Главная страница
Навигация по странице:

  • 1.1. Классификация приборов

  • Таблица 1 Пределы измерения приборов давления

  • 1.2. Преимущества и недостатки жидкостных приборов

  • 1.2.1 Жидкостные приборы для измерения давления.

  • 1.2.3. Обратный пьезометр

  • 1.2.4. Чашечные (однотрубные) мановакууметры.

  • 1.2.6. Двухтрубные жидкостные манометры ( U – образные манометры) и дифманометры

  • 1.2.10 Колокольный дифманометр- расходомер

  • 1.2.12. Дифференциальный пьезометр

  • 1.2.13. Правила пользования жидкостными приборами

  • Деформационные манометры и дифманометры

  • Чувствительные элементы деформационных манометров

  • Трубчато-пружинные показывающие манометры, вакуумметры и мановакуумметры

  • Мембранные манометры и дифманометры

  • Пьезоэлектрические манометры

  • Манометры с тензопреобразователями

  • Грузопоршневые манометры

  • Грузопоршневой манометр МП-60

  • Лаб.1(гидр). Общие сведения о приборах для измерения давления


    Скачать 5.46 Mb.
    НазваниеОбщие сведения о приборах для измерения давления
    АнкорЛаб.1(гидр).doc
    Дата14.10.2017
    Размер5.46 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаЛаб.1(гидр).doc
    ТипДокументы
    #5296

    ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИБОРАХ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ
    Давление относится к числу наиболее часто измеряемых в тех­нике величин. Контроль за протеканием технологических процессов во многих отраслях науки и техники связан о измерением давления или разности (перепада) давлений, величины напора жидкости.

    Требования, предъявляемые современной наукой и техникой к приборам для измерения давлений, многообразны: растет диапазон измеряемых величин, повышаются требования к точности измерений, усложняются условия применения приборов. Так, в вакуумной техни­ке измеряют давления, соответствующие гидростатическому напору порядка миллионных. долей миллиметра ртутного столба, а в технике высоких давлений - порядка десяткой и сотней гигапаскалей., Создаются приборы, способные работать в агрессивных средах, изме­ряющие давления в быстроменяющихся и пульсационных процессах с частотой в десятки мегагерц с автоматической регистрацией изме­ряемых величин.

    В системе СИ единицей измерения давления является Паскаль (Па), равный давлению, создаваемому силой в I Ньютон, действующей на площадь в 1 квадратный метр (Н/м2). На шкале некоторых измерительных приборов, попущенных до 1980 года, использованы внесистемные единицы измерения давления. Перевод их в систему СИ можно осуществить следующим образом:

    1Па = 1Н/м2 = 1,0197*10-5 кгс/см2 = 0,10197 мм.вод.ст. = 7,5006*10-3 мм.рт.ст = 10-5 Бар = 0,9869*10-5 атм

    1.1. Классификация приборов

    Приборы для измерения давления можно условно классифицировать по следующим признакам:

    1. 1.      По роду (характеру) измеряемой величины.

    2. 2.      По принципу действия.

    3. 3.      По классу точности.

     

    1. По роду измеряемой величины (атмосферное, абсолютное, избыточное давление, вакуум или перепад давлений) приборы разделяют на группы:

    1) приборы для измерения атмосферного давления Рат – барометры;

     

    2) приборы для измерения разности абсолютного и атмосферного давлений, т.е. избыточного давления Ризб. и вакуума Рв. Приборы, измеряющие избыточное давление, называют манометрами, приборы, измеряющие вакуум – вакуумметрами. Приборы, которыми можно измерять избыточное давление и вакуум называют мановакуумметрами;

     

    3) приборы для измерения абсолютного давления Р – манометры абсолютного давления. Абсолютное давление можно измерять с помощью барометра и манометра, если измеряемое давление больше атмосферного (Р = Рат. + Ризб.), а также барометра и вакууметра, если измеряемое давление меньше атмосферного (Р = Рат. - Рв). Манометры абсолютного давления обычно применяют для измерения малых абсолютных давлений;

     

    4) приборы для измерения разности давлений – дифференциальные манометры;

     

    5) приборы для измерения малого избыточного давления и вакуума – микроманометры.

     

    1. По принципу действия различают приборы жидкостные, деформационные (пружинные), грузопоршневые, электрические, ионизационные, тепловые и комбинированные (электромеханические).

    Под принципом действия подразумевается принцип, используемый для преобразования силового воздействия давления на чувствительный элемент и показания или пропорциональные изменения другой физической величины, например, силы тока, электрического сопротивления, индуктивности.

    1. Приборам для измерения давления установлены следующие классы точности: 0,005; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,4; 1,0; 2,0; 2,5; 4,0; 6,0.

    Приборы классов точности 0,5 – 6,0 используются как рабочие.

