21Деформационные манометры

Принцип действия деформационных манометров основан на ис­пользовании деформации чувстви­тельных элементов или развивае­мой ими силы под действием измеряемого давления среды, преоб­разующих давление в пропорциональное перемещение или усилие. Таким образом, в деформаци­онных приборах измеряемое усилие F (в Н) уравновешивается механическими напряже­ниями в материале чувствительного элемента,В качестве чувствительных элементов широко применяются мем­браны (жесткие или вялые), силь­фоны и трубчатые манометриче­ские пружины.Отечественным приборостроением выпускается большая группа измеритель­ных преобразовате­лей давления, в которых используются унифицированные сиг­налы ГСП: преобразователи с силовой и магнитной компенсацией, с дифференциальными трансформаторами, ферродинамические и др.

Мембранные манометры

В качестве чувствительных элементов в этих манометрах исполь­зуются жесткие или вялые (мяг­кие) мембраны. Жесткие мембраны представляют собой упругие чувствительные элементы в виде эла­стичных пластин, изготовляе­мых из специальных сортов стали или бронзы, воспринимаю­щих изме­ряемое давление и преобразующих его в пропор­циональное перемещение или усилие. Вялые мем­браны изго­товляются из мягких материа­лов— прорезиненной ткани, специальной резины и т. п., при этом сила, возникающая на мембране, уравновешивается дополнительным упругим эле­ментом (чаще всего пружиной) или устройством обратной связи. Жесткие мембраны применяются в виде пло­ских или гофрированных дисков, а также в виде мембранных коробок, образованных двумя соединен­ными между собой гофрированными мембранами (рис. VII.7). Мембранный показывающий манометр (рис. VII.8) состоит из мембранного измерительного блока 3, состоящего из двух мем­бранных коро­бок^ соединенных между собой, и передающего меха­низма /, с помощью которого перемещение цен­тра верхней мембран­ной коробки передается стрелке показывающего устройства (на рис. VII.8 не пока­зана). Пружина 2 служит для выбора люфтов в механизме.

В мембранном дифманометре с дистанционной передачей пока­заний на расстояние (рис. VII.9) дав­ление измеряемой среды под­водится к прибору по импульсным трубкам. В плюсовой и минусо­вой камерах дифманометра помещены две одинаковые мембранные коробки 1 я 2, образованные из сварен­ных между собой гофриро­ванных мембран. Коробки укреплены в разделительной диафрагме, которая зажата между крышками корпуса 5. Внутренние полости мембранных коробок заполнены дис­тиллированной водой и сооб­щаются через отверстие в диафрагме. С центром верхней мембраны связан сердечник 3 индукционного преобразователя 4\ преобразую­щего перемещение в электриче­ский сигнал, подаваемый на вторичный прибор. При изменении перепада давления мембранные ко­робки деформируются, подвижные центры их перемещаются и вода перетекает из одной коробки в другую. Величина перемещения подвижного центра верхней коробки и соединенного с ним сердеч­ника зависит от параметров коробки и разности давлений снаружи и внутри коробки. Деформация мембран продолжается до тех пор, пока силы, вызванные перепа­дом давления, не уравновесятся упру­гими силами мембранных коробок. В случае превышения расчет­ной разности давлений коробка, находящаяся в зоне более высокого давления, сжимается до соприкосно­вения мембран и вся жидкость п еретекает из нее во вторую коробку. Объемы коробок рассчиты­ваются так, что каждая из них мо­жет вместить весь объем жидкости без перенапряжений и без, возникновения остаточных деформа­ций.

Для снижения влияния расширения жидкости в коробках вслед­ствие изменения температуры ниж­няя коробка имеет несколько меньшую жесткость, чем верхняя. Следовательно, при изменении температуры окружающей среды изменяется в основном объем нижней коробки, что практически не отражается на показаниях прибора/ Подобные мембранные дифманометры изготовляются на пере­пады давлений от 1,6 до 630 кПа и на рабочее давление среды до 25 МПа. Класс точности приборов 1; L.5.1

Дифманометр с вялой мембраной (рис. VII. 10.) предназначен для непрерывного преобразования разности, давлений газа или жидкости в электрический сигнал дистанционной передачи элек­три­ческой аналоговой ветви ГСП. Измеряемая разность давлений под­водится к плюсовой и минусовой камерам измерительного блока 2 с мембраной 1, с помощью которой преобразуется в пропорциональ­ное ей усилие. Мембрана представляет собой резинотканевый одногофровый диск сжестким цен­тром. Усилие, развиваемое на мем­бране, с помощью рычага 3 с одногофровой мембраной вывода 4 передается на рычажный передаточный механизм электросилового преобразователя 5. Подобные дифманометры выпускаются на пере­лады давлений от 0,16 до 6,3 кПа и на предельное рабочее давле­ние 0,25 и 1 МПа. Класс точности 1 и 1,5.

