Принцип работы манометра давления: Принцип действия и конструкции — книга «МАНОМЕТРЫ» от НПО «ЮМАС»

Содержание

принцип действия, схема, виды и т.д.

Манометр технический — простой и точный прибор для измерения давления. Он может быть использован для измерения вакуума, давления выше атмосферного, разности давлений. Конструкция манометра определяет каким образом измеряется каждое из видов давления.

Технический манометр

Рекомендуем разобраться с тем, что такое давление и изучить каталог приборов для измерения давления.

Пожалуй, в быту самыми известными манометрами будут: манометр для измерения артериального давления и манометр для измерения давления автомобильных шин.

Принцип работы технического манометра

Принцип действия манометра основан на том, что столб жидкости определенной высоты обладает определенным давлением. Изменение величины жидкостных столбов при приложении на прибор источника давления используется как показатель изменения давления.

В качестве жидкости в манометрах большей частью используются ртуть и вода. Однако возможно использование других, специально приготовленных жидкостей, например, специального масла. В бесцветные жидкости для удобства в работе обычно добавляется краситель. Влияние веса красителя ничтожно и в расчет не принимается.

Как пользоваться техническим манометром

Основные операции по использованию манометра включают в себя проверку его состояния, обнуление, приложение давления и снятие показаний. Если жидкость в манометре загрязнилась, ее следует заменить, иначе это снизит точность производимых измерений.

Следует также проверять наличие в манометре достаточного количества жидкости для измерения давления. Если жидкости недостаточно, следует произвести ее долив в соответствии с инструкциями изготовителя прибора.

Все манометры должны быть нивелированы по уровню до проведения измерений. Без этого измерения будут неточными. В большинстве наклонных манометров имеется специальное устройство для нивелирования прибора. Устройство поворачивается до тех пор, пока пузырек в указателе уровня не примет правильного положения.

Нивелирующее устройство наклонного манометра

Для того, чтобы обеспечить точность, на манометре должен быть установлен эталонный нуль до того, как будет приложено давление и сняты показания. Эталонный нуль манометра выполнен в виде ручки, которая делает возможным установку нулевой отметки на шкале в соответствии с уровнем жидкости.

Эти приготовления помогут обеспечить нормальное функционирование манометра. Далее прикладывается давление и производится снятие нужных показаний.

Как читать показания манометра

После выполнения подготовительных операций можно переходить непосредственно к считыванию показаний манометра. На рисунке ниже показаны уровни водяных столбов для двух типов трубок. Открытая поверхность жидкостного столба называется мениском. Вид поверхности жидкости, показанный на рисунке, называется вогнутым мениском: центр этой поверхности расположен ниже ее внешних краев. Вода всегда образует вогнутые мениски.

Вогнутые мениски в трубках, наполненных водой

На практике считывание показаний уровней для вогнутых менисков всегда производится со дна, т.е. низшей части мениска.

Существует так же и выпуклый мениск. Центр его выше, чем внешние края. Ртуть всегда образует выпуклые мениски. Считывание показаний при выпуклом мениске всегда производится с верхней точки.

Выпуклый мениск в трубке, наполненной ртутью

Принцип работы манометра

Манометр — это прибор для измерения избыточного давления. Из-за того, что эта величина может быть различной, приборы имеют разновидности. Принцип действия манометра основан на уравновешивании измеряемого давления силой упругой деформации трубчатой пружины или более чувствительной двухпластинчатой мембраны, один конец которой запаян в держатель, а другой через тягу связан с трибко-секторным механизмом, преобразующим линейное перемещение упругого чувствительного элемента в круговое движение показывающей стрелки.

Виды и конструкция прибора

Корпус.
Стрелки прибора.
Шестерёнки.
Ось.
Поводок.

Зубчатый сектор.

Между зубьями сектора и шестерёнки устанавливается специальная пружина, которая необходима для того, чтобы исключить мёртвый ход. Измерительная шкала представлена в Барах или Паскалях. Стрелка показывает избыточное давление той среды, в которой проводится замер. Принцип действия очень прост. Давление от измеряемой среды поступает внутрь трубки. Под его воздействием трубка пытается выровняться, так как площадь внешней и внутренней поверхностей имеет разную величину.

Свободный конец трубки совершает движение, при этом стрелка поворачивается на определённый угол благодаря передаточному механизму. Измеряемая величина и деформация трубки находятся в прямолинейной зависимости. Именно поэтому значение, которое показывает стрелка, и является давлением определённой среды.

По своему назначению манометры бывают следующих видов:

Самопишущие. В них находится механизм, который на бумаге позволяет чертить график работы устройства.

Железнодорожные. Применяются в железнодорожном транспорте.
Судовые. Используются на морском и речном судне.
Эталонные. У них высокий класс точности. Именно поэтому их применяют для испытаний, регулировки и проверки прочих измерительных приборов давления.
Специальные. Используются для измерения величины разнообразных газов. В зависимости от того, для какого газа они предназначаются, имеют разные цвета корпуса и маркировочные буквы: для измерения горючих газов — красные, для негорючих — чёрные, жёлтые аммиачные (А), белые ацетиленовые (Ац), голубые кислородные (К).
Электроконтактные. В них имеется электросигнализация, которая позволяет регулировать измеряемую среду. Эти приборы подразделяются на два типа: на основе электроконтактной приставки и с микровыключателями.
Общетехнические. Предназначены для измерения давления в различных средах. Ими можно мерить избыточные и вакуумметрические давления.

По принципу работы выделяют такие типы:

Пьезоэлектрические. Основываются на пьезоэффекте. В кристалле кварца появляется заряд при механическом воздействии.
Деформационные. Основываются на деформации чувствительного элемента (мембраны, сильфона, пружины и прочих), который при деформации действует на стрелку.
Жидкостные. Их основой является трубка, заполненная жидкостью. Они могут быть двух видов: с одной или двумя трубками. Приборы с двумя трубками используются для того, чтобы в разных средах сравнивать давление.
Поршневые. Они состоят из цилиндра, внутрь которого вставлен поршень.

Жидкостные системы измерения

Величина в этих манометрах измеряется при помощи уравновешивания веса жидкостного столба. Мерой давления является уровень жидкости в сообщающихся сосудах. Этими приборами можно измерять величину в пределах 10−105 Па. Они нашли своё применение в лабораторных условиях. По сути, это U-образная трубка, где находится жидкость с большим удельным весом в сравнении с той жидкостью, в которой непосредственно измеряется гидростатическое давление. Такой жидкостью чаще всего является ртуть.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 4 чел.
Средний рейтинг: 3.8 из 5.

Классификация приборов давления

В зависимости от назначения приборы для измерения давления делятся на следующие основные группы:

Манометры – для измерения избыточного давления.
Вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления (вакуума).
Мановакуумметры – для измерения вакуумметрического и избыточного давлений.
Барометры – для измерения атмосферного давления.
Баровакуумметры – для измерения абсолютного давления.
Дифференциальные манометры – для измерения разности давлений.

По принципу действия все приборы для измерения давления можно разделить на:

Жидкостные — приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается весом столба жидкости, а изменение уровня жидкости в сообщающихся сосудах служит мерой давления, называются жидкостными. К этой группе относятся чашечные и U-образные манометры, диффманометры и др.
Грузопоршневые — приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается усилием, создаваемым калиброванными грузами, воздействующими на свободно передвигающийся в цилиндре поршень.
Приборы с дистанционной передачей показаний — приборы, в которых используются изменения тех или иных электрических свойств вещества (электрического сопротивления проводников, электрической емкости, возникновение электрических зарядов на поверхности кристаллических минералов и др.) под действием измеряемого давления. К таким приборам относятся манганиновые манометры сопротивления, пьезоэлектрические манометры с применением кристаллов кварца, турмалина или сегнетовой соли, емкостные манометры, ионизационные манометры и др.
Пружинные — приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается силами упругости пружины, деформация которой служит мерой давления. Благодаря простоте конструкции и удобству пользования пружинные приборы получили широкое применение в технике. К этой группе относятся разнообразные приборы, отличающиеся по виду пружин:

Манометры с трубчатой пружиной

Трубчатые пружины представляют собой кругообразно согнутые трубки с овальным поперечным сечением. Давление измеряемой среды воздействует на внутреннюю сторону этой трубки, в результате чего овальное поперечное сечение принимает почти круглую форму. В результате искривления пружинной трубки возникают напряжения в кольцах трубки, которые разгибают пружину. Незажатый конец пружины выполняет движение, пропорциональное величине давления. Движение передается посредством стрелочного механизма на шкалу. Для измерений давления до 60 или 100 кгс/см2 применяются, как правило, согнутые с углом витка около 270°, кругообразные пружины. Для измерений давления с более высокими значениями используются пружины с несколькими лежащими друг над другом витками и одинаковым витковым диаметром (винтовая пружина) или со спиралеобразными витками, лежащими в одной плоскости (плоская спиральная пружина).

Манометры с пластинчатой пружиной

Пластинчатые пружины представляют собой тонкие гофрированные мембраны кругообразной формы, которые зажимаются или привариваются по краю между двумя фланцами и вступают в соприкосновение с измеряемой средой только с одной стороны. Вызванный в результате такого соприкосновения прогиб пропорционален величине давления. Движение передается посредством стрелочного механизма на шкалу. Пластинчатые пружины обладают сравнительно высоким перестановочным усилием. В результате кольцеобразного крепления пластинчатые пружины менее восприимчивы к вибрациям по сравнению с трубчатыми пружинами, однако погрешность показаний при изменениях температуры у них больше. Благодаря опорам для мембран достигается повышенная стойкость к перегрузкам. Покрытия или фольга, наносимые на поверхность пластинчатых пружин обеспечивают защиту от коррозийных измеряемых сред. Широкие соединительные отверстия или открытые соединительные фланцы, а также возможности по промывке делают пластинчатые пружины, особенно пригодными при работе с высоковязкими, загрязненными или кристаллизующимися веществами.

Манометры с коробчатой пружиной

Давление измеряемой среды воздействуют на внутреннюю сторону коробки, состоящей из двух кругообразных, гофрированных, герметично прилегающих друг к другу мембран. Возникающее под давлением поступательное движение пропорционально величине давления. Движение передается на шкалу с помощью стрелочного механизма. Манометры с коробчатой пружиной особенно пригодны для измерений давления газообразных сред. Защита от перегрузки возможна только в определенных границах. Для повышения чувствительности в манометре может устанавливаться ряд коробчатых пружин («пакет» коробчатых пружин).

Баровакуумметры – манометры абсолютного давления. Данные приборы используются для измерений давления независимо от колебаний атмосферного давления окружающей среды. В соответствии с различными сферами применения и диапазонами показаний, манометры для измерений абсолютного давления изготавливаются согласно принципам измерений и формам чувствительных элементов, которые применяются в манометрах для измерения относительного давления. Давление измеряемой среды определяется по отношению к базовому давлению, которое равняется абсолютному давлению с величиной 0 (=абсолютный вакуум). Это означает, что на стороне измерительного элемента, не соприкасающейся с измеряемой средой, должно присутствовать базовое давление. Присутствие базового давления при использовании соответствующей формы пружин достигается посредством вакуумирования и герметизации соответствующей измерительной камеры или облегающего корпуса. Передача движения измерительного элемента и индикация давления осуществляются аналогично выше описанным манометром относительного давления

Дифференциальные манометры применяются для измерений разницы между двумя отдельными давлениями. Базовым давлением является то, которое присутствует на стороне, взятой за эталонную. В качестве чувствительных элементов используются пружины тех же форм, что и в манометрах относительного давления. Как правило, чувствительные элементы подвергаются воздействию давления с обеих сторон. Установленная таким образом разность давлений передается с помощью стрелочного механизма непосредственно на шкалу. Если измеряемые давления одинаковы, измеряемый элемент остается неподвижным и показания прибора отсутствуют. Измерение низких разностных давлений возможно даже при высоком статическом давлении. Защита от высоких перегрузок обеспечивается с помощью пластинчатых чувствительных элементов. При выборе манометра следует учитывать допустимое статическое (рабочее) давление, а также максимально допустимую перегрузку со стороны «+» и «-». Для преобразования деформации чувствительного элемента в показания стрелки используются принципы, аналогичные принципам действия манометров избыточного давления.
По метрологическому назначению измерительные приборы делятся на образцовые и рабочие.

Образцовыми измерительными приборами называются приборы, предназначенные для поверки других измерительных приборов. Образцовые манометры имеют следующие классы точности:
0,05; 0,2 — грузопоршневые манометры;
0,16; 0,25; 0,4 — пружинные манометры.

Рабочими измерительными приборами называются все измерительные приборы, служащие для непосредственных измерений. Рабочие манометры имеют классы точности 0,4; 06; 1; 1,5; 2,5; 4.

Принцип работы ионизационных вакуумметров

Ионизационный вакуумметр — сложный прибор для контроля давления. На рис. 4.9 изображена манометрическая лампа электронного ионизационного манометра, который в дальнейшем будем называть просто ионизационным. Принцип действия вакуумметров принципиально не отличается от самых ранних конструкций описываемой лампы. Она представляет собой стеклянную колбу 7 с трубкой 8 для присоединения к вакуумной системе и тремя впаянными в нее электродами: катодом 1, анодом 2 и коллектором ионов 3 в виде охватывающего цилиндра, имеющего по отношению к катоду отрицательный потенциал; 4, 5 и 6 — выводы соответственно катода, анода и коллектора.

Рис. 4.9. Манометрическая лампа ионизационного манометра с охватывающим коллектором: 1 — катод; 2 — анод; 3 — коллектор ионов; 4, 5, 6 — выводы соответственно катода, анода и коллектора; 7 — стеклянная колба; 8 — подсоединительная трубка

Эмитируемые накаленным катодом электроны под действием ускоряющего электрического поля устремляются по направлению к сетке, создавая в ее цепи электронный ток. Отметим, что ввиду большого шага сетки не все электроны сразу попадают на сетку, значительная их часть пролетает между ее витками в пространство между сеткой и коллектором ионов, и в основном здесь происходит ионизация газа электронами. Однако при своем движении в этом пространстве электроны находятся в тормозящем поле; не дойдя до коллектора ионов, они останавливаются и начинают движение обратно к сетке; снова значительная их часть проходит между витками сетки и под действием тормозящего поля катода, не долетев до него, поворачивает снова к сетке и т. д.
Каждый электрон может сделать несколько таких колебаний, прежде чем попасть на сетку. Эти колебания играют положительную роль, так как благодаря ним электроны пролетают больший путь и, следовательно, повышается вероятность столкновения их с молекулами газа и ионизации последних; а это ведет к увеличению ионного тока. С той же целью — увеличить путь электронов, пролетающих между витками сетки по направлению к коллектору ионов, — расстояние между сеткой и коллектором делается относительно большим.