    Основными характеристиками приборов, измеряющих давление, являются класс точности, диапазон измеряемых давлений, чувствительность, быстродействие и линейность (т.е. линейная зависимость между измеряемой величиной и показанием прибора).

    Класс точности прибора – число, выражающее максимальное значение допустимой абсолютной погрешности в процентах от предельного значения шкалы.

    Кроме того, все механические приборы можно разделить на технические и образцовые. Образцовые приборы непосредственно сверяются с эталонными и используются, главным образом, для целей поверки.

     

    Таблица 1

    Пределы измерения приборов давления

     

    Прибор

    Ед. изм.

    Предел измерений

    нижний

    верхний

    1. Манометры

    МПа

    0

    (0,6; 1; 1,6; 2,5; 4) 10n

    n = -1; 0; 1; 2; 3

    2. Вакууметры

    МПа

    - 0,06; -1

    0

    3. Мановакууметры

    МПа

    - 0,1

    0,06; 0,015; 0,3; 0,5; 0,9; 1,5; 2,4

    4. Манометры абсолютного давления

    кПа

     

    МПа

    0

     

    0

    6; 10; 16; 25; 40

     

    (2,5; 4; 6; 10; 16; 15) х 10n

    n = -2; -1

    5. Напоромеры, дифманометры - напоромеры

    кПа

     

    0

    (1,6; 2,5; 4; 6; 10; 25; 40) х 10n

    n = -1; 0

    6. Тягомеры, дифманометры - тягомеры

    кПа

     

    -(1,6; 2,5; 4; 6; 10; 16; 25; 40) х 10n

    n = -1; 0

    0

    7. Тягонапоромеры, дифманометры - тягонапоромеры

    кПа

    -(0,8; 1,25; 2; 3; 5; 8; 12,5; 20) х 10n

    n = -1; 0

    (0,8; 1,25; 2; 3; 5; 8; 12,5; 20) х 10n

    n = -1; 0

    8. Дифманометры -расходомеры

    кПа

    0

    (1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10; 16; 25)

     

    Примечания: 1. Манометры, предназначенные для измерения давления или разрежения в диапазоне до 40 кПа, называются напоромерами и тягомерами. Тягонапоромеры имеют двухстороннюю шкалу с пределами измерения до 20 кПа.

    2. Шкала дифманометра – расходомера проградуирована в единицах расхода среды (пара, воды), так как между расходом и перепадом давления в сужающем устройстве (сопло)существует определенная квадратичная зависимость.

     

    1.2. Преимущества и недостатки жидкостных приборов

     

    К основным преимуществам жидкостных приборов для измерения давления относится простота устройства при высокой точности измерений. Погрешности измерений в этих приборах могут вызываться неточностями шкал, ошибками в величинах плотностей и ошибками при отсчетах высот столбов жидкостей. Ошибки шкал и ошибки в плотностях незначительны по сравнению с ошибками в отсчетах высот, поэтому полагают, что практически точность измерения давления жидкостными приборами зависит от точности измерения высот.

    Пример: при отсчете высоты от постоянного нуля по миллиметровой шкале невооруженным глазом абсолютная максимальная ошибка наблюдателя не превышает 0,5 мм. Если для измерения высоты снимаются два отсчета, то ошибка увеличивается до 1 мм.

    Чем больше измеряемое давление, тем меньше относительная погрешность. Для увеличения точности отсчетов приборы снабжают нониусами и оптическими специальными приспособлениями. Для увеличения точности при измерении малых давлений (до 500 Па) в газах в качестве рабочих жидкостей применяют жидкости с малой плотностью (спирт). Для этой цели используют микроманометры с наклонной трубкой и шкалой. Точность прибора возрастает с уменьшением угла наклона трубки, так как при этом увеличивается длина столба жидкости в приборе при той же высоте, соответствующей данному давлению. Диапазон измерения давлений микроманометрами составляет 25 – 150 Па.

    К основным недостаткам жидкостных приборов для измерения давления относится узость диапазона измеряемых давлений, не превышающих 0,4 МПа для ртутных манометров. При больших давлениях приборы становятся слишком громоздкими. Недостатками являются также хрупкость стеклянных трубок и необходимость в ряде случаев пользоваться ртутью, пары которой ядовиты.

    Ртутные приборы снабжают ртутоуловителями. Эти приборы благодаря простоте устройства, стабильности показаний, высокой точности измерений все еще широко применяются в практике. Используются они и как образцовые для градуировок шкал и поверок других приборов.

     

    1.2.1 Жидкостные приборы для измерения давления.