Сильфонные манометры

В сильфонных манометрах в качестве чувствительных элемен­тов используются сильфоны, пред­ставляющие собой тонкостенную металлическую трубку с поперечной гофрировкой. Некоторые типы сильфонов изготовляются с винтовой пружиной, вставляемой внутрь, что несколько расширяет диапа­зон их применения вследст­вие уменьшения влияния гистерезиса и нелинейности.

С ильфоны бывают однослойные (рис. VII.11) и многослойные различных диаметров, длины и с раз­личным числом гофр. Обычно диаметр сильфонов 12—100 мм, длина 13—100 мм, число гофр 4— 24. Рабочий ход сильфонов 2,8—21 мм.Сильфонный пневматический тягонапоромер (рис. VII.12) пред­назначен для непрерыв-ного преоб­разования давления или разреже-нйХ в пропорциональный пневматический сигнал дистанцион­ной пе­редачи. Принцип действия прибора основан на пневматической си­ловой компенсации.В сильфонном дифманометре с электросиловой системой дис­танционной передачи ГСП (рис. VII. 13) измеряемый перепад давле­ния подводится к плюсовой и минусовой камерам измерительного блока 9 с основанием 4, к которому крепятся сильфоны 7 и 8. Силь­фоны соединены также с клапа­нами 2 и 5. Пружина 6 служит для того, чтобы эти клапаны произвольно не сближались при нормаль­ной работе измерительного блока.

Внутренняя полость измерительного блока, образованная силь-фонами и основанием 4, заполня­ется кремнийорганической жидко­стью, которая при изменении температуры измеряемой среды, под-, водимой к блоку 9, изменяет свой объем, что ведет к изменению давления, воспринимае­мого компенсационным сильфоном 1.

При нормальных условиях работы измерительного блока клапа­ны 2 и 5 открыты. При перегрузке со стороны плюсовой или мину­совой камеры один из клапанов закрывается, что предохраняет силь­фоны от разрушения. При нарушении герметичности мембраны вывода 3 одновременно закрываются оба клапана, предохраняя оба сильфона от разрушения и обеспечивая защиту от выброса наружу изме­ряемой среды.

Преобразование изменения разности давлений, подводимого к блоку 9, в электрический сигнал осуществляется с помощью систе­мы рычагов и унифицированного электросилового преобразователя ГСП, показанного на рис. VII. 13 вверху. Подобные дифманометры предназначены для использования в широком диапазоне измерений разности давлений от 4 до 25 кПа при рабочем давлении 10— 40 МПа. Класс точности приборов 1; 1,5.

Трубчато-пружинные манометры

Как в лабораторной, так и в производственной практике пище­вой промышленности широкое рас­пространение для измерения из­быточного давления и разрежения газов, жидкостей и паров получ или деформационные манометры с трубчатой манометрической пружиной в качестве чувствитель­ного элемента. Принцип действия трубчато-пружинных манометров основан на уравновеши­вании из­меряемого давления силой упругой деформации одновитковой или многовитко­вой манометрической трубчатой пружины.

Трубчатая криволинейная одновитковая пружина эллиптическо­го или плоскоовального сечения (рис. VII.14) изменяет свою кри­визну при- изменении избыточного давления или разрежения внутри трубки (а и b — большая и малая полуоси). .

При увеличении избыточного давления внутри трубки эллипти­ческое или плоскоовальное сече­ние деформируется, приближается к круглому, т. е. малая ось эллипса или овала увеличивается, а большая уменьшается, что ведет к раскручиванию трубки. При создании в трубке разрежения трубка скручивается. Механические характеристики трубок и величина перемещения свободного конца зависят от ряда факторов, из которых наиболее важными являются отношение полуосей трубки, толщина стенок, модуль упругости ма­териала и радиус, изгиба дуги трубки. В манометрах высокого дав­ления, до I ГПа и выше, применяются стальные трубки круглого сечения с каналом, ось которого смещена, благодаря чему создает­ся перемещение концов трубок при подаче в них давления. Пере­мещение свободного конца трубки обычно невелико, поэтому часто применяются многовитковые труб­чатые пружины, у которых это перемещение значительно больше, чем у одновитковых.

В общепромышленном манометре с одновитковой пружиной (рис. VII.-15) при изменении давле­ния перемещение конца пружи­ны 4 через тягу 5 передается сектору 1, который вращается на оси 6. Угловое перемещение сектора с помощью зубчатого зацепления вы­зывает вращение зубчатого колёса (трибки) 2, на оси которой ук­реплена стрелка отсчетного устройства 3. ,

Выпускается большая группа трубчато-пружинных манометров для отсчета показаний, записи, сиг­нализации, передачи сигналов измерительной информации на расстояние — электрических и пнев­матических, отвечающих требованиям ГСП.