3.3. Деформационные манометры

Довольно широкое распространение получили трубчато-пружинные манометры как в лабораторной практике, так и производстве. Они отличаются простотой устройства, надёжностью и большим диапазоном измерений. Принцип их действия основан на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации одно- или многовитковой пружины, которая преобразуется передаточным механизмом в угловое или линейное перемещение указателя по шкале прибора.

Рис. 3.3.1

Основным элементом прибора с одновитковой трубчатой пружиной я вляется согнутая по окружности трубка эллиптического или плоскоовального сечения. Один её конец вмонтирован в держатель с ниппелем и резьбой. Под давлением жидкости или газа, подаваемых в трубку, она распрямляется. При этом свободный конец ее перемещается по траектории близкой, к прямой. Изменение величины изгиба трубки обусловлено х

Рис. 3.3.1

арактером ее сечения. Под действием давления сечение трубки приближается к окружности. Изменение угла закручивания:

,

где – малая полуось эллипса, м.

Перемещение конца пружины с помощью тяги, сектора и трубки передается стрелке.

Предельное давление, при котором ещё сохраняется линейная зависимость между перемещением и давлением

,

называется пределом пропорциональности трубки. Отношение называется коэффициентом запаса ( ).

Выбор манометра осуществляется таким образом, чтобы измеряемое давление не превышало 65-75 % от верхнего предела измерения.

Рис. 3.3.2

В манометрах высокого давления (более 100 МПа) применяются толстостенные пружины круглого сечения с эксцентрично расположенным каналом, что приводит при наложении давления к перемещению свободного конца трубки.

Основанные на рассмотренных принципах измерений выпускаются приборы показывающие, с контактными устройствами, электрическими или пневматическими преобразователями.

Для повышения чувствительности измерений применяют многовитковые трубчатые пружины (геликоидальные).

4. Мембранные манометры

В этих приборах в качестве чувствительных элементов используются гофрированные мембраны. Профиль гофрировки может быть синусоидальный, пильчатый или трапецеидальный.

Попарно сваренные мембраны представляют собой мембранные короб

ки, которые, в свою очередь, могут собираться в мембранные блоки.

Этот принцип положен в основу приборов, которые предназначены на пределы измерений от 250 Па до 25 кПа. Класс точности 2,5.

В пружинно-мембранных манометрах мембрана, воспринимающая давление выполнена из гибкого материала. Давление уравновешивается силой упругой деформации цилиндрической пружины.

На этом принципе выпускаются реле давления, в которых шток, перемещаемый при деформации мембраны, связан с контактным устройством.

Наиболее широко мембранные приборы используются для измерения перепадов давления и входят в состав соответствующей ветви ГСП. На выходе таких приборов – стандартный сигнал: токовый 0-5 мА, 0-20 мА или пневматический 0,02-0,1 МПа.

В камерах размещены мембранные коробки, внутренние полости которых заполнены жидкостью и сообщаются между собой. С центром верхней мембраны соединён сердечник индукционного датчика, преобразующего перемещение в электрический сигнал. Конструкция мембранных коробок рассчитывается таким образом, чтобы в предельных случаях, при перетекании жидкости из одной коробки в другую, не произошло перенапряжение и не возникла остаточная деформация в последней.

Рис. 3.4.1

Мембранные манометры подобного типа изготовляются на перепады давления от 1,6 до 630 кПа и рабочее давление до 25 МПа, класс точности этих приборов 1– 1,5.

Чувствительным элементом сильфонных приборов является цилиндрический сосуд с кольцевыми складками (гофрами).Диаметр сильфона 12–100 мм, длина 13–100 мм, число гофров 4–24, рабочий ход 2,8–21 мм.

Характеристика сильфона близка к линейной.

Введём понятие эффективная площадь сильфона:

,

где – сила; – давление.

Для увеличения жёсткости сильфона внутрь его вводится винтовая цилиндрическая пружина. Это существенно уменьшает явление гистерезиса и нелинейность его характеристики

Пределы измерений сильфонных приборов – до 0,4 МПа, класс точности 1. Выпускается большая номенклатура сильфонных манометров, вакуумметров, дифманометров.

Рис. 3.4.2

К недостаткам деформационных приборов относятся небольшой ход подвижного центра, трудности регулировки жёсткости. Эти недостатки устраняются в приборах, построенных по схеме силовой компенсации (электрической или пневматической).

На рис. 3.4.2 показан сильфонный тягонапоромер типа ТНС-П, входящий в пневматическую ветвь ГСП. Прибор имеет унифицированный выходной сигнал 0,02-0,1 МПа. Принцип действия основан на пневматической силовой компенсации, осуществляемой с помощью пневмосилового устройства.

Измеренное давление с помощью чувствительного элемента – сильфона – преобразуется в пропорциональное усилие, которое автоматически уравновешивается усилием обратной связи.Усилие передаётся через рычажный механизм с заслонкой и Г-образный рычаг. Обратная связь осуществляется через сильфон обратной связи. При перемещении заслонки относительно сопла возникает сигнал рассогласования, который управляет давлением в сильфоне обратной связи.Это же давление является мерой измеряемого параметра.

Рис. 3.4.3

В качестве системы обратной связи может быть использован и электрический преобразователь (рис. 3.4.3). Здесь усилие обратной связи создаётся магнитоэлектрическим преобразователем.

При изменении измеряемого давления перемещается рычажный механизм и вместе с ним флажок индикатора рассогласования. Сигнал рассогласования усиливается и поступает в силовое устройство обратной связи и одновременно в линию дистанционной передачи, являясь мерой контролируемого параметра.

При измерении давления в молочных трубопроводах в целях предохранения внутренней полости датчика от загрязнения применяют специальные разделители типа РМ, в которых разделительным элементом служит мембрана. Давление от мембраны передаётся через разделительную среду чувствительному элементу преобразователя давления.

Внутренняя полость разделителя мембранного заполняется кремнеорганической жидкостью.

Эти устройства позволяют измерять давление от 0,025 до 60 МПа.