     

    Исторически первыми, используемыми для измерения давления, были жидкостные приборы, в основу которых положен принцип уравновешивания измеряемого давления или разности давлений гидростатическим давлением столба жидкости в приборе. Величина измеряемого давления определяется из основного уравнения гидростатики:

    Раабс = Р0 +gh, (1.1)

     

    где Раабс – абсолютное давление в точке А; Р0- внешнее давление (над свободной поверхностью);hвысота столба жидкости с плотностью (между уровнями т. А и свободной поверхностью).

    Если точка А и свободная поверхность разделены несколькими столбами (слоями) жидкости с различными плотностями, то абсолютное давление находится суммированием давлений всех iстолбов жидкости с внешним давлением



    (1.2)

    1.2.2. Пьезометр

    Пьезометр (рис. 1.1.) применяется для измерения превышения давления над атмосферным, т.е. избыточного (манометрического) давления. Пьезометр представляет собой открытую прозрачную (стеклянную) трубку с измерительной шкалой, которая подключается к сосуду в точке, расположенной на одном уровне с точкой искомого давления. Уровень жидкости в пьезометре определяет величину гидростатического напора (h + h1) (или пьезометрическую высоту):

     

    откуда (1.3)

    где h1 – поправка на положение прибора, определяемая глубиной точки А от нулевого уровня шкалы прибора.

    При определении давления пьезометром вводится поправка на капиллярность мм, если трубка имеет малый диаметр (обычно d5 мм), и поправка на температурное расширение (изменение плотности) жидкости.

    Погрешности при измерении связаны обычно с неточным определением плотности, неточностью установки и градуирования шкалы и визуальным снятием показаний.


    Рис. 1.1. Пьезометр:

    1 – открытая трубка; 2 – сосуд (трубопровод) под давлением; 3 – место измерения давления в произвольно выбранной т. А; 4 – кран для удаления воздуха из трубки; 5 – кран для отключения прибора.

     

    1.2.3. Обратный пьезометр

     

    Вакуум в закрытом сосуде можно измерить с помощью обратного пьезометра (рис. 1.2.), представляющего собой стеклянную трубку, опущенную в открытую емкость с жидкостью. Второй конец трубки присоединен к сосуду. Трубка снабжена шкалой. Жидкость в пьезометрической трубке поднимается на некоторую высоту (ваккуметрическую) hвак. Уравнение равновесия записывается в виде

    (1.4)

    откуда



    Обратным пьезометром можно также определить избыточное или манометрическое давление в закрытом сосуде (рис. 1.3.)

     

    (1.5)


     

    Рис. 1.2. Обратный пьезометр при измерении вакуума:

    1- пьезометрическая трубка;

    2 – сосуд с вакуумом;

    3 – кран для отключения прибора;

    4 – емкость с жидкостью.

     

    Рис. 1.3. Обратный пьезометр при измерении избыточного давления:

    1 - пьезометрическая трубка;

    2 – сосуд с избыточным давлением;

    3 – кран для отключения прибора;

    4 – емкость с жидкостью.

     

     

    В качестве рабочей жидкости в обратном пьезометре используется вода, ртуть, трансформаторное масло и т.д.

    Диапазон измерения определяется только плотностью жидкости и длиной пьезометрической трубки.

     

    1.2.4. Чашечные (однотрубные) мановакууметры.

     

    Близки по конструкции к обратному пьезометру чашечные однотрубные мановакууметры (рис. 1.4.). На рис. 1.4а показано применение мановакууметра для измерения избыточного давления, а на рис. 1.4б – вакуума.

    Объем жидкости, вытесненной из чашки, равен объему жидкости, поступившей в измерительную трубку

     

    или (1.6)

    где f и F – площади поперечного сечения измерительной трубки и чашки. Если f<<F ,то h1<<h2.

     

    Рис. 1.4. Чашечный мановакууметр при измерении избыточного давления (а) и вакуума (б):

    1 – чашка; 2 – трубка измерительная; 3 – шкала на основании.

     

    Если 400, то изменением уровня в чашке пренебрегают и при измерении учитывается только изменение уровня в измерительной трубке.

    Предел измерения прибором с чашкой, заполненной водой, поставляет 160 кПа.

     

    1.2.5. Микроманометры

     

    Для измерения давления и его разности до 3 кПа используются микроманометры, являющиеся однотрубными (чашечными) манометрами со шкалами повышенной точности, заполняемые рабочей жидкостью с относительно малым удельным весом (например, спиртом). На рис. 1.5. показан микроманометр ЛТА = 4 с наклонными измерительной трубкой и шкалой.

    Из условия равенства объемов рабочей жидкости в сосуде 2 и трубке 1 имеем

    (1.7)

    где h1 – изменение уровня в широком сосуде; f и F – соответственно площади поперечного сечения трубки и сосуда, а n – длина столба жидкости в трубке.