Образующиеся положительные ионы под действием ускоряющего для них поля коллектора ионов устремляются к нему и, отдавая ему свой положительный заряд, создают в его цепи ионный ток (отсюда и название коллектора ионов).

На рис. 4.10 дано изображение основных элементов манометрической лампы и упрощенная схема измерительной части ионизационного манометра, в которую входят:

цепь катода 1, состоящая из источника питания и реостата 6 для регулировки температуры и, следовательно, эмиссии катода;
цепь сетки 2, состоящая из источника питания и прибора 4 для измерения электронного тока;
цепь коллектора ионов 3, состоящая из источника питания и прибора 5 для измерения ионного тока.

Обозначим электронный ток через I_e, ионный ток через I_i. Как показал опыт, при достаточно низких давлениях (обычно ниже 1 -10^-3 мм рт. ст.) отношение I_i/I_e, (ионного тока к электронному) прямо пропорционально давлению газа в манометрической лампе.

Рис. 4.10. Упрощенная схема вклю чения ионизационного манометра: 1 — катод; 2 — стекла; 3 — коллектор: 4, 5 — измерительные приборы; 6 — реостат

Таким образом, для измерения давления достаточно при заданном электронном токе измерить ионный ток и разделить на постоянную манометра. Отметим, что правильнее было бы говорить о пропорциональности отношения I_i/I_e, не давлению газа, а его молекулярной концентрации, но для упрощения рассуждений это отношение обычно связывают с давлением.

Необходимо учитывать, что если манометрическую лампу не подвергнуть тщательному обезгаживанию, то в высоком вакууме стенки стекла и электродов будут выделять газы и тем искажать показания манометра в большую сторону. Поскольку катод имеет сравнительно небольшую массу, он легко обезгаживается путем кратковременного прокаливания при рабочей температуре. Сетка прокаливается также пропусканием тока, достаточного для придания ей светло-красного каления; хотя при работе сетка имеет значительно меньшую температуру, но она обладает относительно большей массой и при светло-красном калении ее приходится выдерживать не менее 15 мин. Прогрев коллектора ионов и колбы обычно ограничивается сообщением этим деталям тепла, излучаемого сеткой в процессе ее обезгаживания. При необходимости коллектор ионов можно прогреть токами высокой частоты, а колбу — пламенем газовой горелки.

С другой стороны, хорошо обезгаженные детали манометрической лампы становятся способными поглощать остаточные газы, особенно в ионизованном состоянии. Такое откачивающее действие ионизационного манометра приводит к искажению измеряемых давлений в меньшую сторону; правда, эта ошибка становится заметной только при предельно низких давлениях и в случае малого объема вакуумной системы.

При работе с манометрической лампой нельзя забывать о недопустимости попадания атмосферного воздуха при включенном катоде, так как лампа может немедленно выйти из строя из-за перегорания или сильного окисления катода. При небольшом окислении эмиссию катода часто удается восстановить прокаливанием в хорошем вакууме, при котором поверхность катода освобождается от слоя окислов.

Градуировка ионизационных манометров так же, как и тепловых, выполняется путем сравнения их показаний с показаниями компрессионного манометра, причем пары вымораживаются ловушкой. При градуировке необходимо соблюдать все условия, связанные с режимом прогрева манометрической лампы.
Ввиду прямой пропорциональности между давлением и ионным током (при неизменном электронном токе) градуировочный график (I_i = Ср) получается в виде прямой линии. Благодаря этому градуировку манометра при самых низких давлениях можно не производить; достаточно снять необходимое число точек в области давлений порядка 10^-4— 10^-6 мм рт. ст. и по ним построить градуировочную прямую, продолжив ее в сторону более низких давлений.

подробно простым языком. Виды трубок Бурдона

Практическая работа

Цель работы: изучение пружинных манометров типа ОБМ (устройство, принцип действия, работа).

Пружинный манометр типа ОБМ

Манометр (от греческого manos — редкий, неплотный и metreo-измеряю) — прибор для измерений избыточного давления (давления выше атмосферного) паров, газов или жидкостей, заключенных в замкнутом пространстве. Разновидностью манометра является вакуумметр — прибор для измерений давления, близкого к нулю и мановакуумметр прибор для измерений разряжения и избыточного давления.

Самыми популярными у потребителей являются манометры с трубкой Бурдона или деформационные манометры, конструкцию которых придумал Э. Бурдон в 1849г.

Трубка Бурдона — главный конструктивный элемент манометра, его чувствительный элемент, являющийся первичным преобразователем давления.

Трубка Бурдона выполнена обычно из латуни или фосфористой бронзы, имеет на низкие давления форму полукруга, на средние и высокие давления форму витка. Одним концом трубка соединена с входным штуцером манометра, который является присоединительным элементом к измеряемой среде а второй конец запаян и расположен консольно. Путем применения трубок более сложной формы (спиральной, винтообразной) можно получать приборы с большей чувствительностью, но меньшим пределом измерения.

Принцип действия деформационных манометров.

Под давлением среды консольно расположенный конец трубки Бурдона перемещается — трубка старается распрямиться. Величина этого перемещения пропорциональна величине давления.

Несложная рычажно-зубчатая передача приводит в движение стрелку, указывающую на шкале прибора величину давления. Такое устройство имеют большинство манометров отечественных марок МП, МТП, ДМ ТМ, М 3/1, ОБМ, МТИ, МПТИ, МО, немецкие манометры Wika 111.10, 111.12, 213.53, RCh, RСhg, RChgG и манометры других производителей.

Общий вид пружинного манометра типа ОБМ показан на рис.1.

Рисунок 1 – Пружинный манометр типа ОБМ

Рисунок 2 — Схема устройства манометра с трубкой Бурдона

1-трубка Бурдона, 2-тяга передаточного механизма, 3-зубчатый сектор, 4-стрелка, 5-штуцер

В качестве чувствительных элементов у манометров используются трубчатые пружины. Как видно из рис. 3, один конец трубчатой пружины 3 переходит в штуцер 7 для восприятия измеряемого давления. Под действием давления свободный конец манометрической трубки 5 будет деформироваться (изгибаться), причем величина упругой деформации пропорциональна измеряемому давлению. В силу этого соотношения измерительная стрелка 1 за счет перемещения кинематического узла (трибка 2 — сектор 4 — поводок 6) показывает относительно шкалы прибора истинное значение измеряемого давления.

Рисунок 3 – Кинематическая схема манометра с трубкой Бурдона

1-стрелка, 2- трибка, 3 – пружина, 4-зубчатый сектор, 5-датчик давления (манометрическая трубка), 6-поводок, 7-штуцер

Пружинные показывающие и самопишущие манометры ремонтируются силами ремонтных служб метрологического подразделения. Для этого на специальном участке рабочие места должны быть оборудованы резервными стеклами стандартного ряда диаметром 60, 100, 160 и 250 мм, стандартными шкалами, специальными съемниками для демонтажа измерительных стрелок с осей приборов; струбцинами для крепежа деталей манометров, набором лерок для восстановления забитых резьб штуцеров М 20X1,4, приспособлениями для вычерчивания шкал, наборами пинцетов и часовых луп, наборами газовых горелок малой величины для пайки чувствительных элементов (пружин).

Наиболее трудоемкими операциями является замена чувствительного элемента (трубки) манометра и регулировка кинематического звена «сектор — трибка» (см. рис. 3).

Замену чувствительного элемента прибора производят после его использования для замера давления, превышающего максимальное. В результате этого трубка растягивается, возникает остаточная деформация, не подлежащая ремонту. Для ремонта такого прибора производят его полную разборку, штуцер 7 закрепляют в тиски и с помощью газовой горелки демонтируют трубку 5 из платы. После оплавления припоя неисправную трубку извлекают пассатижами, а на ее место после зачистки поверхности устанавливают аналогичную манометрическую пружину (на заданный предел измерения давления). Место пайки обрабатывают растворителем — канифолью с ацетоном (спиртом) или соляной кислотой.

Основной деталью в приборах, измеряющих давление, является так называемая пружина Бурдона, которая представляет собой изогнутую по дуге круга полую трубку с овальным или каким-либо другим вытянутым сечением (рис. 147).

Такая трубка несколько распрямляется, и перемещение конца трубки через множительный механизм передается стрелке манометра (рис. 148).

По отклонению стрелки судят о величине замеряемого давления.

В одной из книг, посвященных измерительным приборам, нам случилось видеть следующее объяснение принципа работы трубки Бурдона: «Действие пружины Бурдона основано на том, что давление внутри трубки на верхнюю поверхность пружины будет большим, чем давление на ее внутреннюю поверхность. Действительно, если трубка прямоугольного сечения и если через R 1 и R 2 обозначим наружный и внутренний радиусы трубки, то внешняя (S 1) и внутренняя (S 2) поверхности трубки будут равны соответственно
, где φ — центральный угол пружины, а — размер в плоскости, перпендикулярной к плоскости чертежа, R 1 и R 2 — радиусы.

При давлении p кг/см 2 общее давление на наружную поверхность

и на внутреннюю, причем сила P 1 будет больше силы P 2 и будет стремиться разогнуть пружину»

Правильно ли это объяснение?

Объяснение ошибочно. Согласно приведенным рассуждениям трубка, независимо от формы поперечного сечения, под действием внутреннего давления всегда должна уменьшать свою кривизну — распрямляться. Опыт, однако, показывает , что трубка с круглым сечением вовсе не реагирует на внутреннее давление, а трубка, имеющая сечение с обратным расположением большой и малой осей, под действием внутреннего давления не уменьшает, а увеличивает свою кривизну.

Автор приведенного выше объяснения не учел того, что, кроме сил P 1 и P 2 , действующих на поверхностях S 1 и S 2 , имеется еще сила, действующая на донышко трубки. Эта сила дает момент, в точности равный разности моментов сил P 1 и P 2 , так что изгибающий момент в любом сечении трубки равен нулю . При этом нет никакой нужды вычислять величины этих сил для проверки сказанного. Поверхность трубки справа от произвольно взятого сечения АА (рис. 404) является замкнутой поверхностью, и давление даст в этом сечении только нормальную силу, равную произведению давления на площадь сечения «в свету».

При любой форме трубки силы давления не дадут вовсе изгибающего момента. Необходимым условием работы трубки является деформация контура поперечного сечения. Какую бы некруглую форму сечение трубки ни имело, под действием внутреннего избыточного давления контур этого сечения стремится принять форму окружности. При этом малая ось сечения несколько увеличится, а большая уменьшится, и весь контур примет примерно такую форму, какая показана штриховой линией на рис. 404. При этом каждое продольное волокно трубки получит некоторое перемещение по направлению, параллельному малой оси сечения. На рис. 404 это перемещение для волокна mn обозначено через w.

Когда волокно mn переместится на величину w, оно перейдет на дугу большего радиуса и в нем появятся растягивающие напряжения. В волокнах, лежащих ниже нейтральной оси , появятся сжимающие напряжения. Трубка при этом будет распрямляться .

В свете сказанного становится ясным, почему трубка круглого сечения не реагирует на внутреннее давление . В этом случае контур сечения только растягивается , и величина w будет ничтожно малой . Поэтому и изменение кривизны трубки круглого сечения весьма мало и при обычной постановке эксперимента не обнаруживается.

Трубка Бурдона — эластичный элемент в контрольно-измерительных приборах, позволяющий контролировать давления всех уровней, применяемых в промышленности. Она улавливает изменения давления и преобразуют эти изменения в механическое движение. Трубка Бурдона обычно подсоединена к манометру, с помощью которого и отображается изменение давления на градуированной шкале.

Трубка Бурдона не является самостоятельным измерительным прибором, но вспомогательным элементом, который устанавливается в измерительный прибор. Она позволяет создать перепад давления, необходимый для измерения расхода потока жидкости, газа или пара. Манометры с трубкой Бурдона являются самыми распространенными измерительными приборами по причине своей низкой стоимости, универсальности и высокой надежности.

Изготавливается из различных металлов, в том числе из бронзы, латуни, нержавеющей стали. Выбора материала обусловлен средой применения и уровнем измеряемого давления: чем выше давление, тем прочней материал.

Принцип работы трубки Бурдона

Один конец С-образной трубки Бурдона открыт, второй, именуемый наконечником — закрыт. Открытый конец соединяется с муфтой, имеющей впускное отверстие внутрь трубки. Источник давления подсоединяется к муфте, таким образом давление идет от источника через впускное отверстие и попадает в трубку.

При приложении давления трубка Бурдона приходит в движение. В зависимости от конструкции элемента и вида приложенного давления трубка стремится либо выпрямиться, либо свернуться спиралью. Правда, смещение наконечника при приложении давления незначительно, в большинстве случаев оно составляет не более одного сантиметра. При этом величина смещения наконечника пропорциональна величине приложенного давления. Манометр, с которым соединен наконечник, преобразует это небольшое смещение наконечника в движение стрелки, которое может быть считано.

Виды трубок Бурдона

Помимо С-образной трубки Бурдона существует спиральная трубка Бурдона, принципиальное устройство которой то же, что и у С-образной, за исключением того, что трубка в данном случае имеет форму спирали.

Такая намотка делает возможным распрямление трубки в большей степени, чем С-образной. В конечном итоге смещение наконечника трубки при приложении давления больше, чем у С-образной. Поскольку для некоторых измерительных приборов требуется большее смещение, чем у С-образной трубки, такое увеличение с использованием спиральной трубки считается преимуществом.

Также существует винтовая трубка Бурдона, конструкция которой очень сходна с конструкцией С-образной и спиральной трубок. Одно основное отличие заключается в следующем: в винтовой трубке витки намотаны винтообразно вплотную друг к другу. Это делает конструкцию трубки значительно более компактной по сравнению с другими, она может использоваться в ограниченном пространстве. Так же, как и спиральная, винтовая трубка имеет большее смещение наконечника по сравнению с С-образной.

Манометр (от греческого manos – редкий, неплотный и metreo-измеряю) – прибор для измерений избыточного давления (давления выше атмосферного) паров, газов или жидкостей, заключенных в замкнутом пространстве. Разновидностью манометра является вакуумметр – прибор для измерений давления, близкого к нулю и мановакуумметр прибор для измерений разряжения и избыточного давления.

Самыми популярными у потребителей являются манометры с трубкой Бурдона или деформационные манометры, конструкцию которых придумал Э. Бурдон в 1849г.
Трубка Бурдона – главный конструктивный элемент манометра, его чувствительный элемент, являющийся первичным преобразователем давления.
Трубка Бурдона выполнена обычно из латуни или фосфористой бронзы, имеет на низкие давления форму полукруга, на средние и высокие давления форму витка. Одним концом трубка соединена с входным штуцером манометра, который является присоединительным элементом к измеряемой среде а второй конец запаян и расположен консольно. Путем применения трубок более сложной формы (спиральной, винтообразной) можно получать приборы с большей чувствительностью, но меньшим пределом измерения.

