Жидкостные и поршневые манометры.

Манометры. По принципу действия их подразделяют на жидко­стные (трубные), пружинные, мембранные, сильфонные, пьезоэлек­трические, поршневые, радиоактивные и проволочные (тензоманометры). В настоящем разделе рассматриваются лишь жидкостные (трубные), пружинные, мембранные и сильфонные манометры, по­лучившие наибольшее применение в промышленности.

Жидкостные (трубные) манометры, принцип дейст­вия которых основан на уравновешивании измеряемого давления столба жидкости, выпускают нескольких типов: U-образные, одно­трубные (чашечные), кольцевые, колокольные и поплавковые.

U-образный манометр (рис.17) наиболее простой по конструк­ции: состоит из U-образной стек­лянной трубки, заполненной жид­костью, и прямолинейной милли­метровой шкалы. Шкала чаще всего бывает двусторонней с нулевой от­меткой посередине. Нижняя часть трубки заполнена до нулевой от­метки. К одному концу трубки по гибкой резиновой или пла­стмассовой трубке подво­дится давление изме­ряемой среды. Под дей­ствием этого давления жидкость в одном коле­не трубки понижается, а в другом — повышается.

Разность уровней, определяемая по шкале, показывает избыточное давление измеряемой среды.

При частых изменениях давления измеряемой среды уровень жидкости в трубках колеблется, в связи с чем трудно производить точный отсчет по шкале в обеих трубках одновременно. В этом случае более удобен однотрубный (чашечный) манометр (рис. 17б). Он состоит из сосуда (чаши), сечение которого во много раз больше сечения трубки. При измерении давления уровень жидко­сти в трубке малого сечения поднимается на большую высоту, в то время как в чаше большого сечения опускается незначительно. Поэтому показания прибора можно отсчитывать только по измене­нию уровня жидкости в трубке малого сечения, пренебрегая изме­нением уровня в чаше.

Если к U-образному или чашечному манометру давление подво­дится только к одному концу трубки, то измеряется разность подведенного и атмосферного давлений. В этом случае другой конец трубки открыт и сообщается с атмосферой. Если же к обоим кон­цам трубки или чаше и трубке подвести давление контролируемых сред, то манометр будет измерять разность этих давлений. Такие манометры называются дифференциальными.

ПОРШНЕВЫЕ МАНОМЕТРЫ.

Манометры поршневого типа—наиболее точные приборы для измерения давления.

Поршневые манометры в лабораторной практике служат ос­новными приборам и для проверки рабочих и образцовых пру­жинных манометров.

В грузопоршневом манометре (рис. 69) измеряемое давле­ние сравнивается с давлением поршневой пары (цилиндр—пор­шень), поршень которой находится под действием веса грузов определенной массы. Основной частью манометра является вер­тикальная колонка с цилиндрическим каналом, в которую на скользящей посадке вставлен поршень. Диаметр канала строго постоянен по всей высоте колонки. Внут­ренняя поверхность канала и поверх­ность поршня тщательно отшлифованы и подогнаны по диаметру друг к другу. На верхнем конце поршня закреплена тарелка для укладывания образцовых грузов, имеющих форму дисков. Давление, которое испытывает жидкость, за­ключенная в камере манометра, равно весу поршня с грузом, деленному на пло­щадь сечения поршня. Поэтому вес пор­шня с гирями и сечение поршня должны быть известны с большой точностью.

Камеру заполняют трансформатор­ным, вазелиновым или касторовым мас­лом. Воду в качестве рабочей жидкости применять нежелательно, так как она обладает малой вязкостью и быстро про­сачивается через малейший зазор между колонкой и поршнем. Кроме того, вода вызывает коррозию металлических дета­лей манометра.

Для регулировки уровня масла в ко­лонке имеется вспомогательный поршень, который вытесняет масло из внутреннего объема в колонку.

В процессе измерения рабочий пор­шень должен находиться во взвешенном состоянии и опираться только на столб масла в колонке.

Для устранения вредных сил трения поршня о стенки колонки поршень вруч­ную приводят во вращение.

Поршневые манометры такой конструкции не могут исполь­зоваться в качестве технических стационарных приборов, так как операции по подбору уравновешивающих грузов, регулиров­ке уровня масла в колонке и вращению поршня не автоматизи­рованы.

Деформационные манометры.

Пружинные манометры. Чувствительным элементом в них являются одно- или многовитковые пружины. Чувствительный элемент связан механически с измерительным устройством и вместе с ним находится в общем корпусе.

Одновитковая пружина 1 (рис. 19) представляет собой стальную или латунную полую трубку, согнутую по окружности. Один конец пружины впаян в основание 7 прибора. На этом же основании смон­тирован механизм передачи со стрелкой 2 и круглый корпус 5 ма­нометра. Измеряемая среда подводится во внутреннюю полость пружины через ниппель 6.

Под давлением измеряемой среды трубчатая пружина стремится выпрямиться, ее свободный конец отклоняется и через тягу 4 по­ворачивает зубчатый сектор 3, который, в свою очередь, поворачи­вает трибку (шестерню) 8, а с ней и стрелку 2 на угол, пропорцио­нальный давлению. При повороте шестерни стрелка, сидящая на ее оси, тоже поворачивается и указывает на шкале измеряемое дав­ление.

Мембранные манометры. Их применяют для измерения избыточного давления неагрессивных жидкостей или газов и преоб­разования его в унифицированный электрический выходной сигнал, подаваемый на вторичный измерительный прибор. В качестве при­мера рассмотрим манометр мембранный электрический (ММЭ), входящий в систему ГСП, который является бесшкальным прибо­ром.