    Так как

    (1.8)

    то

    (1.9)



    Рис. 1.5. Наклонный микроманометр

    1- измерительная трубка;

    2 – чашка;

    3 – шкала с кронштейном;

    4 – сектор с фиксированными положениями

    К = 0,25; 0,5; 0,8; 1,0.

     

    Рис. 1.6. Схема измерения избыточного давления (а) и вакуума (б) наклонным микроманометром.

     

     

    где - угол наклона трубки к горизонту, определяемой положением кронштейна с трубкой на секторе. Изменение h1 мы не наблюдаем визуально и не вычисляем, причем h1<< h2

    Схема работы с наклонным микроманометром при измерении избыточного давления показана на рис. 1.6а, вакуума - 1.6б.

    Если 400, то с достаточной точностью Этой разности давлений соответствует гидростатический напор в единицах водяного столба

    (1.10)

    Значение коэффициента, , соотвествующее определенным углам установки наклонной шкалы, иногда указывается на кронштейне прибора, наряду с плотностью рабочей жидкости в приборе. Наклоняя трубку, мы искусственно растягиваем шкалу и за счет этого повышаем точность измерения. Такой прибор служит для измерения в какой - либо точке воздушного потока одновременно трех давлений: полного, статического и динамического. Для этого в нем применяется три измерительных трубки, закрепленные на одной плоскости с тремя шкалами.

    1.2.6. Двухтрубные жидкостные манометры ( U – образные манометры) и дифманометры

     

    В двухтрубных жидкостных манометрах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равновесии давлений над ними, а при

     

    Рис. 1.7. U – образный манометр:

    1,2 – стеклянные трубки;

    3 – деревянное основание;

    4 – шкала на пластине.

    неравенстве занимает такое положение, в котором избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом.

    В группе жидкостных дифманометров уровень рабочей жидкости непосредственно не наблюдается. Изменение уровня вызывает изменение характеристик другого устройства, обеспечивающее непосредственное показание измеренной величины с помощью отсчетного устройства или преобразования и передачу его значения на расстоянии.

    Схема U – образного манометра показана на рис. 1.7.

    В трубке 1 – измеряемое давление, трубка 2 сообщается с атмосферой

    При измерении разности давлений к обеим трубкам подаются измеряемые давления. Столб жидкости высотой уравновешивает разность давлений. В качестве рабочих жидкостей, чувствительных элементов, используется вода, ртуть, спирт, трансформаторное масло. Диаметр трубок выбирается обычно 8-10 мм для уменьшения влияния капиллярных сил. При наполнении манометра ртутью измеряемой средой могут быть вода, неагрессивные жидкости и газы. Если плотность среды над рабочей жидкостью cоизмерима с плотностью последней, то перепад давлений определяется как

    (1.11)





     

    Рис. 1.8. Схемы применения U – образных манометров (а,б) и дифманометров (в,г):

    а,б – при измерении избыточного давления и вакуума в газе, соответственно;

    в,г - при измерении перепада давлений в потоках газа и жидкости.

     

    Схемы использования U – образных манометров в качестве мановакууметров и дифференциального манометра при измерении, например, перепада давлений на шайбе расходомерного устройства показаны на рис. 1.8.

    1.2.7. Барометры

    Барометры применяются для измерения атмосферного давления. В качестве рабочей жидкости обычно используются ртуть. При вертикальном положении шкалы барометра расчетное соотношение для определения атмосферного давления по показанию прибора имеет вид


    (1.12)

    Где - давление насыщенных паров ртути в трубке; - поправка на капиллярность; - поправка на опускание ртути в чашке; h- высота подъема ртути в трубке; D- диаметр чашки; d- диаметр трубки.

    Шкала барометра обычно градуирована в единицах давления с учетом поправок . Первая поправка учитывается смещением нуля шкалы выше относительно уровня в чашке на , вторая- изменением масштаба шкалы, а именно, увеличением цены ее деления в раза. Барометры обычно снабжают термометрами.

    Погрешности барометра:

    1.       Основная – из-за неточности градуировки шкалы поправка на нее определяется по таблице проверочного свидетельства прибора;

    1.       Дополнительная – из-за несовпадения температуры tпри измерениях с температурой t, при которой градуировалась шкала. Поправка учитывает изменение плотности ртути и длины шкалы прибора и равна

     



     

    Где В – показания прибора; - линейный коэффициент расширения шкалы; - разность температур при отсчете показаний прибора и при градуировке шкалы;- коэффициент теплового расширения ртути;

    1.       Дополнительная из-за различия в географическом положении места измерения и места градуировки шкалы. Она компенсируется поправкой, учитывающей изменение высоты столбика ртути в результате изменения ускорения свободного падения при изменении географической ширины и равна



    где g и g1 - ускорение свободного падения в месте градуировки шкалы и в месте измерения.