Принцип действия деформационных манометров.

Под давлением среды консольно расположенный конец трубки Бурдона перемещается – трубка старается распрямиться. Величина этого перемещения пропорциональна величине давления.
Несложная рычажно-зубчатая передача приводит в движение стрелку, указывающую на шкале прибора величину давления. Такое устройство имеют большинство манометров отечественных марок МП, МТП, ДМ ТМ, М 3/1, ОБМ, МТИ, МПТИ, МО, немецкие манометры Wika 111.10, 111.12, 213.53, RCh, RСhg, RChgG и манометры других производителей.

Схема устройства манометра с трубкой Бурдона

1-трубка Бурдона, 2-тяга передаточного механизма, 3-зубчатый сектор, 4-стрелка, 5-штуцер

Кроме стрелочных манометров, широко применяются бесшкальные манометры (имеющие подобную схему устройства) МЭД с унифицированными электрическими выходными сигналами, используемые в системах контроля, автоматического регулирования и управления различными технологическими процессами.
Существенным недостатком деформационных манометров является гистерезис.
Суть явления: деформируемый элемент трубка Бурдона, подвергнутый воздействию высокого давления, при последующих измерениях будет давать несколько завышенные показания. То же относится и к вакуумметру, который после откачки до глубокого вакуума будет, напротив, занижать показания. Учитывая, что система вакуумного насоса работает в диапазоне давлений от атмосферного до 0,133 Па (10 в -3 мм рт. ст.), такие перепады будут отрицательно сказываться на точности деформационного манометра.

Для предотвращения повреждения деформационных манометров из-за значительных перепадов давления в измерительных системах предусматривается кран или клапан, отключающий прибор в промежутках между измерениями.

Манометр с трубкой Бурдона используется для измерения избыточного давления от 0.6 до 70 бар. Он относится к механическим средствам измерения давления и работает без электропитания.

Трубка Бурдона – это кольцеобразная трубка с овальным сечением. Давление измеряемой среды действует на внутреннюю поверхность трубки и вызывает перемещение незакрепленного конца трубки. Это движение является измерением давления и отображается посредством механизма. Это движение является мерой величины давления и отображается посредством механизма.

Устройство и принцип работы пружинного манометра

Виды и конструкция прибора

В зависимости от того, для каких целей приборы используются, они подразделяются на различные типы. Самыми распространёнными являются манометры пружинные. Они имеют свои преимущества:

Измерение величины в широком диапазоне.
Хорошие технические характеристики.
Надёжность.
Простота устройства.

В пружинном манометре чувствительным элементом является полая внутри изогнутая трубка. Она может иметь сечение в виде овала или эллипсоида. Эта трубка деформируется под воздействием давления. Она запаяна с одной стороны, а с другой находится штуцер, при помощи которого измеряют величину в среде. Конец трубки, который запаян, соединяется с передаточным механизмом.

Конструкция прибора такова:

Корпус.
Стрелки прибора.
Шестерёнки.
Ось.
Поводок.
Зубчатый сектор.

Между зубьями сектора и шестерёнки устанавливается специальная пружина, которая необходима для того, чтобы исключить мёртвый ход.

Измерительная шкала представлена в Барах или Паскалях. Стрелка показывает избыточное давление той среды, в которой проводится замер.

Принцип действия очень прост. Давление от измеряемой среды поступает внутрь трубки. Под его воздействием трубка пытается выровняться, так как площадь внешней и внутренней поверхностей имеет разную величину. Свободный конец трубки совершает движение, при этом стрелка поворачивается на определённый угол благодаря передаточному механизму. Измеряемая величина и деформация трубки находятся в прямолинейной зависимости. Именно поэтому значение, которое показывает стрелка, и является давлением определённой среды.

Разновидности систем для измерения давления

Есть много разных манометров для измерения низкого и высокого давления. Но технические характеристики у них разные. Основным отличительным параметром является класс точности. Манометр будет показывать точнее, если значение будет меньше. Самые точные — цифровые устройства.

По своему назначению манометры бывают следующих видов:

Самопишущие. В них находится механизм, который на бумаге позволяет чертить график работы устройства.
Железнодорожные. Применяются в железнодорожном транспорте.
Судовые. Используются на морском и речном судне.
Эталонные. У них высокий класс точности. Именно поэтому их применяют для испытаний, регулировки и проверки прочих измерительных приборов давления.
Специальные. Используются для измерения величины разнообразных газов. В зависимости от того, для какого газа они предназначаются, имеют разные цвета корпуса и маркировочные буквы: для измерения горючих газов — красные, для негорючих — чёрные, жёлтые аммиачные (А), белые ацетиленовые (Ац), голубые кислородные (К).
Электроконтактные. В них имеется электросигнализация, которая позволяет регулировать измеряемую среду. Эти приборы подразделяются на два типа: на основе электроконтактной приставки и с микровыключателями.
Общетехнические. Предназначены для измерения давления в различных средах. Ими можно мерить избыточные и вакуумметрические давления.

По принципу работы выделяют такие типы:

Пьезоэлектрические. Основываются на пьезоэффекте. В кристалле кварца появляется заряд при механическом воздействии.
Деформационные. Основываются на деформации чувствительного элемента (мембраны, сильфона, пружины и прочих), который при деформации действует на стрелку.
Жидкостные. Их основой является трубка, заполненная жидкостью. Они могут быть двух видов: с одной или двумя трубками. Приборы с двумя трубками используются для того, чтобы в разных средах сравнивать давление.
Поршневые. Они состоят из цилиндра, внутрь которого вставлен поршень.

Жидкостные системы измерения

Величина в этих манометрах измеряется при помощи уравновешивания веса жидкостного столба. Мерой давления является уровень жидкости в сообщающихся сосудах. Этими приборами можно измерять величину в пределах 10−105 Па. Они нашли своё применение в лабораторных условиях.

Читать также: Станок для дрели своими руками чертежи

По сути, это U-образная трубка, где находится жидкость с большим удельным весом в сравнении с той жидкостью, в которой непосредственно измеряется гидростатическое давление. Такой жидкостью чаще всего является ртуть.

К этой категории можно отнести рабочие и общетехнические приборы типа ТВ-510, ТМ-510. Эта категория наиболее востребована. С их помощью измеряют давление неагрессивных и некристаллизующихся газов и паров. Класс точности этих приборов: 1, 1.5, 2.5. Они нашли своё применение в производственных процессах, при транспортировке жидкостей, в системах водоснабжения и на котельных.

Электроконтактные приборы

В эту категорию можно отнести мановакуумметры и вакуумметры. Предназначаются они для измерения величины газов и жидкости, которые по отношению к латуни и стали являются нейтральными. Конструкция в них такая же, как и у пружинных. Отличие лишь в больших геометрических размерах. Из-за устройства контактных групп корпус электроконтактного прибора большой. Этот прибор на давление в контролируемой среде может воздействовать благодаря размыканию/замыканию контактов.

Благодаря используемому электроконтактному механизму этот прибор можно использовать в системе аварийной сигнализации.

Образцовые измерители

Предназначается это устройство для проверки манометров, которые измеряют величину в лабораторных условиях. Основным их назначением является проверка исправности данных рабочих манометров. Отличительной чертой служит очень высокий класс точности. Он достигается благодаря конструктивным особенностям и зубчатому зацеплению в передаточном механизме.

Специальные устройства

Эти приборы применяются в различных промышленных отраслях для измерения давления таких газов, как ацетилен, кислород, водород, аммиак и прочие. В основном измерять давление специальным манометром можно только у одного типа газа. На каждом приборе указывается тот газ, для которого он предназначается. Прибор также окрашен в цвет газа, для которого его можно использовать. Пишется и начальная буква газа.

Есть ещё и виброустойчивые специальные манометры, которые способны работать при сильных вибрациях и большом пульсирующем давлении окружающей среды. Если применять обычный манометр в подобных условиях, то он быстро сломается, так как из строя выйдет передаточный механизм. Главным критерием таких приборов является коррозионно-стойкая сталь корпуса и герметичность.

Аммиачные системы должны быть коррозионно-стойкими. В изготовлении измерительного механизма ацетиленовых не допускают сплавов меди. Связано это с тем, что при контакте с ацетиленом есть риск образования ацетиленистой взрывоопасной меди. Кислородные механизмы должны быть обезжиренными. Это связано с тем, что в некоторых случаях даже незначительный контакт чистого кислорода и загрязнённого механизма может вызвать взрыв.

Самопишущие приборы

Отличительной чертой таких приспособлений является то, что они способны на диаграмме записывать измеряемое давление, которое позволит увидеть изменения в определённое время. Своё применение они нашли в промышленности с неагрессивными средствами и энергетике.

Судовые и железнодорожные

Судовые манометры предназначены для того, чтобы измерить вакуумметрическое давление жидкостей (воды, дизельного топлива, масла), пара и газа. Их отличительными чертами является высокая влагозащита, устойчивость к вибрациям и климатическим воздействиям. Применяются в речном и морском транспорте.

Железнодорожные, в отличие от обычных манометров, давление не показывают, а преобразовывают в сигнал прочего типа (пневматический, цифровой и прочие). Для этих целей используются разные методы.

Активно такие преобразователи применяются в системах автоматики, управления технологическими процессами. Но несмотря на своё назначение, их активно используют в отраслях атомной энергетики, химической и нефтедобычи.

2.3.1. Манометры на основе мембран, мембранных коробок, сильфонов

В манометрических приборах, предназначенных для измерения малых значений давления

, в большинстве случаев используют мембраны, мембранные коробки или сильфоны. Соответственно эти приборы могут называться мембранными или сильфонными манометрами.

Согласно /16/ мембранный манометр – это деформационный манометр, в котором чувствительным элементом является мембрана или мембранная коробка.

Соответственно сильфонный манометр

– это также деформационный манометр, но в котором чувствительным элементом является сильфон.

В серии приборов напоромеров, тягомеров, тягонапоромеров НМП-100, ТмМП-100, ТНМП-100 (рис. 2.18) в качестве чувствительного элемента используется мембранная коробка 1

, закрепленная на основании
2
каркаса
3
. Измеряемое давление
р
изм подается через подводящий штуцер
4
внутрь мембранной коробки, что вызывает перемещение ее незакрепленного жесткого центра, которое передается на тягу
5
и приводит в действие коромысло
6
. Длиной тяги также регулируется нулевое показание прибора. От коромысла через плечо
7
перемещение поступает на шибер
8
, посредством которого линейное движение преобразуется в угловой сдвиг оси
9
, на которой закреплена стрелка
10
. Таким образом величина измеряемого давления отображается перемещением стрелки на шкале прибора
11
.

Рис. 2.18. Мембранный манометрический прибор типа НМП:

– вид измерительной части;
б
– схема;
1
– мембранная коробка;
2
– основание;
3
– каркас;
4
– подводящий штуцер;
5
– тяга;
6
– коромысло;
7
– плечо;
8
– шибер;
9
– ось;
10
– стрелка;
11
– шкала;
12
– корпус;
13
– стекло;
14
– стопорное кольцо;
15
– упор

Прибор монтируется в прочном литом из алюминиевого сплава корпусе 12

. Каркас крепится в корпусе с помощью подводящего штуцера. Стекло
13
фиксируется стопорным кольцом
14
.

Упор 15

предназначен для исключения необратимой деформации мембранной коробки при воздействии давления, выше предельно допустимого.

Обращает на себя внимание тот факт, что смещенно-осевой передаточный механизм, состоящий из тяги, коромысла, плеча и шибера, не совершенен для сегодняшнего уровня технологий с большим запасом люфтов и настроечных винтов. Поэтому класс точности мембранных манометров типа МП не выше чем 1,5, а угол поворота указательной стрелки – угол размаха шкалы – не превышает 90о.

Разновидностью конструкции напоромера МП является модель с корпусом прямоугольной формы (72х144мм), в котором (рис. 2.19) угол поворота указательной стрелки менее 90°, но из-за фронтального размещения шкалы ее информативность значительно возрастает. Мембранная коробка 1

закреплена на основании
2
. Центр верхней образующей мембранной коробки и коромысло
3
связаны тягой
4
. Плечо коромысла соединено тягой
5
с плечом
6
оси
7
, которая также служит осью вращения стрелки
8
. Для обеспечения устойчивости стрелки она оснащена противовесом
9
. Отсчет показаний прибора производится по шкале
10
.

Рис. 2.19. Мембранный напоромер типа МП в корпусе прямоугольной формы:
1
– мембранная коробка;
2
– основание;
3
– коромысло;
4, 5
– тяга;
6
– плечо;
7
– ось;
8
– стрелка;
9
– противовес;
10
– шкала;
11
– подводящая линия

Измеряемая среда давлением р

изм через подводящую линию
11
поступает во внутреннюю полость мембранной коробки. Под его воздействием перемещается центр коробки и через систему рычагов и тяг
4, 3, 5
и
6
это перемещение преобразуется в поворот оси, на которой установлена стрелка.

В большинстве случаев нелинейность статических характеристик мембранных коробок не превышает 10-15 % и устраняется изменением длин тяг, а также углов их зацеплений.

Многие зарубежные, а также некоторые отечественные фирмы производят мембранные манометрические приборы с компактным центрально-осевым передаточным механизмом (рис. 2.20).

Рис. 2.20. Показывающий манометрический прибор на основе мембраны:

– мембрана;
2
– площадка;
3
– передаточный механизм;
4
– держатель;
5
– стрелка

Мембрана 1

герметично припаяна к площадке
2
, с которой образует рабочую полость чувствительного элемента. Центр мембраны имеет снаружи полированную площадку, с которой соприкасается шарик передаточного механизма
3
, представляющего собой компактное устройство с миниатюрным рычажно-секторным механизмом, более детальная схема которого представлена на рис. 2.21

Рис. 2.21. Схема(а) и вид (б) центрально-осевого передаточного механизма:

– основание;
2
– поворотная ось;
3
– шаровая опора;
4
– упор;
5
– зубчатый сектор;
6
– трибка;
7
– спиральная пружина;
8
– плата верхняя;
9
– стойка

Измеряемое давление через подводящий штуцер держателя 4 поступает в рабочую полость чувствительного элемента, перемещая центр мембраны 1

. Этот сдвиг передается центрально-осевым передаточным механизмом на стрелку
5
(см. рис.2.20).

Диапазон измеряемого давления определяется свойствами мембран и ограничивается для таких конструкций, как правило, в пределах от 0 до 2,5…100 кПа. При этом класс точности может составлять 1,5; 1,0; 0,6; 0,4, а в ряде случаев 0,25 при размахе шкалы до 270о, а в отдельных случаях до 330о.