Манометр (рис. 21) состоит из трех основных узлов: измеритель­ного блока, преобразователя и усилителя. В измерительный блок входит мембранная коробка 10 с плоской мембраной (чувстви­тельный элемент), ввинченной в крышку 2, и магнитный плунжер 7. Измеряемое давление через штуцер 11подается внутрь корпуса 1, закрытого герметично крышкой 2.

К крышке зажимом 5, наде­тым на втулку 3 и затянутым винтом 4, жестко крепится преобра­зователь 8.

Усилитель 6 установлен на трех стойках 9, укрепленных на крышке. Под действием измеряемого давления скрепленный с мем­браной плунжер 7 перемещается вверх, в результате чего постоян­ный магнит М создает магнитный поток. Разность этого потока и потока обратной связи (устройство обратной связи на рисунке не показано) преобразуется в электрический сигнал рассогласования и усиливается усилителем, после чего в виде выходного токового сигнала подается на вторичный измерительный прибор.

Мембранные бесшкальные манометры типа САПФИР-22. Предназначены для работы в системах автомати­зации в качестве измерительных преобразователей давления или разрежения с вторичной регистрирующей и показывающей аппара­турой и автоматическими регуляторами, работающими от стандарт­ного электрического входного сигнала 0—5 или 0—20 мА или 4— 20 мА постоянного тока.

Манометр «САПФИР-22ДИ» (рис. 22) для измерения избыточ­ного давления состоит из измерительного блока 1и унифицирован­ного электронного устройства 2. Внутри основания 10 блока 1 раз­мещен мембранный тензопреобразователь 4, полость 5 которого за­полнена кремнийорганической жидкостью и отделена от измеряе­мой среды металлической гофрированной мембраной 7. Мембрана приварена по наружному контуру к основанию 10.

Чувствительным элементом тензопреобразователя является пластина из монокристаллического сапфира с кремниевыми пленоч­ными тензорезисторами, прочно соединенная с мембраной 7. Основ­ное свойство тензорезисторов—способность изменять свое электрическое сопротивление в зависимости от степени прогиба мембраны тензопреобразователя.

Измеряемая величина (давление среды в технологическом аппарате или трубопроводе) подается в камеру 8 фланца 6 измерительного блока и через жид­кость, заполняющую тензопреобразователь, воздействует на мембрану, вызывая ее прогиб и изменение электрического со­противления тензорезисторов.

Электрический сигнал от тензопреобразователя передается из измерительного блока в электронное устройство 2 по проводам че­рез вывод 3. Электронное устройство преобразует этот сигнал в то­ковый выходной сигнал манометра, значение которого зависит от измеряемого давления.

Сильфонные манометры используют для изме­рения небольших давлений и вакуума в качестве показывающих и самопишущих приборов. Чувствительным элементом в них является сильфон 4, который представляет собой гофрированную тонкостен­ную металлическую трубку, изготовленную из высокопрочного спла­ва. Сильфоны преобразуют измеряемое давление в тяговое усилие, перемещающее стрелку манометра. Один конец сильфона закреп­лен на жестком неподвижном основании 5, другой герметически закрыт. Давление подводят внутрь сильфона через основание. Если давление больше атмосферного, то длина сильфона увеличивается, вследствие чего стрелка 1 (или перо) прибора через систему рыча­гов 2 движется по шкале 6. Пружина 3 увеличивает жесткость сильфона.

Напоромеры, тягомеры и тягонапоромеры используют для изме­рения давлений (напора) до 2500 мм вод. ст. и вакуума (тяги), они работа­ют по такому же принципу, как и опи­санные выше приборы для измерения давления.

Мембранные напоромеры с гори­зонтальной профильной шкалой (рис. 24, а) применяют для измерения давле­ния сухого незапыленного воздуха в установках промышленной вентиляции, котельных установках, печ­ных агрегатах и установках кондиционирования воздуха. Чувстви­тельный элемент этого прибора—герметическая мембранная ко­робка 1из упругой латуни с двумя круглыми металлическими гоф­рированными крышками-мембранами, спаянными по окружности. При изменении давления ведущий штифт 2, припаянный к центру верхней мембраны, перемещается вместе с ней, поворачивая при этом коленчатый рычаг 7. Последний через тягу 8 и рычаг 9 по­ворачивает ось 10 и закрепленную на ней стрелку 3 по шкале 4.

Ход мембраны не пропорционален изменению давления, поэтому для выравнивания хода мембраны и обеспечения равномерности шкалы применяют специальное устройство, состоящее из плоской пружины 5 и кронштейна 6 с установочными винтами, регулируе­мыми таким образом, чтобы стрелка прибора перемещалась равно­мерно.

Стрелку прибора устанавливают на нуль конусным регулирую­щим винтом 11и рычагом 12. При этом пружина 13 оттягивает ры­чаг 12 вниз, прижимая его к конусу.

Вакуумметры. Принцип действия их аналогичен принципу дей­ствия пружинных манометров с одновитковой трубчатой пружиной. В вакуумметрах давление внутри трубчатой пружины меньше атмосферного, поэтому она не стремится выпрямиться (как в пружинных манометрах), а, наоборот, еще больше скручивается.

Мановакуумметры. С правой стороны от нулевой отметки шкалы ведут отсчет избыточного давления, а с левой стороны—вакуума.