    1.2.10 Колокольный дифманометр- расходомер

    Колокольный дифманометр устроен следующим образом. К чашке 1 присоединена трубка 4 для подачи газовой среды. В чашке находится «Замыкающая жидкость» 3 (ртуть). В жидкости плавает колокол 2. Под колокол подается давление Р1 через трубку 4. С внешней стороны колокола существует давление Р2.

    Этот прибор применяется только для измерения разности давлений двух газовых сред с рабочим избыточным давлением до 0,25 МПа, а также как расходомер.

    Разность уровней так называемой «замыкающей» жидкости плотностью , вызываемая перепадом давлений Р12 , определяется по высоте положения колокола. В таком дифманометре изменение перепада давлений уравновешивается гидростатически за счет изменения глубины погружения колокола, определяемого формулой:



     

    где F иf – площади днища и сечения стенок колокола. Из уравнений перемещения колокола можно сделать вывод, что и что размер Ф не влияет на показания. Такой дифманометр не имеет отсчетных устройств и работает в комплекте со вторичными приборами, с передачей показаний к ним с помощью электрических и пневматических телеметрических систем. Номинальный перепад давлений находится в интервале от 40 Па до 1 кПа. Для расходомера номинальные перепады давления находятся в интервале от 100 Па до 1000 Па. Класс точности прибора с перепадом давления 250 Па и более составляет 1,0 и 1,5.



    Рис. 1.12 Колокольный дифманометр:

    1 – чашка; 2- колокол; 3- замыкающая жидкость плотностью ; 4-трубка для подачи газовой среды.

     

    1.2.12. Дифференциальный пьезометр

     

    Дифференциальный пьезометр (рис. 1.14) применяется для измерения гидростатических напоров (или пьезометрических высот) в двух различных герметически закрытых сосудах или измерения разности двух избыточных (манометрических) давлений.

    Прибор представляет собой две стеклянные трубки 1 и 2, присоединенные нижними концами к местам замера давлений.



    1- кольцевая трубка; 2- противовес; 3- перегородка; 4- опора; 5,6- камеры для подведения газовых сред; 7- замыкающая жидкость. 

    1,2- стеклянные трубки; 3- колодка; 4- канал в колодке; 5,6- трехходовые краны для удаления воздуха из жидкости и отключения прибора , 7- вентиль воздушной
    линии.


    Верхние концы трубок укреплены в колодке 3 с каналом 4, с помощью которого трубки соединяются. Канал 4 соединяется через вентиль 7 с воздушной линией, из которой в трубки проводится воздух под давлением, причем

    Р < P1 и Р < P2

    Воздух подводится к прибору для того, чтобы понизить уровень жидкости в трубках до приемлемой высоты, обычно ограниченной высотой помещения, в котором находится прибор.



    или



    где h – показание прибора (разность уровней жидкости в пьезометрах); (Z1Z2) – разность высот уровней мерных точек.

    Если Z1=Z2, то

    или



    Из этой формулы видно, что показание h прибора не зависит от давления Р воздуха.

     

    1.2.13. Правила пользования жидкостными приборами

    1. Наблюдение за показаниями прибора не должно быть затруднено. Это зависит от места установки прибора.

    2. Прибор устанавливается вертикально и заполняется рабочей жидкостью до нуля шкалы.

    3. Отверстие для присоединения прибора должно быть диаметром 0,5 – 2,0 мм, его ось должна быть перпендикулярна к стенке сосуда; отверстие по краям не должно иметь заусенец.

    4. Перед измерением манометры и дифманометры проливают (удаляют воздух из жидкости, заполняющей прибор и трубки). Для этого на трубках приборов предусмотрены вентили и трехходовые краны.

    При изменении вакуума соединительная линия вакуумметра заполняется предварительно воздухом.

    1. В результате измерения вносят поправки на систематические погрешности из-за капиллярности, понижения уровня в чашке, температурных изменений и изменений ускорения свободного падения в зависимости от географической широты местности.

    Ошибка из-за капиллярности уменьшается при использовании трубок d= 10 –15 мм для воды и 5 – 9 мм для ртути.

    Ошибка из-за опускания уровня в чашке уменьшается, если использовать чашки больших диаметров.

    Градуировку и поверку приборов производят при температуре 20 5 оС.

    Поправки на изменение g при изменении географической высоты местонахождения прибора, а также поправка на изменение длины шкалы и плотности рабочей жидкости от t окружающей среды вносят при значительных изменениях этих величин.

    Деформационные манометры и дифманометры
    В этих приборах используется зависимость деформации чувст­вительного элемента (или развиваемой им силы) от измеряемого давления.

    Деформация (или силе), пропорциональная давлению р преобразуется в показания или соответствующие изменения выходно­го сигнала.

    Приборы этого класса делятся на трубчато-пружинные, сильфонные, мембранные.