Встречаются конструкции со сдвоенными мембранами, как это имеет место у дифманометров с мембранными коробками, показанными на рис. 2.23. В таких случаях обеспечивается более высокий класс точности измерения.

Мембраны изготовляются из различных бронз, нержавеющей стали.

Приборы выпускаются в корпусах малых (63 мм), средних и больших диаметров (100 и 160 мм).

Центрально-осевой передаточный механизм (см. рис. 2.21) используется в ряде типов мембранных манометрических приборов. На основании 1

(рис. 2.21,
а
) установлена поворотная ось
2
с закрепленными на ней под углом примерно 90° шаровой опорой
3
и упором
4
. Конец упора соприкасается с нижней частью зубчатого сектора
5
, установленного в паре с трибкой
6
. На оси трибки закреплена спиральная пружина
7
, устраняющая вибрации при прямом и обратном ходе.

Верхняя плата 8

со стойками
9
обеспечивает дополнительную опору трибке и оси зубчатого сектора.

Механизм работает следующим образом. Воздействие на шаровую опору приводит посредством осевого смещения поворотной оси к повороту упора. Последний перемещает сектор, который зубчатым зацеплением поворачивает трибку.

Центрально-осевой передаточный механизм конструктивно несложен, но при изготовлении требует достаточно высоких технологий обработки металла.

Мембраны нашли применение в качестве чувствительных элементов при измерении малого и среднего давления особенно вязких и загрязненных сред. Такие приборы менее чувствительны к вибрациям и пульсациям измеряемой среды, применимы при соответствующей защите мембраны для работы с агрессивными средами. Главным недостатком является малый ход мембраны (1,5…2 мм), что предопределяет повышенные требования к передаточному трибко-секторному механизму.

На рис. 2.22 показана схема манометра, в котором мембрана 1

герметично приварена к фланцу
2
. В центре мембраны закреплен шток
3
, соединенный с рычагом зубчатого сектора
4
. В контакте с зубьями сектора находится трибка
5
, на оси которой установлена стрелка
6
. Шток состоит из двух частей и крепежного винта, обеспечивающего фиксацию оптимальной его длины при настройке прибора.

Рис. 2.22. Мембранный манометр для измерения давления вязких и загрязненных сред, а также виды присоединительных фланцев:

– с открытой мембраной;
б
– с подводящим штуцером;
в
– с дополнительным фланцем;
1
– мембрана;
2
– фланец;
3
– шток;
4
– зубчатый сектор;
5
– трибка;
6
– стрелка;
7
– крепежные отверстия

Измеряемое давление р

изм воздействует на мембрану, в результате чего перемещается ее центр, и через шток, зубчатый сектор этот сдвиг преобразовывается в поворот указательной стрелки.

Крепежные отверстия 7

предназначены для монтажа прибора к соответствующему фланцу, приваренному к технологическому трубопроводу.

Мембранные манометры могут выполняться как с открытой мембраной (рис. 2.22,а

), так и с подводящим штуцером (рис. 2.22,
б
), а также с дополнительным фланцем (рис. 2.22,
в
).

Основное применение мембранные манометры с открытой мембраной нашли при измерении жидких сред с повышенной вязкостью или различными вкраплениями, в технологических линиях, где периодически требуется промывать оборудование и исключаются «застойные» зоны рабочего вещества.

Мембранные манометры используются для измерения как малых (от 0 до 1…25 кПа), среднего давления (от 0 до 0,04…2,5 МПа). Большая площадь мембраны также ограничивает возможность перегрузочных давлений (не более 4 МПа), хотя внутренний профиль присоединительного фланца повторяет профиль мембраны и обеспечивает сохранение его формы при незначительных перегрузках.

Виды измерительных приборов

Приборы для измерения давления подразделяются на такие разновидности:

Тягонапоромеры — это мановакуумметр, который имеет крайние пределы измерения не выше 40 кПа.
Тягомеры — вакуумметр, который имеет предел измерения равный (-40) кПа.
Напорометр — это манометр малого избыточного давления (+40) кПа.
Мановакуумметры — это устройства, которые способны измерять как вакуумметрическое, так и избыточное давление в пределах 60−240000 кПа.
Вакуумметр — устройство, измеряющее разрежение (давление, которое ниже атмосферного).
Манометр — устройство, которое способно измерять избыточное давление, то есть разность между абсолютным давлением и барометрическим. Его пределы колеблются от 0,06 до 1000 МПа.

Читать также: Поисковая катушка для металлоискателя своими руками

Большинство импортных и отечественных манометров изготавливаются по всем общепринятым стандартам. Именно по этой причине существует возможность замены одной марки на другую.

При выборе прибора необходимо опираться на такие показатели:

Расположение штуцера — осевое или радиальное.
Диаметр резьбы штуцера.
Класс точности прибора.
Диаметр корпуса.
Предел измеряемых значений.

Манометр ионизационный

Манометры ионизационные являются самыми чувствительными приборами измерения для очень маленького давления. Они производят замеры косвенно через измерение тех ионов, которые образуются при бомбардировке газов электронами. Чем меньше плотность газа, тем меньше будет образовано ионов. Калибрование ионизационного манометра нестабильно. Оно зависит от природы газа, который измеряется. А эта природа известна не всегда. Могут быть они откалибрированы через сравнение со значениями манометра Мак Леода, которые от химии независимы и более стабильны.

Термоэлектроды с атомами газа ударяются и регенерируют ионы. Они притягиваются к электроду под напряжением, которое для них подходит (это подходящее напряжение называется коллектором). В коллекторе ток пропорционален скорости ионизации, которая в системе является функцией давления. Именно так при помощи измерений тока коллектора можно определить газовое давление.

Большинство ионных манометров подразделяются на три вида:

Холодный катод.
Горячий катод. Электрически нагреваемая нить накала образует электронный луч. В этом случае электроны проходят через прибор и вокруг себя ионизируют молекулы газа. Ионы, которые образовались, скапливаются на электроде с отрицательным зарядом.
Прибор с вращающимся ротором. Он отличается высокой ценой и чувствительностью.

Калибрование ионных манометров очень чувствительно к химическому составу измеряемых газов, конструкционной геометрии, поверхностным напылениям и коррозии. Непригодной их калибровка может стать при включении в среде очень низкого или атмосферного давления.

Измерять давление необходимо во многих промышленных отраслях, вот только приборы для этого используют различные. Но независимо от этого данная величина ничем, кроме манометра, не определяется.

Принцип действия основан на уравновешивании измеряемого давления или разности давлений давлением столба жидкости. Они имеют простое устройство и высокую точность измерения, широко применяются как лабораторные и поверочные приборы. Жидкостные манометры подразделяются на: U-образные, колокольные и кольцевые.

U-образные. Принцип действия основан на законе сообщающихся сосудов. Они бывают двухтрубные (1) и чашечные однотрубные(2).

1) 2)

1) представляют собой стеклянную трубку 1, укрепленную на плате 3 со шкалой и залитую запорной жидкостью 2. Разность уровней в коленах пропорциональна измеряемому перепаду давления. «-»1.ряд погрешностей: вследствие неточности отсчета положения мениска, изменения Т окруж. среды, явлений капиллярности (устраняется введением поправок). 2. необходимость двух отсчетов, что приводит к увеличению погрешности.

2) предст. собой модификацию двухтрубных, но одно колено заменено на широкий сосуд (чашечку). Под действием избыточного давления уровень жидкости в сосуде снижается, а в трубке повышается.

Поплавковые U-образные дифманометры по принципу действия подобны чашечным, но для измерения давления в них используют перемещение поплавка, помещенного в чашку, при изменении уровня жидкости. По средством передаточного устройства перемещение поплавка преобразуется в перемещение показывающей стрелки. «+» широкий предел измерения.

Колокольные манометры. Используются для измерения перепадов давления и разряжений.

В этом приборе колокол 1, подвешенный на пос-

тоянно растянутой пружине 2, частично погружен в разделительную жидкость 3, налитую в сосуд 4.При Р1=Р2 колокол прибора будет находиться в равновесии. При возникновении разности давлений равновесии нарушит-ся и появиться подъемная сила, кот. будет перемещать колокол. При перемещении колокола пружина сжимается.

Кольцевые манометры. Применяются для измерения разности давления, а также небольших давлений и разряжений. Действие основано на принципе «кольцевых весов».

Принцип действия основан на уравновешивании измеряемого давления или разности давлений давлением столба жидкости. Они имеют простое устр-во и высокую точность измерения, широко применяются как лабораторные и поверочные приборы. Жидкостные манометры подразделяются на: U-образные, колокольные и кольцевые.

U-образные.

Принцип действия основан на законе сообщающихся сосудов. Они бывают двухтрубные (1) и чашечные однотрубные(2).

Читать также: Подъемник опрокидыватель своими руками

Поплавковые U-образные

дифманометры по принципу действия подобны чашечным, но для измерения давления в них используют перемещение поплавка, помещенного в чашку, при изменении уровня жидкости. По средством передаточного устройства перемещение поплавка преобразуется в перемещение показывающей стрелки. «+» широкий предел измерения. Принцип действия
жидкостных
манометров основан на законе Паскаля – измеряемое давление уравновешивается весом столба рабочей жидкости:
P = ρgh
. Состоят из резервуара и капилляра. В качестве рабочих жидкостей используются дистиллированная вода, ртуть, этиловый спирт. Применяются для измерений малых избыточных давлений и вакуума, барометрического давления. Они просты по конструкции, но отсутствует дистанционная передача данных.

Иногда для увеличения чувствительности капилляр располагают под некоторым углом к горизонту. Тогда: P = ρgL Sinα.

В деформационных

манометрах исп-тся противодействие упругой деформации чувствительного элемента (ЧЭ) или развиваемой им силы. Различают три основные формы ЧЭ, получивших распространение в практике измерения: трубчатые пружины, сильфоны и мембраны.

Трубчатая пружина

(манометрическая пружина, трубка Бурдона) – упругая металлическая трубка, один из концов которой запаян и имеет возможность перемещаться, а другой – жестко закреплен. Трубчатые пружины используются в основном для преобразования измеряемого давления, поданного во внутреннее пространство пружины, в пропорциональное перемещение ее свободного конца.

Наиболее распространена одновитковая трубчатая пружина, представляющая собой изогнутую на 270° трубку с овальным или эллиптическим поперечным сечением. Под влиянием поданного избыточного давления трубка раскручивается, а под действием разрежения скручивается. Такое направление перемещения трубки объясняется тем, что под влиянием внутреннего избыточного давления малая ось эллипса увелич., в то время как длина трубки остается постоян..

Основной недостаток рассмотренных пружин – малый угол поворота, что требует применения передаточных механизмов. С их помощью перемещение свободного конца трубчатой пружины на несколько градусов или миллиметров преобразуется в угловое перемещение стрелки на 270 – 300°.

Преимущество – близкая к линейной статическая характеристика. Основное применение – показывающие приборы. Диапазоны измерений манометров от 0 до 10 3 МПа; вакуумметров – от 0,1 до 0 МПа. Классы точности приборов: от 0,15 (образцовые) до 4.

Трубчатые пружины изготавливают из латуни, бронзы, нержавеющей стали.

Сильфоны

. Сильфон – тонкостенный металлический стакан с поперечными гофрами. Дно стакана перемещается под действием давления или силы.

В пределах линейности статической характеристики сильфона отношение действующей на него силы к вызванной ею деформации остается постоян. и наз-тся жесткостью сильфона. Сильфоны изготовляют из бронзы различных марок, углеродистой стали, нержавеющей стали, алюминиевых сплавов и др. Серийно производят сильфоны диаметром от 8 –10 до 80 – 100 мм и толщиной стенки 0,1 – 0,3 мм.

Мембраны

. Различают упругие и эластичные мембраны. Упругая мембрана – гибкая круглая плоская или гофрированная пластина, способная получить прогиб под действием давления.

Статическая характеристика плоских мембран изменяется нелинейно с увелич. давления, поэтому в качестве рабочего участка используют небольшую часть возможного хода. Гофрированные мембраны могут применяться при больших прогибах, чем плоские, так как имеют значительно меньшую нелинейность характеристики. Мембраны изготовляют из различных марок стали: бронзы, латуни и т. д.

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-06; Нарушение авторского права страницы

Жидкостный манометр.

Устройство жидкостного манометра отличается своей простой, функциональностью, он состоит из U образной трубки, обычно стеклянной с нанесенной на нее шкалой в миллиметрах и паскалях. Трубка заполняется водой или ртутью таким образом, чтобы уровень в исходном состоянии стоял напротив нуля. Затем один конец трубки подключают к системе, в которой необходимо произвести измерения, а второй оставляют открытым. Давление воздействует на жидкость, и жидкость начинает перемещаться внутри трубки, при этом вода в одной части трубки, которая подключена к системе опускается, а в свободной поднимается. Разница уровней жидкости в трубке относительно нуля и будет давление в миллиметрах жидкостного столба. Такой прибор хорошо себя зарекомендовал при измерении низкого давления, сечение трубки при таких измерениях не влияет на конечный результат. Но нужно помнить меры безопасности, если используете в качестве жидкости ртуть. Для исключения отравления ее парами в каждый из концов трубки необходимо налить 8-10 мм воды или масла. При использовании ртути давление измеряется в миллиметрах ртутного столба или сокращенно мм.рт.ст. Диапазон измерений у жидкостного манометра не велик: 100, 160, 250, 400, 600 и 1000 мм столба жидкости или ртути.

При всей свое простоте у прибора есть 2 недостатка:

низкая точность измерения;
узкий диапазон измерения.

Эти проблемы были решены в следующем поколении приборов — пружинных манометрах.

принцип действия. Что такое манометр, для чего используется

Манометр – это прибор, предназначенный для измерения и показания давления пара, воды и т. д.

Технический манометр по устройству относится к трубчато-пружинным манометрам.

Состоит: из корпуса, стояка, пустотелой изогнутой трубки, стрелки, поводка, зубчатого сектора, шестеренки и пружины. Главной частью манометра является изогнутая пустотелая трубка, которая нижним концом соединена с пустотелой частью стояка. Верхний конец трубки запаян и может перемещаться, а, перемещаясь, передает свое движение зубчатому сектору, смонтированному на стояке, а потом шестерне, на оси которой сидит стрелка.

При подключении манометра к измеряемому давлению, давление внутри трубки стремиться ее выправить, движение трубки передается через поводок шестеренке и стрелке, стрелка двигаясь по шкале, показывает измеряемое давлении.

Пружинные манометры используются для измерения давлений в широких пределах. В этих приборах воспринимаемое давление уравновешивается усилием, возникающим при упругой деформации пружины. В них, в качестве чувствительного элемента применяются трубчатые, одновитковые и многовитковые пружинные сильфоны, коробчатые и плоские мембраны.

