеристику, близкую к линейной, но сравнительно большой гистерезис. Для уменьшения последнего недостатка сильфоны применяют с дополнительными винтовыми пружинами.