    Пружинные приборы имеют ряд преимуществ, важнейшими из ко­торых являются простота применения, портативность, простота ус­тройства, универсальность, а главное, огромный диапазон измерения измеряемых давлений (от паскалей до десятков гигапаскалей).

    Рабочий диапазон на статической (упругой) характеристике чувствительного элемента, связывающий перемещение рабочей точки с давлением, выбирается в области упругих деформаций. Упругие свойства таких элементов характеризуются коэффициентом жесткости по силе:



    где F -сила; h - перемещение рабочей точки; S - площадь эле­мента.
    Чувствительные элементы деформационных манометров
    К упругим чувствительным элементам приборов относятся: трубчатые пружины, сильфоны, плоские и гофрированные, мембраны, мембранные коробки, вялые мембраны с жестким центром (рис, 1.15).

    Трубчатая пружина представляет собой согнутую по дуге окружности трубку, имеющую в сечении овальную форму (рис.1.15а), причем большая ось овала нормальна плоскости оси трубки. Один из концов трубки запаян, а измеряемое давление передается внутрь трубки через второй открытый ее конец. Под действием давления овальное сечение трубки деформируется: большая ось овала умень­шается, а малая увеличивается. При такой деформации каждого се­чения длина внешних волокон АВ материала трубки увеличивается, а внутренних СD - уменьшается: возникают напряжения (на волок­нах AB - растягивающие, на СD - сжимающие), которые приводят к появлению момента М , разгибающего трубку.

    Сильфон - это тонкостенная трубка с поперечными кольцевыми гофрами на боковой стенке, (рис,1.156). Его жесткость зависит от материала, наружного и внутреннего диаметров, толщины стенки . заготовки, радиуса закругления гофр r , угла их уплотнения, числа гофр.

    Мембраны (см.рис. 1.15 в, г, д, е) бывают плоскими и гофриро­ванными. Под действием разности давлений центр мембраны (рабочая точка) перемещается. Рабочая точка чувствительного элемента связана со стрелкой прибора при помощи передаточного механизма. Точка перемещается пропорционально измеряемому давлению р.



    У плоской мембраны рабочая течка перемещается не пропорционально измеряемому давлению. В этом случае говорят, что мембрана имеет нелинейную характеристику. Такую мембрану из-за малых перемещений рабочей точки применяют для преобразования давления в силу или поверхностные деформации (тензопреобразователи).

    Для улучшения статической характеристики используют гофри­рованные мембраны и мембранные коробки. Профили мембран могут быть пильчатыми, трапецеидальными и синусоидальными.

    Жесткость коробки вдвое ниже жесткости каждой из мембран. В гифманометрах используются мембранные блоки, включающие две короб­ки и более.

    В напорометрах и тягомерах применяются так называемые вялые мембраны, изготовленные из бензомаслостойких прорезиненных тканей. В центре мембраны крепятся металлические пластины, в одну из которых упирается винтовая пружина. Таким образом жесткость мембраны, а значит ее чувствительность, можно изменять. Чем меньше жесткость, тем больше чувствительность элемента.

    Упругие свойства материалов чувствительных элементов зави­сят от температуры. Это определяет необходимость защиты прибо­ров от воздействия высоких температур измеряемой среды, С тече­нием времени у упругих чувствительных элементов накапливаются пластические деформации и уменьшаются упругие. Все это приводит к снижению крутизны статической характеристики прибора и ее сме­щению, а следовательно, к увеличению погрешности измерения.
    Трубчато-пружинные показывающие манометры, вакуумметры и мановакуумметры

    Прибор предназначен для измерения избыточного (манометричес­кого) давления в жидких и газовых средах, а также вакуума в га­зовых средах. Применяются такие приборы при испытаниях на прочность и плотность трубопроводов и теплосетей, при эксплуатации насосных установок, в элеваторных узлах жилых, административ­ных и промышленных зданий, при эксплуатации компрессор­ных установок и на теплоэлектростанциях, при эксплуатации емкостей с газом , в гидро­приводе машин и механизмов и т.д.



    Штуцер с резьбой 8 для присоединения прибора к мес­ту измерения выполнен как одно целое с держателем 2. Внутри штуцера и держателя имеется канал, который сообщается с внутренней полостью трубки 1. Под действием избыточного давления или вакуума конец пружину I перемещается. Поводок 4, при­крепленный к пружине, тянет (или толкает) зубчатый сектор 5. Сектор поворачивается и перемещает шестерню 6 со стрелкой 7 на угол φ. Трубчато-пружинные показывающие манометры выпускают­ся с верхним пределом измерения от 0,1 МПа до 103 МПа.