Наиболее часто используются показывающие манометры с одновитковой трубчатой пружиной, представляющей собой согнутую по кругу трубку. Один конец его соединен с ниппелем, служащим для подвода давления, а второй закрыт заглушкой и запаян. Поперечное сечение полой трубки имеет вид овала или эллипса, малая ось которой совпадает с радиусом самой пружины. При подводе давления во внутреннюю полость пружины, сечение трубки деформируется, стремясь приобрести наиболее устойчивую форму окружности. При этом свободный конец (заглушенный) трубки перемещается на расстояние, пропорциональное измеренному давлению, и посредством тяги поворачивает зубчатый сектор. В результате стрелка поворачивается на угол. Выбор зазоров в шарнирных и зубчатых зацеплениях обеспечивается спиральной пружиной (волоском), укрепленной одним концом на оси триба, а другим на кронштейне. Поворот показывающей стрелки отсчитывается, по круговой шкале с углом охвата 270*С. Регулировка передаточного механизма для определенного угла поворота стрелки осуществляется изменением положения точки крепления поводка (тяги) в прорези нижнего плеча зубчатого сектора. Корпус прибора круглой формы. В него вложена шкала в форме циферблата.

По принципу действия манометры подразделяются на жидкостные, пружинные, поршневые, и электрические.

Действие жидкостных манометров основано на уравновешивании измеряемого давления столбом жидкости.

В жидкостных манометрах измеряемое давление или разность давлений уравновешивается гидростатическим давлением столба жидкости. В приборах используется принцип сообщающихся сосудов, в которых уровни рабочей жидкости совпадают при равенстве давлений над ними, а при неравенстве занимают такое положение, когда избыточное давление в одном из сосудов уравновешивается гидростатическим давлением избыточного столба жидкости в другом. Большинство жидкостных манометров имеют видимый уровень рабочей жидкости, по положению которого определяется значение измеряемого давления. Эти приборы используются в лабораторной практике и в некоторых отраслях промышленности.

Существует группа жидкостных дифманометров , в которых уровень рабочей жидкости непосредственно не наблюдается. Изменение последнего вызывает перемещение поплавка или изменение характеристик другого устройства, обеспечивающих либо непосредственное показание измеряемой величины с помощью отсчетного устройства, либо преобразование и передачу ее значения на расстояние.

Двухтрубные жидкостные манометры . Для измерения давления и разности давлений используют двухтрубные манометры и дифманометры с видимым уровнем, часто называемыми U -образными. Принципиальная схема такого манометра представлена на рис. 1, а. Две вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки 1, 2 закреплены на металлическом или деревянном основании 3, к которому прикреплена шкальная пластинка 4. Трубки заполняются рабочей жидкостью до нулевой отметки. В трубку 1 подается измеряемое давление, трубка 2 сообщается с атмосферой. При измерении разности давлений к обеим трубкам подводятся измеряемые давления.

Рис. 1. Схемы двухтрубного (в) и однотрубного (б) манометра :

1, 2 — вертикальные сообщающиеся стеклянные трубки; 3 — основание; 4 — шкальная пластина

В качестве рабочей жидкости используются вода, ртуть, спирт, трансформаторное масло. Таким образом, в жидкостных манометрах функции чувствительного элемента, воспринимающего изменения измеряемой величины, выполняет рабочая жидкость, выходной величиной является разность уровней, входной — давление или разность давлений. Крутизна статической характеристики зависит от плотности рабочей жидкости.

Для исключения влияния капиллярных сил в манометрах используются стеклянные трубки с внутренним диаметром 8… 10 мм. Если рабочей жидкостью служит спирт, то внутренний диаметр трубок может быть снижен.

Двухтрубные манометры с водяным заполнением применяются для измерения давления, разрежения, разности давлений воздуха и неагрессивных газов в диапазоне до ±10 кПа. Заполнение манометра ртутью измерения расширяет пределы до 0,1 МПа, при этом измеряемой средой может быть вода, неагрессивные жидкости и газы.

При использовании жидкостных манометров для измерения разности давлений сред, находящихся под статическим давлением до 5 МПа, в конструкцию приборов вводятся дополнительные элементы, предназначенные для защиты прибора от одностороннего статического давления и проверки начального положения уровня рабочей жидкости.

Источниками погрешностей двухтрубных манометров являются отклонения от расчетных значений местного ускорения свободного падения, плотностей рабочей жидкости и среды над ней, ошибки в считывании высот h2 и h3.

Плотности рабочей жидкости и среды даются в таблицах теплофизических свойств веществ в зависимости от температуры и давления. Погрешность считывания разности высот уровней рабочей жидкости зависит от цены деления шкалы. Без дополнительных оптических устройств при цене деления 1 мм погрешность считывания разности уровней составляет ±2 мм с учетом погрешности нанесения шкалы. При использовании дополнительных устройств для повышения точности считывания h2, h3 необходимо учитывать расхождение температурных коэффициентов расширения шкалы, стекла и рабочего вещества.

Однотрубные манометры . Для повышения точности отсчета разности высот уровней используются однотрубные (чашечные) манометры (см. рис. 1, б). У однотрубного манометра одна трубка заменена широким сосудом, в который подается большее из измеряемых давлений. Трубка, прикрепленная к шкальной пластинке, является измерительной и сообщается с атмосферой, при измерении разности давлений к ней подводится меньшее из давлений. Рабочая жидкость заливается в манометр до нулевой отметки.

Под действием давления часть рабочей жидкости из широкого сосуда перетекает в измерительную трубку. Поскольку объем жидкости, вытесненный из широкого сосуда, равен объему жидкости, поступившему в измерительную трубку,

Измерение в однотрубных манометрах высоты только одного столба рабочей жидкости приводит к снижению погрешности считывания, которая с учетом погрешности градуировки шкалы не превышает ± 1 мм при цене деления 1 мм. Другие составляющие погрешности, обусловленные отклонениями от расчетного значения ускорения свободного падения, плотности рабочей жидкости и среды над нею, температурными расширениями элементов прибора, являются общими для всех жидкостных манометров.

У двухтрубных и однотрубных манометров основной погрешностью является погрешность считывания разности уровней. При одной и той же абсолютной погрешности приведенная погрешность измерения давления снижается при увеличении верхнего предела измерения манометров. Минимальный диапазон измерения однотрубных манометров с водяным заполнением составляет 1,6 кПа (160 мм вод. ст.), при этом приведенная погрешность измерения не превышает ±1 %. Конструктивное выполнение манометров зависит от статического давления, на которое они рассчитаны.

Микроманометры . Для измерения давления и разности давлений до 3 кПа (300 кгс/м2) используются микроманометры, которые являются разновидностью однотрубных манометров и снабжены специальными приспособлениями либо для уменьшения цены деления шкалы, либо для повышения точности считывания высоты уровня за счет использования оптических или других устройств. Наиболее распространенные лабораторные микроманометры — это микроманометры типа ММН с наклонной измерительной трубкой (рис. 2). Показания микроманометра определяются по длине столбика рабочей жидкости п в измерительной трубке 1, имеющей угол наклона а.

Рис. 2. :

1 — измерительная трубка; 2 — сосуд; 3 — кронштейн; 4 — сектор

На рис. 2 кронштейн 3 с измерительной трубкой 1 крепится на секторе 4 в одном из пяти фиксированных положений, которым соответствуют к = 0,2; 0,3; 0,4; 0,6; 0,8 и пять диапазонов измерения прибора от 0,6 кПа (60 кгс/м2) до 2,4 кПа (240 кгс/м2). Приведенная погрешность измерений не превышает 0,5 %. Минимальная цена деления при к = 0,2 составляет 2 Па (0,2 кгс/м2), дальнейшее снижение цены деления, связанное с уменьшением угла наклона измерительной трубки, ограничено снижением точности считывания положения уровня рабочей жидкости из-за растягивания мениска.

Более точными приборами являются микроманометры типа ММ, называемые компенсационными. Погрешность считывания высоты уровня в этих приборах не превышает ±0,05 мм в результате использования оптической системы для установления начального уровня и микрометрического винта для измерения высоты столба рабочей жидкости, уравновешивающего измеряемое давление или разность давлений.

Барометры применяются для измерения атмосферного давления. Наиболее распространенными являются чашечные барометры с ртутным заполнением, отградуированные в мм рт. ст. (рис. 3).

Рис. 3. : 1 — нониус; 2 — термометр

Погрешность считывания высоты столба не превышает 0,1 мм, что достигается использованием нониуса 1, совмещаемого с верхней частью мениска ртути. При более точном измерении атмосферного давления необходимо вводить поправки на отклонение ускорения свободного падения от нормального и значение температуры барометра, измеряемой термометром 2. При диаметре трубки менее 8… 10 мм учитывается капиллярная депрессия, обусловленная поверхностным натяжением ртути.

Компрессионные манометры (манометры Мак-Леода), схема которых представлена на рис. 4, содержат резервуар 1 с ртутью и погруженной в нее трубкой 2. Последняя сообщается с измерительным баллоном 3 и трубкой 5. Баллон 3 заканчивается глухим измерительным капилляром 4, к трубке 5 подключен капилляр сравнения 6. Оба капилляра имеют одинаковые диаметры, чтобы на результатах измерения не сказывалось влияние капиллярных сил. Давление в резервуар 1 подается через трехходовой кран 7, который в процессе измерения может находиться в положениях, указанных на схеме.

Рис. 4. :

1 — резервуар; 2, 5 — трубки; 3 — измерительный баллон; 4 — глухой измерительный капилляр; 6 — капилляр сравнения; 7 — трехходовой кран; 8 — устье баллона

Принцип действия манометра основан на использовании закона Бойля-Мариотта, согласно которому для фиксированной массы газа произведение объема на давление при неизменной температуре представляет постоянную величину. При измерении давления выполняются следующие операции. При установке крана 7 в положение а измеряемое давление подается в резервуар 1, трубку 5, капилляр 6, и ртуть сливается в резервуар. Затем кран 7 плавно переводится в положение с. Поскольку атмосферное давление значительно превышает измеряемое р, ртуть вытесняется в трубку 2. При достижении ртутью устья баллона 8, отмеченного на схеме точкой О, от измеряемой среды отсекается объем газа V, находящийся в баллоне 3 и измерительном капилляре 4. Дальнейшее повышение уровня ртути сжимает отсеченный объем. При достижении ртутью в измерительном капилляре высоты hи впуск воздуха в резервуар 1 прекращается и кран 7 устанавливается в положение b. Изображенное на схеме положение крана 7 и ртути соответствует моменту снятия показаний манометра.

Нижний предел измерения компрессионных манометров составляет 10 -3 Па (10 -5 мм рт. ст.), погрешность не превышает ±1 %. У приборов пять диапазонов измерения и они охватывают давления до 10 3 Па. Чем ниже измеряемое давление, тем больше баллон 1, максимальный объем которого составляет 1000 см3, а минимальный 20 см3, диаметр капилляров равен соответственно 0,5 и 2,5 мм. Нижний предел измерения манометра в основном ограничен погрешностью определения объема газа после сжатия, зависящей от точности изготовления капиллярных трубок.

Набор компрессионных манометров совместно с мембранно- емкостным манометром входит в состав государственного специального эталона единицы давления в области 1010 -3 … 1010 3 Па.

Достоинствами рассмотренных жидкостных манометров и дифманометров являются их простота и надежность при высокой точности измерений. При работе с жидкостными приборами необходимо исключать возможность перегрузок и резких изменений давления, так как в этом случае может происходить выплескивание рабочей жидкости в линию или атмосферу.

Принцип работы технического манометра

Как пользоваться техническим манометром

Как читать показания манометра

Очень часто в жизни, а особенно на производстве, приходится сталкиваться с таким прибором измерения, как манометр.

Манометр — это прибор для измерения избыточного давления. Из-за того, что эта величина может быть различной, приборы тоже имеют разновидности. Областей применения этих приборов очень много. Применяться они могут в металлургической промышленности, в любом механическом транспорте, жилищном и коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве, автомобилестроении и прочих отраслях.

Виды и конструкция прибора

В пружинном манометре чувствительным элементом является полая внутри изогнутая трубка. Она может иметь сечение в виде овала или эллипсоида. Эта трубка деформируется под воздействием давления . Она запаяна с одной стороны, а с другой находится штуцер, при помощи которого измеряют величину в среде. Конец трубки, который запаян, соединяется с передаточным механизмом.

Конструкция прибора такова:

Корпус.
Стрелки прибора.
Шестерёнки.
Поводок.
Зубчатый сектор.

Разновидности систем для измерения давления

По своему назначению манометры бывают следующих видов:

По принципу работы выделяют такие типы:

Жидкостные системы измерения

Электроконтактные приборы

Образцовые измерители

Самопишущие приборы

Судовые и железнодорожные

Виды измерительных приборов

Приборы для измерения давления подразделяются на такие разновидности:

При выборе прибора необходимо опираться на такие показатели:

Расположение штуцера — осевое или радиальное.
Диаметр резьбы штуцера.
Класс точности прибора.
Диаметр корпуса.
Предел измеряемых значений.

Манометр ионизационный

Большинство ионных манометров подразделяются на три вида:

Глава 2. ЖИДКОСТНЫЕ МАНОМЕТРЫ

Вопросы водоснабжения для человечества всегда были очень важными, а особую актуальность приобрели с развитием городов и появлением в них различного вида производств. При этом все более актуальной становилась проблема измерения давления воды, т. е. напора, необходимого не только для обеспечения подачи воды через систему водоснабжения, но и для приведения в действие различных механизмов. Честь первооткрывателя принадлежит крупнейшему итальянскому художнику и ученому Леонардо да Винчи (1452-1519 гг.), который впервые применил пьезометрическую трубку для измерения давления воды в трубопроводах. К сожалению, его труд „О движении и измерении воды” был опубликован лишь в XIX веке. Поэтому принято считать, что впервые жидкостный манометр был создан в 1643 г. итальянскими учеными Торричелли и Вивиаии, учениками Галилео Галилея, которые при исследовании свойств ртути, помещенной в трубку обнаружили существование атмосферного давления. Так появился ртутный барометр. В течение последующих 10-15 лет во Франции (Б. Паскаль и Р. Декарт) и Германии (О. Герике) были созданы различные разновидности жидкостных барометров, в том числе и с водяным заполнением. В 1652 г. О. Герике продемонстрировал весомость атмосферы эффектным опытом с откачанными полушариями, которые не могли разъединить две упряжки лошадей (знаменитые „магдебургские полушария”).

Дальнейшее развитие науки и техники привело к появлению большого количества жидкостных манометров различных типов, применяемы;: до настоящего времени во многих отраслях: метеорологии, авиационной и электровакуумной технике, геодезии и геологоразведке, физике и метрологии и пр. Однако, в силу ряда специфических особенностей принципа действия жидкостных манометров их удельный вес по сравнению с манометрами других типов относительно невелик и, вероятно, будет уменьшаться и в дальнейшем. Тем не менее при измерениях особо высокой точности в области давлений, близких к атмосферному давлению, они пока незаменимы. Не потеряли своего значения жидкостные манометры и в ряде других областей (микроманометрии, барометрии, метеорологии, при физико-технических исследованиях).

