Приборы для измерения давления
Приборы для измерений давлений классифицируют в зависимости от вида измеряемого давления, принципа действия и назначения.
По виду измеряемого давления приборы подразделяются на манометры абсолютного давления, барометры, манометры, вакуумметры, мановакуумметры, дифференциальные манометры.
Барометры предназначаются для измерения атмосферного давления, манометры избыточных давлений, дифманометры - перепада давлений.
Все приборы для измерения давления, независимо от его вида, можно разделить по принципу действия на жидкостные, пружинные, грузовые, электрические и прочие.
По назначению манометры делят на манометры масла, бензина или другого жидкого топлива, воды, пара, воздуха, кислорода, ацетилена и т.д.
Жидкостные манометры
Среди большого разнообразия приборов, применяемых для измерения давления, простейшими и вместе с тем самыми точными являются U-образные жидкостные манометры. Верхним пределом разности давлений (Р1-Р2) измеряемой U-образными манометрами с визуальным отсчетом показаний считается величина 1,96-105 Н/м (2 кг/см2). Эта величина определяется прочностью стеклянных трубок, условиями получения герметичности в соединениях стекла с металлом или резиной. Основным недостатком U-образных манометров является необходимость снятия при каждом замере двух отсчетов. Этот недостаток частично устранен в чашечном манометре, состоящем из сосудов разного диаметра. Измеряемое давление подается к широкому сосуду, а тонкая трубка сообщается с атмосферой. Приэтом перемещение столбца жидкости в трубке оказывается существенно большим, нежели в широком сосуде, в результате чего последним можно пренебречь.
Пружинные манометры.
Работа пружинных приборов основана на уравновешивании давления среды силами, возникающими при упругой деформации специальных элементов. Пружинные манометры и вакуумметры отличаются простотой устройства, надежностью действия, широким измерительным диапазоном и достаточно высокой точностью. Пружинные приборы давления можно классифицировать по виду пружины, преобразующей давление или усилие в перемещение. По этому признаку можно разделить пружинные приборы давления на следующие группы:
1. Приборы с трубчатой манометрической пружиной.
2. Мембранные приборы, в которых преобразование давления в перемещение осуществляется упругой мембраной, анероидной или анометрической мембранной коробкой, блоком анероидных или манометрических коробок.
3. Сильфонные приборы, где упомянутое преобразование осуществляется сильфоном.
4. Приборы, в которых импульсное давление преобразуется в усилие, действующее на стержневую пружину того или иного типа. Из числа распространенных приборов к этой группе относятся:
а) пружинно-поршневые;
б) пружинно-мембранные приборы с гибкой мембраной;
в) пружинно-колокольные,
г) пружинно-сильфонные приборы.
В одновитковых и многовитковых пружинных манометрах измеряемое давление подается во внутреннюю полость пружины. Один конец пружины, соединенный с ниппелем, неподвижен, а другой, запаянный - свободен и соединен с показывающей системой. Пружины изготавливаются из латуни и других медных сплавов, а для высоких давлений - из стали. Поперечное сечение пружины представляет собой эллипс, большая ось которого "а" перпендикулярна к плоскости витка пружины. При повышении давления поперечное сечение пружины "округляется" и при этом малая ось "b" эллипса увеличивается, а угол закручивания пружины α уменьшается. Изменения этих величин прямо-пропорциональны друг другу, таким образом, изменение угла закручивания пружины пропорционально начальному значению угла и деформации малой оси сечения трубки.
Шкала пружинного манометра равномерная, так как пружина работает в зоне пропорциональности между напряжением и деформацией. Перемещение свободного конца одновитковой пружины невелико (менее 5-8 мм), поэтому для увеличения угла поворота стрелки манометра применяют передаточные механизмы - рычажный или зубчатый (секторный).
Манометры с одновитковой пружиной изготавливаются образцовые, контрольные и технические; классы точности от 0,2 до 4. Их помещают в корпусах диаметром 60, 80, 100, 150, 200 и 500 мм. Пределы измерения от 1 до 10000 кг/см2. На базе одновитковых пружинных манометров выпускаются вакуумметры и мановакуумметры.
Многовитковая трубчатая пружина представляет собой последовательное соединение 6-9 одновитковых пружин, благодаря чему она имеет сравнительно большое перемещение свободного конца и развивает значительное усилие. В связи с этим многовитковые пружины широко применяются в самопишущих манометрах.
В лабораторных манометрах упругим элементом является упругая металлическая мембрана, мягкая мембрана (например, резиновая) с дополнительной пружиной. Мембранные манометры применяются для измерения давлений агрессивных и вязких сред; в этом случае упругая мембрана защищается прокладкой.
Недостатками мембранных манометров являются малая чувствительность системы, трудность регулировки, изменение характеристик во времени из-за "усталости" мембраны.
Гармоникообразная мембрана обладает высокой чувствительностью, в связи с чем она широко применяется в технических приборах (сильфонные манометры типа МС, вторичные приборы в пневматической агрегатной системе АУС). Сильфонные манометры типа МС применяются для измерений давлений до 5 кг/см2, класс точности 1,5 для манометров и 2,5 для вакуумметров и мановакуумметров.
Принцип действия поршневых манометров основан на уравновешивании измеряемого давления калиброванным грузом. Они применяются для измерения высоких давлений (до 10000 кг/см2 и в качестве образцовых и контрольных приборов, классы точности приборов 0,02; 0,05; 0,2. Применение поршневых манометров для технических измерений крайне ограничено.