    Пружинные вакуумметры имеют диапазон измерения 0,1 – 0 МПа, а мановакуумметры при нижнем пределе измерения 0,1 МПа имеют верхний предел измерения по избыточному давлению от 0,1 до 2,4 МПа. Образцовые доказывающие пружинные манометры имеют класс точ­ности 1,5; 2,5 и 4, а рабочие манометры повышенной точности -0,6 и 1. Эти приборы обладают портативностью, универсальностью, простотой устройства и применения. Основной их недостаток - не­стабильность показаний из-за постепенного изменения упругих свойств пружины, возникновения остаточной деформации в ней и износа пере­даточного механизма. Эти приборы необходимо периодически прове­рять, чтобы подтвердить класс точности или определить поправки, компенсирующие систематические погрешности приборов.
    Мембранные манометры и дифманометры
    Мембранные упругие чувствительные элементы используются в приборах для измерения напора и разрежения. К этим приборам отно­сятся профильный напоромер типа НМП и дифманометр типа ДМ со встро­енным дифференциально-трансформаторным преобразователем.

    В теплофизических испытаниях манометры с мембранными чувствительными элементами используются для измерения быстрых изме­рений давления и его пульсаций. При высокой жесткости мембраны и малом диаметре частоты ее собственных колебаний достигают 10 -16 кГц и выше, а полоса пропускания манометров 2-4 кГц. Переме­щения мембраны обычно преобразовываются в электрический сигнал.

    Диапазон измерения приборов достигает 25 кПа, при классе точности 1,6 и 2,5.

    Прибор также предназначен для измерения быстрых изменений давления и его пульсаций в теплофизических испытаниях.

    На рис. 1,25 показана схема мембранного дифманометра ДМ.



    В корпус дифманометра встроен трансформаторный преобразова­тель1.Чувствительным элементом служит мембранный блок, верхняя мембранная коробка 2 которого находится в минусовой камере, куда поступает меньшее из измеряемых давлений. Нижняя мембранная короб­ка 3 находится в плюсовой камере дифманометра, Через трубку 4 внутренние полости мембранных коробок 2 к 3, заполненные кремний-органической жидкостью, сообщаются. Под действием разности давлений нижняя мембранная коробка 3 сжимается и часть жидкости перетекает в мембранную коробку 2, вызывая ее деформацию и перемещение сердечника 5. Последний находится внутри разделительной трубки б, выполненной, как и стержень 7, из немагнитного материала. Снару­жи трубки б находится катушка дифференциально-трансформаторного преобразователя 1.

    Пьезоэлектрические манометры
    Принцип действия манометров этого типа основан на пьезо­электрическом эффекте, сущность которого состоит в возникновении электрических зарядов на поверхности сжатой кварцевой пластины, которая вырезается пер­пендикулярно электричес­кой оси кристаллов кварца.

    Манометр используется при испытаний двигате­лей , на технологических объектах, характеризуе­мых высокочастотными изменениями давления, для измерения давления высокотемпературных сред. Для измерения статичес­ких давлений такой прибор не используется.



    Измеряемое давление с помощью мембраны I преобразуется в усилие, сжимающее кварцевые пластины 2. Электри­ческий заряд Q, который возникает на металлизированных плос­костях 3 под действием усилия F со стороны мембраны 1, опреде­ляется выражением



    где р -давление, действующее на металлическую мембрану 1 с эффективной площадью S; k - пьезоэлектрическая постоянная, кЛ/Н. Напряжение на входе усилителя, подключенного к выходу пьезо-преобразователя, определяется общей емкостью измерительной цепи С:



    Кварц является механически прочным сегнетоэлектриком, име­ет высокую жесткость. Эти качества исключают влияние упругой ха­рактеристики мембраны 1 на коэффициент передачи пьезоэлектричес­кого преобразователя.

    Пьезоэлектрическая постоянная кварца составляет около 2*10-12 кЛ/Н и обладает стабильностью и слабой зависимостью от температуры. Это позволяет использовать манометр для измерения давления высокотемпературных сред. Из-за утечки заряда прибор дял намерение статических давлений р используется.

    Для повышения чувствительности несколько кварцевых пластин включаются параллельно. Верхний предел измерения давления у этого прибора достигает 100 МПа.

    Манометры с тензопреобразователями
    Действие измерительных тензопреобразователей основано на изменении электрического сопротивления чувствительного элемента например, проволоки или ленты из тензочувствительного материала при его деформации.

    Тензопреобразователи могут быть использованы для дистанцион­ного измерения давления, если их механически соединить с манометрической пружиной или мембраной, которые деформируются подавлением среды.

    К Тензочувствительным материалам относятся сплавы меди и ни­келя, никеля и хрома, константам и др. Основными требованиями для них являются стабильность характеристик, малый температурный коэффициент электрического сопротивления, высокая чувствительность.