2.1. Основные типы жидкостных манометров и принципы их действия

Принцип действия жидкостных манометров можно проиллюстрировать на примере U-образного жидкостного манометра (рис. 4, а ), состоящего из двух соединенных между собой вертикальных трубок 1 и 2,

наполовину заполненных жидкостью. В соответствии с законами гидростатики при равенстве давлений р i и р 2 свободные поверхности жидкости (мениски) в обеих трубках установятся на уровне I-I. Если одно из давлений превышает другое (р\ > р 2), то разность давлений вызовет опускание уровня жидкости в трубке 1 и, соответственно, подъем в трубке 2, вплоть до достижения состояния равновесия. При этом на уровне

II-П уравнение равновесия примет вид

Ap=pi -р 2 =Н Р » g, (2.1)

т. е. разность давлений определяется давлением столба жидкости высотой Н с плотностью р.

Уравнение (1.6) с точки зрения измерения давления является фундаментальным, так как давление, в конечном итоге, определяется основными физическими величинами — массой, длиной и временем. Это уравнение справедливо для всех без исключения типов жидкостных манометров. Отсюда следует определение, что жидкостный манометр — манометр, в котором измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости, образующегося под действием этого давления. Важно подчеркнуть, что мерой давления в жидкостных манометрах является

высота стол а жидкости, менно это обстоятельство привело к появлению единиц измерений давления мм вод. ст., мм рт. ст. и других которые естественным образом вытекают из принципа действия жидкостных манометров.

Чашечный жидкостный манометр (рис. 4, б) состоит из соединенных между собой чашки 1 и вертикальной трубки 2, причем площадь поперечного сечения чашки существенно больше, чем трубки. Поэтому под воздействием разности давлений Ар изменение уровня жидкости в чашке гораздо меньше, чем подъем уровня жидкости в трубке: Н\ = Н г f/F, где Н ! — изменение уровня жидкости в чашке; Н 2 — изменение уровня жидкости в трубке; / — площадь сечения трубки; F — площадь сечения чашки.

Отсюда высота столба жидкости, уравновешивающей измеряемое давление Н — Н х + Н 2 = # 2 (1 + f/F), а измеряемая разность давлений

Pi — Рг = Н 2 р ?-(1 + f/F ). (2.2)

Поэтому при известном коэффициенте к= 1 + f/F разность давлений может быть определена по изменению уровня жидкости в одной трубке, что упрощает процесс измерений.

Двухчашечный манометр (рис. 4, в) состоит из двух соединенных при помощи гибкого шланга чашек 1 и 2, одна из которых жестко закреплена, а вторая может перемещаться в вертикальном направлении. При равенстве давлений Р\ и р 2 чашки, а следовательно, свободные поверхности жидкости находятся на одном уровне I-I. Если Р\ > р 2 , то чашка 2 поднимается вплоть до достижения равновесия в соответствии с уравнением (2.1).

Единство принципа действия жидкостных манометров всех типов обусловливает их универсальность с точки зрения возможности измерения давления любого вида — абсолютного и избыточного и разности давлений.

Абсолютное давление будет измерено, если р 2 = 0, т. е. когда пространство над уровнем жидкости в трубке 2 откачано. Тогда столб жидкости в манометре будет уравновешивать абсолютное давление в трубке

i,T.e.p a6c =tf р g.

При измерении избыточного давления одна из трубок сообщается с атмосферным давлением, например, р 2 = р тш. Если при этом абсолютное давление в трубке 1 больше чем атмосферное давление (р i >р аТ м)> то в соответствии с (1.6) столб жидкости в трубке 2 уравновесит избыточное давление в трубке 1 } т. е. р и = Н р g: Если, наоборот, р х 1 будет мерой отрицательного избыточного давления р и = -Н р g.

При измерении разности двух давлений, каждое из которых не равно атмосферному давлению, уравнение измерений имеет вид Ар=р\ — р 2 — = Н — р » g. Так же, как и в предыдущем случае, разность может принимать как положительные, так и отрицательные значения.

К важной метрологической характеристике средств измерения давления относится чувствительность измерительной системы, которая во многом определяет точность отсчета при измерениях и инерционность. Для манометрических приборов под чувствительностью понимается отношение изменения показаний прибора к вызвавшему его изменению давления (и = АН/Ар) . В общем случае, когда чувствительность непостоянна в диапазоне измерений

п = lim при Ар -*¦ 0, (2.3)

где АН — изменение показаний жидкостного манометра; Ар — соответствующее изменение давления.

Принимая во внимание уравнения измерений, получим: чувствительность U- образного или двухчашечного манометра (см. рис. 4, а и 4, в)

п = (2A ’ a ~>

чувствительность чашечного манометра (см. рис. 4, б)

Р-гй\llF) ¦ (2 » 4 ’ 6)

Как правило, для чащечных манометров F »/, поэтому уменьшение их чувствительности по сравнению с U- образными манометрами незначительно.

Из уравнений (2.4, а ) и (2.4, б) следует, что чувствительность целиком определяется плотностью жидкости р, заполняющей измерительную систему прибора. Но, с другой стороны, значение плотности жидкости согласно (1.6) определяет диапазон измерений манометра: чем она больше, тем больше верхний предел измерений. Таким образом, относительное значение погрешности отсчета от значения плотности не зависит. Поэтому для увеличения чувствительности, а следовательно, и точности, разработано большое количество отсчетных устройств, основанных на различных принципах действия, начиная от фиксации положения уровня жидкости относительно шкалы манометра на глаз (погрешность отсчета около 1 мм) и кончая применением точнейших интерференционных методов (погрешность отсчета 0,1-0,2 мкм). С некоторыми из этих методов можно познакомиться ниже.

Диапазоны измерений жидкостных манометров в соответствии с (1.6) определяются высотой столба жидкости, т. е. размерами манометра и плотностью жидкости. Наиболее тяжелой жидкостью в настоящее время является ртуть, плотность—которой р = 1,35951 10 4 кг/м 3 . Столб ртути высотой 1 м развивает давление около 136 кПа, т. е. давление, не на много превышающее атмосферное давление. Поэтому при измерении давлений порядка 1 МПа размеры манометра по высоте соизмеримы с высотой трехэтажного дома, что представляет существенные эксплуатационные неудобства, не говоря о чрезмерной громоздкости конструкции. Тем не менее, попытки создания сверхвысоких ртутных манометров предпринимались. Мировой рекорд был установлен в Париже, где на базе конструкций знаменитой Эйфелевой башни был смонтирован манометр высотой ртутного столба около 250 м, что соответствует 34 МПа. В настоящее время этот манометр разобран в связи с его бесперспективностью. Однако в строю действующих продолжает оставаться уникальный по своим метрологическим характеристикам ртутный манометр Физико-технического института ФРГ. Этот манометр, смонтированный в iO-этажной башне, имеет верхний предел измерений 10 МПа с погрешностью менее 0,005 %. Подавляющее большинство ртутных манометров имеют верхние пределы порядка 120 кПа и лишь изредка до 350 кПа. При измерении относительно небольших давлений (до 10-20 кПа) измерительная система жидкостных манометров заполняется водой, спиртом и другими легкими жидкостями. При этом диапазоны измерений обычно составляют до 1-2,5 кПа (микроманометры). Для еще более низких давлений разработаны способы увеличения чувствительности без применения сложных отсчетных устройств.

Микроманометр (рис. 5), состоит из чашки I, которая соединена с трубкой 2, установленной под углом а к горизонтальному уровню

I-I. Если при равенстве давлений pi и р 2 поверхности жидкости в чашке и трубке находились на уровне I-I, то увеличение давления в чашке (Р 1 > Рг) вызовет опускание уровня жидкости в чашке и ее подъем в трубке. При этом высота столба жидкости Н 2 и его длина по оси трубки L 2 будут связаны соотношением Н 2 =L 2 sin а.

Учитывая уравнение неразрывности жидкости Н, F = Ь 2 /, нетрудно получить уравнение измерений микроманометра

p t -р 2 =Н р «g = L 2 р ч (sina + -), (2.5)

где Ь 2 — перемещение уровня жидкости в трубке вдоль ее оси; а — угол наклона трубки к горизонтали; остальные обозначения прежние.

Из уравнения (2.5) следует, что при sin а « 1 и f/F « 1 перемещение уровня жидкости в трубке во много раз превысит высоту столба жидкости, необходимую для уравновешивания измеряемого давления.

Чувствительность микроманометра с наклонной трубкой в соответствии с (2.5)

Как видно из (2.6), максимальная чувствительность микроманометра при горизонтальном расположении трубки (а = О)

т. е. в отношении площадей чашки и трубки больше, чем у U- образного манометра.

Второй способ увеличения чувствительности состоит в уравновешивании давления столбом двух несмешивающихся жидкостей. Двухчашечный манометр (рис. 6) заполняется жидкостями так, чтобы граница их

Рис. 6. Двухчашечный микроманометр с двумя жидкостями (р, > р 2)

раздела находилась в пределах вертикального участка трубки, примыкающей к чашке 2. При pi = р 2 давление на уровне I-I

Hi Pi -Н 2 Р 2 (Pi >Р2)

Тогда при повышении давления в чашке 1 уравнение равновесия будет иметь вид

Ap=pt -р 2 =Д#[(Р1 -р 2) +f/F(Pi + Рг)] g, (2.7)

где рх — плотность жидкости в чашке 7; р 2 — плотность жидкости в чашке 2.

Кажущаяся плотность столба двух жидкостей

Рк = (Pi — Р2) + f/F (Pi + Рг) (2.8)

Если плотности Pi и р 2 имеют близкие друг другу значения, a f/F«. 1, то кажущаяся или эффективная плотность может быть снижена до величины p min = f/F (рi + р 2) = 2р х f/F.

ьр р к * %

где р к — кажущаяся плотность в соответствии с (2.8).

Так же, как и ранее, увеличение чувствительности указанными способами автоматически уменьшает диапазоны измерений жидкостного манометра, что ограничивает их применение областью микроманометр™. Учитывая также большую чувствительность рассматриваемых способов к влиянию температуры при точных измерениях, как правило, находят применение способы, основанные на точных измерениях высоты столба жидкости, хотя это и усложняет конструкции жидкостных манометров.

2.2. Поправки к показаниям и погрешности жидкостных манометров

В уравнения измерений жидкостных манометров в зависимости от их точности необходимо вводить поправки, учитывающие отклонения условий эксплуатации от условий градуировки, вид измеряемого давления и особенности принципиальной схемы конкретных манометров.

Условия эксплуатации определяются температурой и ускорением свободного падения в месте измерений. Под влиянием температуры изменяются как плотность жидкости, применяемой при уравновешивании давления, так и длина шкалы. Ускорение свободного падения в месте измерений, как правило, не соответствует его нормальному значению, принятому при градуировке. Поэтому давление

Р=Рп }

Принцип работы датчика давления — Variohm EuroSensor

Каков принцип работы датчика давления? Датчик давления работает путем преобразования давления в аналоговый электрический сигнал.

Спрос на приборы для измерения давления увеличился в эпоху пара. Когда технологии измерения давления были впервые изготовлены, они были механическими и использовали манометры с трубкой Бурдона для перемещения иглы и визуальной индикации давления.В настоящее время мы измеряем давление электронным способом, используя датчики давления и реле давления.

Статическое давление

Давление можно определить как силу на единицу площади, с которой жидкость воздействует на окружающую среду. Базовая физика статического давления (P) рассчитывается как сила (F), деленная на площадь (A).

П=Ж/Д

Сила может создаваться жидкостями, газами, парами или твердыми телами.

Наиболее часто используемые единицы измерения давления:

Па — [Паскаль] в 1 Па = 1 (Н/м²)
Бар — [Бар] в 1 баре = 105 ð ‘ƒð’ Ž
psi: (фунт(-сила) на квадратный дюйм)

Принцип работы датчика давления

Датчики давления

имеют чувствительный элемент постоянной площади и реагируют на силу, приложенную к этой площади давлением жидкости.Приложенная сила отклонит диафрагму внутри датчика давления. Прогиб внутренней диафрагмы измеряется и преобразуется в электрическую мощность. Это позволяет контролировать давление с помощью микропроцессоров, программируемых контроллеров и компьютеров вместе с аналогичными электронными приборами.

Большинство преобразователей давления рассчитаны на получение линейного выходного сигнала при приложении давления.

Для чего используются датчики давления?

Датчики давления

используются в ряде отраслей, включая автомобильную промышленность, биомедицинские приборы, авиацию и морскую промышленность, и это лишь некоторые из них.

Датчики давления от Variohm

Мы можем предложить датчики давления в виде датчиков давления , реле давления, комбинированных датчиков давления и температуры, датчиков давления, монтируемых на печатную плату , и датчиков давления для опасных зон . Наши комбинированные датчики давления и температуры особенно хорошо подходят для приложений, где пространство ограничено.

Наши преобразователи давления имеют прочную модульную конструкцию, корпус из нержавеющей стали и корпус, приваренный к порту давления.Они доступны в миниатюрном формате, начиная с диаметра 12 мм.

Для получения дополнительной информации о принципе работы датчиков давления или для получения дополнительной информации о любом из наших датчиков давления, пожалуйста, свяжитесь с нами по телефону 01327 351004 или по адресу электронной почты [email protected]

Цифровые манометры — принцип их работы

Цифровой манометр WIKA

Цифровые манометры особым образом измеряют давление в системе. Они преобразуют давление в электронный сигнал.Манометр показывает давление с помощью цифрового дисплея, кроме того, сигнал может использоваться для управления оборудованием. Цифровые датчики по сравнению с аналоговыми имеют более высокую точность. Прочитайте нашу статью об аналоговых манометрах , если вы хотите узнать больше об этом типе.

Принцип работы

Цифровые манометры используют датчики давления для преобразования давления в электронный сигнал. Существуют различные типы датчиков давления, но наиболее часто используется пьезорезистивный датчик давления.Этот датчик состоит из диафрагмы, снабженной пьезорезистивными элементами. Давление среды вызывает отклонение диафрагмы, это отклонение вызывает изменение площади поперечного сечения пьезорезистивных элементов, которое напрямую связано с электрическим сопротивлением. Для более подробного объяснения, пожалуйста, прочитайте нашу статью о принципах электронного измерения давления .

Зачем выбирать цифровой манометр вместо аналогового?

Наряду с более высоким уровнем точности измерений цифровые манометры предлагают возможности, недоступные для аналоговых манометров.Несколько примеров возможных вариантов:

Подсветка: Если показания давления необходимы в темных условиях, эта опция оказывается отличным решением. Подсветка гарантирует, что вы сможете читать дисплей в любых условиях освещения.
Мин./макс. значения: Эта опция обеспечивает лучший анализ заданного давления в системе.
Гистограмма: Гистограмма показывает тренд измеренного давления. Например, вы можете легко увидеть, имеет ли давление тенденцию к увеличению, снижению или устойчивой тенденции.
Питание от батареи: Это обеспечивает возможность считывания давления в случае отключения электроэнергии.
Возможность поворота: Большинство цифровых манометров позволяют поворачивать дисплей на большой угол (например, на 300°)

Прочтите наши советы по выбору манометров, чтобы узнать больше по этому вопросу. Для получения дополнительной информации о различных манометрах прочитайте наши статьи о сильфонных манометрах, манометрах с диафрагмой или манометрах с трубкой Бурдона.

Точность цифрового манометра

Точность цифровых манометров выражается в процентах от диапазона измерения. Точность этих датчиков складывается из нелинейности, гистерезиса, отклонения конечного значения, смещения нуля и ошибки диапазона. Подробное объяснение можно найти в нашей статье о точности измерения давления .

Ежемесячный информационный бюллетень Tameson

Для кого: Тебе! Существующие клиенты, новые клиенты и все, кто ищет информацию о контроле жидкости.
Почему Ежемесячный информационный бюллетень Tameson: Он четкий, без всякой ерунды и раз в месяц содержит актуальную информацию об отрасли управления жидкостями.
Что в нем: Объявления о новых продуктах, технические статьи, видеоролики, специальные цены, отраслевая информация и многое другое, на что вам нужно подписаться, чтобы увидеть!

Подписаться на рассылку

Сильфонный манометр, Принцип работы

Манометр сильфона

Принцип работы

Манометр сильфонного типа состоит из тонкостенных металлических дисков с гармошкой по бокам, что позволяет ему расширяться и сжиматься, при этом один конец закрыт, а другой конец остается открытым.

При приложении давления с открытой стороны сильфона размер дисков увеличивается. Закрытый конец перемещается свободно, а стержень, соединенный между открытым и закрытым концами, перемещается вверх и вращает стрелку, которая показывает значение давления.

Видео предоставлено: I&C Channel

Конструкция и характеристики сильфона

Большинство сильфонных манометров подпружинены.Пружина противодействует сильфону и препятствует его полному расширению. Ограничение полного расширения сильфона защищает его и продлевает срок его службы.

В подпружиненном сильфонном элементе отклонение является результатом силы, действующей на сильфон и противодействующей силе пружины.

Общие характеристики сильфонных манометров приведены ниже:

Диаметр может варьироваться от 0,5 до 12 дюймов. Больший диаметр означает более высокую чувствительность и улучшение точности.
Количество складок может варьироваться от 5 до 20. Большее количество складок означает большую длину хода и создает большее усилие.
Сильфоны могут быть изготовлены из различных материалов, таких как фосфористая бронза, латунь, бериллиевая медь, нержавеющая сталь или другие металлы, подходящие для использования в манометре по назначению.

Диапазоны измерения

Диапазон измерения сильфонного манометра в основном зависит от следующих факторов:

Рабочая площадь сильфона
Весенний градиент
Материал, используемый для создания сильфона

Основное применение манометра сильфонного типа — измерение низкого давления или небольшого перепада давления.Хотя некоторые сильфонные приборы могут быть рассчитаны на измерение давления до 800 фунтов на квадратный дюйм.

Сильфонные манометры используются для измерения всех типов давления, таких как относительное давление, абсолютное давление, и дифференциальное давление.

Датчики относительного давления

Относительное давление измеряется по отношению к атмосферному давлению. Сильфоны обладают как свойствами расширения, так и сжатия.

Сильфон обычно используется для расширения при измерении относительно низких давлений. Давление процесса действует внутри сильфона и заставляет сильфон расширяться.

Для большего давления при сжатии будут использоваться сильфоны. В этом случае технологическое давление действует снаружи сильфона и вызывает его сжатие. Сильфоны обычно оснащаются усиленной пружиной для измерения большего давления.

Датчик абсолютного давления

Абсолютное давление – это давление относительно идеального вакуума.Общее устройство для измерения абсолютного давления требует двух сильфонов, первый сильфон обеспечивает идеальный вакуум, а второй сильфон является измерительным сильфоном.

Эти датчики абсолютного давления обычно используются для измерения относительно низкого давления; не оснащен калиброванным пружинным механизмом. Когда технологическое давление подается на второй сильфон, он расширяется, и отклонение передается на стрелку указателя через механизм.

Датчик перепада давления

Дифференциальное давление можно измерять как с одинарным, так и с двойным сильфоном.

Для устройства с одним сильфоном нам необходимо заменить атмосферное давление на второе технологическое давление на рисунке ниже.

Для двойного сильфона, как показано на рисунке ниже, низкое давление соединяется с первым сильфоном, а высокое давление соединяется со вторым сильфоном. Разница обоих рабочих давлений будет показана стрелкой.

Для измерения более высокого давления предпочтительны сильфоны меньшего диаметра, которые дополнительно могут быть снабжены внутренним и внешним пружинным механизмом.

Дифференциальный манометр сильфонно-мембранного типа может использоваться в агрессивных средах с агрессивными жидкостями или газами.

Надеюсь, вам понравилась эта статья о сильфонном манометре, его работе, конструкции и типах. Если у вас есть какие-либо отзывы, сообщите нам об этом в разделе комментариев ниже.

Следующие обязательные к прочтению статьи,

Вы можете прочитать больше статей об электрике, а также найти книги, которые повысят ваши знания в области приборостроения ⇒

Спасибо за внимание!

[Типы, детали, работа] и многое другое

В этом посте вы узнаете, что такое манометр и как это делается с помощью . Принцип работы, области применения, преимущества, типы манометров и многое другое

Механические манометры

Манометры или механические манометры это устройства, используемые для измерения давления путем уравновешивания столба жидкости пружиной или собственным весом.

Виды датчиков

Ниже приведены Обычно используемые Механические давления :

Датчик давления
Bourdon Tube Манометр
Манометр сильфона
Манометр под давлением

1. Давление диафрагмы Манометр

Механический прибор для измерения давления, используемый для измерения давления выше или ниже атмосферного давления. Обычно он используется для измерения относительно низких давлений.Мембранный манометр в простейшей форме состоит из гофрированной диафрагмы, как показано на рисунке.

Манометр подключен к жидкости, которая под давлением вызывает некоторую деформацию диафрагмы. С помощью шестеренчатой системы упругая деформация диафрагмы вращает стрелку. Этот указатель перемещается по откалиброванной шкале, которая непосредственно показывает давление.

Читать далее:

Преимущества мембранного манометра

Подходит для низкого давления.
Недорого.
Имеет широкий диапазон
Используется для измерения манометрического, атмосферного и дифференциального давления.
очень надежный.

Недостатки мембранного манометра

Плохая ударопрочность.
Сложность обслуживания.
Нижнее измерительное давление.

2. Манометр с трубкой Бурдона

Механический прибор для измерения давления, в котором в качестве чувствительного элемента используется изогнутая или скрученная металлическая трубка, сплющенная в поперечном сечении и закрытая, известная как трубка Бурдона.

Устройство для измерения давления газов или жидкостей. Он состоит из полукруглой или спиральной гибкой металлической трубки, соединенной с манометром, который регистрирует степень выпрямления трубки под давлением газа или жидкости внутри. Как правило, он используется для измерения высоких давлений.

Прибор подключен к жидкости, которая под давлением течет в трубку Бурдона. В результате повышенного давления трубка имеет тенденцию выпрямляться.Поскольку трубка заключена в круглую крышку, она имеет тенденцию становиться круглой, а не прямой.

С помощью простой шестерни и сектора упругая деформация трубки Бурдона вращает стрелку. Этот указатель перемещается по калиброванной шкале, которая непосредственно указывает давление.

Преимущества манометра с трубкой Бурдона

Простая конструкция и низкая стоимость.
Обладает отличной чувствительностью.
Обладает высокой точностью.
Этот манометр доступен для различных диапазонов

Недостатки манометра с трубкой Бурдона

Медленная реакция на изменение давления.
Подвержен ударам и вибрации.
Подвержен гистерезису.
Недоступно для условий низкого давления.

Применение манометра с трубкой Бурдона

Газораспределительная система.
Используется в гидравлической установке.
Используется в пневматической установке.

3. Сильфонный манометр

Это устройство, чувствительный к давлению элемент выполнен из тонкой металлической трубки с глубокой окружностью при изменении давления по мере увеличения или уменьшения упругих элементов.

К нему подключена стрелка, которая показывает показания на круглом циферблате. Он расширяется при увеличении давления, а при низком давлении эластичные элементы в манометре сжимаются.

Вот и все. Спасибо за прочтение, если у вас есть вопросы по « Типы механического манометра » задавайте в комментариях.Если вы нашли этот пост полезным, пожалуйста, поделитесь им с друзьями.

Читайте также:

Манометр Бурдона — обзор

4.2.1 Манометры Бурдона и мембранные

В манометрах Бурдона и диафрагменных давление измеряется путем определения прогиба упругого элемента, наружная и внутренняя поверхности которого представлены к неизвестному и эталонному давлениям соответственно. Обычно манометры этого типа являются автономными (не требуют затрат энергии для их работы) и диапазоном давлений от атмосферного до примерно 133.32 Па (1 торр). Давления ниже на порядок можно точно определить, компенсируя некоторые факторы, ограничивающие их измерительную способность. Некоторыми такими факторами являются упругие дефекты измерительного элемента, вызывающие гистерезис и дрейф нуля, механические дефекты из-за трения, люфта механической системы, который усиливает деформацию упругого элемента, и тепловые эффекты из-за колебаний температуры окружающей среды. , что приводит к изменению модуля упругости чувствительного элемента и неодинаковому расширению различных материалов, используемых для изготовления прибора (несоответствующие температурные коэффициенты).

Манометр Бурдона состоит из полой металлической трубки с плоским или эллиптическим поперечным сечением, изогнутой различной формы (рис. 4.2а). В случае змеевиковой трубы один ее конец, объединенный в короб, может быть подключен к вакуумной системе. Другой конец запаян и механически присоединен к стрелке, перемещающейся по калиброванной шкале (рис. 4.2б). Если давление внутри полой трубы меняется по отношению к атмосферному давлению снаружи (эталонное давление), катушка отклоняется.Кривизна гибкой трубы имеет тенденцию становиться больше или меньше в зависимости от того, выше или меньше давление в системе, чем эталонное давление. Изменения атмосферного давления приводят к значительным ошибкам, главным образом, в конце шкалы низкого давления.

Рис. 4.2. (а) Обычные формы изгиба трубок Бурдона; (б) схема манометра Бурдона. P _x неизвестное давление.

Обычно полые трубки закаляются, чтобы избежать ошибок из-за дефектов упругости.Трубки Бурдона из кварца (плавленого кварца) используются вместо металлических трубок в приложениях, где гистерезис чувствительного элемента должен поддерживаться на более низких значениях. Реакция на вибрации кварцевых трубок более выражена по сравнению с металлическими трубками. Дрессье (1965) заложил теоретическую основу трубок Бурдона.

Мембранный манометр использует в качестве чувствительного к давлению элемента тонкую круглую (обычно) металлическую пластину, либо плоскую, либо гофрированную, чтобы избежать коробления (рис.4.3). При одинаковом диаметре и толщине плоские пластины более чувствительны, чем гофрированные (Бромбахер, 1970, с. 18).

Рис. 4.3. Капсюльная диафрагма. (Квартира; б) гофрированный.

В анероидных инструментах две диафрагмы, герметичные и соединенные по периферии, помещаются в так называемую капсулу . Капсулу, откачанную до низкого давления (эталон), запаивают и помещают в коробку, где она подвергается воздействию измеряемого давления.Отклонение капсюля механически усиливается. Увеличенные прогибы можно получить, укладывая несколько капсул друг на друга.

Диапазон давления мембранных манометров может быть существенно снижен за счет использования электрических преобразователей емкостного или индуктивного типа.

Основы инженерного дела: манометры и расходомеры

Загрузить эту статью в формате .PDF

Большинство манометров для измерения давления имеют одну общую характеристику: измеряемое давление является единственным источником энергии, необходимым для обеспечения визуальной индикации статического давления.Некоторая форма эластичной камеры внутри корпуса манометра преобразует давление в движение, которое через соответствующие звенья, рычаги и зубчатую передачу преобразуется в движение стрелки по шкале индикации. В манометрах гидравлических систем обычно используются три типа эластичных камер:

С-образные, спиральные и винтовые трубки Бурдона

сильфоны
и
одно- и многокапсульных стопок.

Конструкции с трубкой Бурдона

Рис.1. Вид в разрезе С-образного манометра с трубкой Бурдона. Деформация трубки Бурдона под давлением вызывает ее деформацию. Передача этой деформации указателю через рычажный механизм обеспечивает визуальную индикацию давления.

С момента изобретения манометра с трубкой Бурдона более века назад производители манометров разрабатывали различные типы манометров для удовлетворения конкретных потребностей, никогда не меняя основной принцип работы манометра. В настоящее время общедоступны манометры с трубкой Бурдона, рис. 1, для измерения широкого диапазона манометрического, абсолютного, герметичного и дифференциального давления, а также вакуума.

Они изготавливаются с точностью до 0,1% диапазона и диаметром циферблата от 1 ¹ / ₂ до 16 дюймов. Различные аксессуары могут повысить их производительность и полезность. Например, могут быть установлены амортизаторы и изоляторы манометра для защиты чувствительной внутренней части манометра от скачков давления. Наличие манометров с трубкой Бурдона для удовлетворения конкретных потребностей в сочетании с присущей им прочностью, простотой и низкой стоимостью привело к их широкому использованию во многих приложениях.

Датчики
, в которых в качестве эластичной камеры используются С-образные трубки Бурдона (тип, показанный на рис. 1), на сегодняшний день являются наиболее распространенными. Жидкость под давлением поступает в шток снизу (который иногда вместо этого устанавливается по центру сзади) и проходит в трубку Бурдона. Трубка имеет уплощенное поперечное сечение и запаивается на конце. Любое давление в трубке, превышающее внешнее давление (обычно атмосферное), вызывает упругое изменение формы трубки Бурдона на более круглое поперечное сечение.
Это изменение формы поперечного сечения приводит к выпрямлению С-образной формы трубки Бурдона.При фиксированном нижнем конце штока выпрямление заставляет наконечник на противоположном конце перемещаться на короткое расстояние — от ¹ / ₁₆ до ¹ / ₂ дюймов, в зависимости от размера трубки. Затем механическое движение передает это движение наконечника на зубчатую передачу, которая вращает указатель на градуированной шкале для отображения приложенного давления. Часто движение включается, чтобы обеспечить механическое преимущество, увеличивающее относительно короткое движение наконечника трубки.