    Тензопреобразователь наклеивается на деформируемый элемент (мембрану), при деформации которого изменяются размеры и элект­рическое сопротивление проволоки, причем это изменение зависит от степени деформации. Изменение сопротивления измеряется обычно мостовой схемой. Для уменьшения влияния температуры на показания давления применя­ются специальные схемы термокомпенсации.



    Выпускаются также полупроводниковые тензопреобразователи типа "Кристалл", приборы давления "Сапфир – 22"; в которых для преобразования силово­го воздействия давления в электрический сигнал использу­ется сапфировая мембрана с напыленными кремниевыми тензорезисторами.

    Элементы измерительной схемы и усилитель находятся в бло­ке 3

    При деформации мембраны в соответствии с эпюрой напряжений на рисунке


    касательные напряжения имеют постоянный знак тогда как радиальные его меняют. Поэтому у радиально размещенных тензорезисторов вблизи края мембраны с ростом давления сопротивление снижается, а у касательно размещенных увеличи­вается.

    По изменению сопротивления и тарировочному графику определяют изменение величины давления.

    Приборы выпускаются в нескольких модификациях, предназначенных для измерения избыточного давления (ДИ), вакуума (ДВ), избыточного давления и вакуума (ДШ), абсолютного давления (Щ), раз­ности давлений (ДЦ), гидростатического давления (ДГ).

    Достоинством преобразователя является то, что в нем используются небольшие деформации чувствительных элементов. Это повышает стабильность характеристик, обеспечивает виброустойчивость, и надежность преобразователей. Погрешность приборов может быть снижена до 0,1%.

    Грузопоршневые манометры

    В грузопоршневых манометрах измеряемое давление уравновеши­вается силой тяжести неуплотненного поршня с грузами. Манометры используются в качестве образцовых средств воспроизведения еди­ницы давления в диапазоне от 10-1 до 1013 Па, а также для точных измерений давления в лабораторной практике. Эти приборы являются приборами высокой точности (классы от 0,005 до 0,2). С помощью таких приборов возможно выполнять поверку других приборов для измерения давления. В последние годы разработаны грузопоршневые приборы для измерения небольших давлений и вакуума, а также для измерения разности давлений и атмосферного давления.

    Для расширения диапазона давлений, измеряемых грузопоршневыми манометрами, используются поршни дифференциальные, разгружен­ные, косвенного нагружения с мультипликаторами.

    Низкая погрешность воспроизведения и измерения давления с помощью грузопоршевых манометров определяется в соответствии с высокой точностью задания массы грузов, площади сечения поршня и ускорения свободного падения.
    Грузопоршневой манометр МП-60
    Грузопоршневой манометр МП-60 предназначен для поверки тех­нических манометров. Диапазон измерения прибора составляет 6МПа. Схема прибора МП-60 представлена на рисунке.



    Поршень 1 с тарелкой 2 для грузов 3 перемещается внутри ци­линдра 4. Поршневая пара подгоняется таким образом, чтобы зазор между поршнем I и цилиндром 4 не превышал 0,01 мм. При таком за­зоре даже при высоких давлениях скорость опускания поршня из-за утечки рабочей жидкости не превышает I мм/мин.

    В манометрах с диапазоном измерения 0,6 МПа и выше поршень вращают вручную. В манометрах с диапазоном измерения 0,06 и 0,25 МПа вращение поршня производится электрическим двига­телем. Внутренняя полость пор­шневого манометра тщательно заполняется рабочей жидкостью (керосином, касторовым маслом или трансформаторным маслом). Заливка жидкости производятся при открытом вентиле 5 через отверстие в дне резервуара 6. Поршнем 7 винтового пресса 8 жидкость засасывается внутрь прибора. С помощью пресса 8 в процессе измерения обеспечива­ется подъем поршня 1 с грузами до высоты, заданной риской на штоке поршня.

    К стоякам 9 с вентилями 10 подключаются поверяемые ма­нометры. Вентиль 11 служит для слива жидкости из поршневого манометра.

    Для создания заданного давления на тарелку 2 (с учетом ее массы и поршей) накладывают, грузы, создающие определенную силу тяжести. При суммарной массе поршня с грузами М создаваемое да-- вление



    где р - эффективная площадь поршня 1, равная сумме площади торца поршня и половины площади зазора; g- ускорение свобод­ного падения.

    При измерениях должны вводиться поправки на местное уско­рение свободного падения, так как калибровка грузов производит­ся для нормального ускорения свободного падения.

    Площадь поршня для такого манометра может составлять 0,5 и 1 см2 Давление во внутренней полости такого манометра может создаваться винтовым прессом 6 без использования грузопоршневой колонки. В этом случае с помощью вентиля 12 колонка отклю­чается, а создаваемое давление измеряется образцовым манометром, подключенным к одному из стояков 9.
    написать администратору сайта