Рис. 2. Упрощенный вид спирального манометра с трубкой Бурдона и механизма. Спиральные и винтовые манометры Бурдона

Рис. 3. Упрощенный вид винтового манометра с трубкой Бурдона и механизма.
Трубки Бурдона
также могут иметь форму спирали, рис. 2, или спирали, рис. 3. В каждой из них используется сплющенная трубка большой длины для увеличения хода наконечника. Это не меняет принцип работы трубки Бурдона, но создает движение наконечника, равное сумме отдельных движений, которые могут возникнуть в результате каждой части спирали или спирали, рассматриваемой как С-образная форма.Спирали и спирали малого диаметра могут быть изготовлены для обеспечения движения, достаточного для перемещения указателя непосредственно по дуге до 270 ° без необходимости использования умножающего движения. В качестве альтернативы они могут быть изготовлены для использования в сочетании с множительным движением. В этом случае требуемое движение распределяется на несколько оборотов, что приводит к снижению напряжения в материале Бурдона. Это улучшает усталостную долговечность по сравнению с C-образной трубкой Бурдона в том же диапазоне давлений.
Сильфоны и диафрагмы

Рис. 4. Поперечное сечение манометра с подпружиненным сильфоном.
Применение низкого давления не создает достаточного усилия в трубке Бурдона для работы механизма умножения; поэтому манометры с трубкой Бурдона обычно не используются для диапазонов давления ниже 12 фунтов на квадратный дюйм. Для этих диапазонов необходимо использовать другую форму эластичной камеры, например, металлический сильфон, рис. 4. Эти сильфоны обычно изготавливаются путем формирования тонкостенных трубок.Тем не менее, чтобы получить разумную усталостную долговечность и движение, более линейное по давлению, винтовая пружина дополняет внутреннюю жесткость сильфона. Эти подпружиненные сильфонные манометры обычно используются в диапазонах давления до 100 фунтов на кв. дюйм и до 1 дюйма ртутного столба.
Металлические диафрагмы
также используются в качестве эластичной камеры в манометрах низкого давления. Пластина диафрагмы выполнена из тонкого листового металла в виде неглубокой чашки с концентрическими гофрами. Чтобы сделать элемент с низкой жесткостью пружины, который вызывает значительное отклонение от небольшого изменения давления, две пластины могут быть спаяны мягким припоем, спаяны или сварены по их периферии, чтобы сформировать капсулу, а дополнительные капсулы могут быть соединены в их центрах, чтобы сформировать стек, рисунок 5.

Рис. 5. Поперечное сечение манометра с металлической диафрагмой и уложенными друг на друга капсулами.
Как правило, измеренное давление прикладывается к внутренней части элемента, и дополнительные винтовые пружины не используются. Капсула диаметром 2 дюйма (две пластины) обеспечит перемещение примерно на 0,060 дюйма без превышения предела упругости материала. Этого обычно достаточно для работы множительного движения с высоким передаточным числом, потому что отклонение диафрагмы может передавать большую силу.
Мембранные элементы часто используются в манометрах для индикации абсолютного давления.В этой форме элемент диафрагмы вакуумирован. герметичен и установлен в закрытой камере. Измеряемое давление поступает в закрытую камеру и окружает элемент диафрагмы. Изменения измеренного давления вызывают отклонение элемента, но поскольку атмосферное давление исключается и не влияет на показания, манометр можно калибровать по абсолютному давлению. Если приложенное давление равно атмосферному давлению, манометр называется барометром.
Элементы диафрагмы также могут использоваться в противоположном расположении.При вакуумировании одной стороны узла манометр может показывать абсолютное давление. Если давление прикладывается к одной стороне сборки, а второе давление прикладывается к другой стороне, то будет отображаться дифференциальное давление. Дифференциальное давление ограничено по отношению к статическому давлению, которое может быть приложено. То есть манометр может быть пригоден для измерения давления в диапазоне от 10 до 12 фунтов на кв. дюйм, но не может использоваться для измерения давления в диапазоне от 100 до 102 фунтов на кв. дюйм. Кроме того, необходимо учитывать последствия непреднамеренного приложения полного давления к одной стороне элемента и отсутствия давления к другой стороне элемента.
Выбор
При выборе манометра необходимо учитывать ряд соображений:
размер соединения — номинальный размер порта или фитинга, в который будет ввинчиваться манометр, наружная или внутренняя резьба, и размер резьбы
Конфигурация монтажа
— крепление снизу или сзади по центру на штоке или на панели
Размер циферблата — достаточно большой, чтобы его можно было четко увидеть на расстоянии, но достаточно маленький, чтобы не занимать слишком много места
единиц измерения — определите, следует ли калибровать циферблат в фунтах на квадратный дюйм, барах, кПа и т. д.Многие производители предлагают датчики с двухмерной шкалой
.
материалы конструкции — манометры могут иметь стеклянный или пластиковый кристалл, металлический или пластиковый корпус и обычно латунное соединение. Убедитесь, что материалы совместимы с окружающей средой и жидкостью
.
сухие или заполненные жидкостью — заполненные жидкостью манометры обычно содержат глицерин для смягчения последствий ударов и вибрации и обеспечивают постоянную смазку механизма для продления срока службы, и
Диапазон давления
— как правило, выбирайте манометр с максимальным показанием давления, в два раза превышающим ожидаемое измеренное давление.Это обеспечивает запас прочности для предотвращения повреждения манометра временными пульсациями высокого давления или пиками.
Опции и аксессуары
Доступны различные опции и аксессуары для увеличения срока службы и улучшения работы манометров. Цифровое считывание осуществляется путем установки тензодатчика на чувствительный элемент и использования встроенной электроники для преобразования деформации, вызванной давлением, в цифровое считывание на светодиодной или ЖК-панели. Цифровым манометрам требуется источник питания — как правило, батарея с длительным сроком службы — и может использоваться переключатель, так что питание потребляется только при нажатии кнопки для считывания давления.
Изолятор манометра, установленный между манометром и контуром, предотвращает воздействие на манометр давления жидкости, пока не будет нажата кнопка. Таким образом, манометр не подвергается воздействию скачков и пульсаций давления, если только они не возникают при считывании давления.
Отверстия или демпферы защищают манометры, сглаживая колебания давления, наблюдаемые манометром. Демпферы могут вызвать медленную реакцию манометров, но могут продлить срок службы за счет гашения быстрых колебаний давления. Чтобы защитить манометр от внешних физических ударов, можно использовать защитные чехлы, которые заключают манометр в резину.
Производители предлагают множество других полезных опций, таких как встроенное регулируемое реле давления, которые делают манометры еще более универсальными.

Рис. 6. Расходомеры, в отличие от манометров, как правило, не устанавливаются постоянно в гидравлическом или пневматическом оборудовании и должны быть временно подключены к контуру перед использованием. Расходомеры
В отличие от манометров, которые на протяжении десятилетий стационарно устанавливались на подавляющем большинстве гидравлических и пневматических систем, расходомеры по-прежнему используются в основном для испытаний с целью оценки производительности системы, рис. 6.Системы, требующие непрерывного контроля потока, обычно используют электронные датчики потока, а не расходомеры, которые не требуют питания.
В электронных датчиках расхода используются различные чувствительные элементы (турбины, объемные камеры, датчики перепада давления и т. д.) для генерации электронного сигнала, пропорционального потоку или иным образом отражающего его. Затем этот сигнал направляется на электронный дисплей или схему управления. Однако датчики потока сами по себе не производят визуальной индикации потока, и им требуется внешний источник питания для передачи сигнала на аналоговый или цифровой дисплей.

Рис. 7. Вид в разрезе показывает внутренние компоненты расходомера, обеспечивающие визуальную индикацию расхода. Жидкость, поступающая с левой стороны расходомера, проходит через переменное отверстие, образованное между наружным диаметром конического вала и внутренним диаметром подпружиненного поршня. Динамический поток толкает поршень вправо до тех пор, пока отверстие не станет достаточно большим для размещения потока.
Автономные расходомеры, с другой стороны, полагаются на динамику потока, чтобы обеспечить визуальную индикацию потока. Хотя детали конструкции у разных производителей различаются, расходомеры работают по принципу динамического давления.Основными компонентами являются конический вал и подпружиненный поршень, рис. 7.
При отсутствии потока жидкости исполнительная пружина толкает поршень в крайнее левое положение. Когда жидкость поступает с левой стороны, давление воздействует на пружину и нарастает, открывая отверстие, образованное между внутренним диаметром поршня и наружным диаметром конического вала, толкая поршень вправо. По мере того, как поршень толкается дальше вправо, площадь отверстия увеличивается, потому что эффективная площадь конического вала уменьшается.В конце концов площадь отверстия станет достаточно большой, чтобы динамическое давление потока сравнялось с противодействующей силой пружины. Таким образом, положение поршня в равновесии указывает на поток.
В некоторых случаях расход можно измерить напрямую, сравнив положение поршня с калиброванной шкалой, нанесенной на прозрачный внешний корпус расходомера. Однако для большинства гидравлических применений поршень обычно имеет встроенный магнит, который перемещает ведомое кольцо. Затем положение ошейника можно сравнить с калиброванной шкалой.
Поскольку индикация расхода зависит от динамики жидкости, изменения физических свойств жидкости могут повлиять на показания. Это связано с тем, что расходомер откалиброван на жидкость, имеющую определенный удельный вес в пределах диапазона вязкости. Большое отклонение температуры может изменить удельный вес и вязкость гидравлической жидкости, поэтому, если расходомер используется, когда жидкость очень горячая или очень холодная, показания расхода могут не соответствовать спецификациям производителей. Однако, поскольку большая часть оборудования тестируется в рабочих условиях, точность показаний, как правило, должна соответствовать спецификациям производителей.
Манометр Бурдона — Работа, Преимущества, Применение
Манометр Бурдона используется для измерения давления.
Трубки Бурдона измеряют манометрическое давление относительно атмосферного давления окружающей среды, а не абсолютное давление; вакуум ощущается как обратное движение. Когда измеряемое давление быстро пульсирует, например, когда манометр находится рядом с поршневым насосом, часто используется ограничение отверстия в соединительной трубе, чтобы избежать ненужного износа шестерен и обеспечить среднее показание; когда весь манометр подвергается механической вибрации, весь корпус, включая стрелку и индикаторную карту, можно заполнить маслом или глицерином.Типовые высококачественные современные манометры обеспечивают точность ±2% от полной шкалы, а специальный высокоточный манометр может иметь точность до 0,1% от полной шкалы.
Основной принцип манометра с трубкой Бурдона:-
Когда датчик упругости (в данном случае трубка Бурдона) подвергается воздействию давления, он выходит из строя. Это отклонение пропорционально приложенному давлению при калибровке.
В манометре Бурдона используется принцип, согласно которому сплющенная трубка имеет тенденцию приобретать более круглое поперечное сечение при воздействии давления.Хотя это изменение в поперечном сечении может быть едва заметным, смещение материала трубки увеличивается за счет придания трубке С-образной формы или даже спирали, так что вся трубка имеет тенденцию упруго выпрямляться или разматываться, когда он находится под давлением.
Схема манометра с трубкой Бурдона:
Манометр с трубкой Бурдона (Источник изображения: https://www.avnet.com/)
Конструкция манометра с трубкой Бурдона: —
Основные части этого Прибор представляет собой эластичный преобразователь, представляющий собой трубку Бурдона, которая закреплена и открыта с одного конца для приема измеряемого давления.Другой конец трубки Бурдона свободен и закрыт. Поперечное сечение трубки Бурдона эллиптическое. Трубка Бурдона изогнута в виде дуги окружности. К свободному концу трубки Бурдона прикреплено регулируемое звено, которое, в свою очередь, соединено с сектором и шестерней. К валу шестерни присоединен указатель, который перемещается по шкале, откалиброванной по давлению.
Манометр типа Бурдона
Работа с трубкой Бурдона:-
Измеряемое давление подключается к фиксированному открытому концу трубки Бурдона.Приложенное давление действует на внутренние стенки трубки Бурдона. Из-за приложенного давления трубка Бурдона имеет тенденцию изменяться в поперечном сечении с эллиптического на круглое. Это приводит к выпрямлению трубки Бурдона, вызывая смещение свободного конца трубки Бурдона.
Это смещение свободного закрытого конца трубки Бурдона пропорционально приложенному давлению. Поскольку свободный конец трубки Бурдона соединен с системой звено-секция-шестерня, смещение усиливается и преобразуется во вращательное движение шестерни.Когда шестерня вращается, указатель занимает новое положение на калиброванной шкале давления, чтобы напрямую указывать приложенное давление. Поскольку давление в футляре с трубкой Бурдона обычно равно атмосферному, стрелка показывает манометрическое давление.
Применение манометра Бурдона:-
Они используются для измерения среднего и очень высокого давления.
Для измерения высокого давления, напр. в паровых котлах, компрессорах.
Для измерения давления в автомобильных шинах.
Преимущества манометра Бурдона:-
Эти манометры с трубкой Бурдона дают точные результаты.
Низкая стоимость трубки Бурдона.
Трубки Бурдона имеют простую конструкцию.
Могут быть модифицированы для получения электрических выходов.
Они безопасны даже для измерения высокого давления.
Высокая точность, особенно при высоких давлениях.

принцип действия, схема, виды и т.д.

Принцип работы технического манометра

Как пользоваться техническим манометром

Как читать показания манометра

Принцип работы манометра

Виды и конструкция прибора

Жидкостные системы измерения

Классификация приборов давления

Принцип работы ионизационных вакуумметров

подробно простым языком. Виды трубок Бурдона

Принцип действия деформационных манометров.

Рисунок 2 — Схема устройства манометра с трубкой Бурдона

Рисунок 3 – Кинематическая схема манометра с трубкой Бурдона

Принцип работы трубки Бурдона

Виды трубок Бурдона

Принцип действия деформационных манометров.

Схема устройства манометра с трубкой Бурдона

Устройство и принцип работы пружинного манометра

Виды и конструкция прибора

Разновидности систем для измерения давления

Жидкостные системы измерения

Электроконтактные приборы

Образцовые измерители

Специальные устройства

Самопишущие приборы

Судовые и железнодорожные

2.3.1. Манометры на основе мембран, мембранных коробок, сильфонов

Виды измерительных приборов

Манометр ионизационный

Жидкостный манометр.

принцип действия. Что такое манометр, для чего используется

Принцип работы технического манометра

Как пользоваться техническим манометром

Как читать показания манометра

Виды и конструкция прибора

Разновидности систем для измерения давления

Жидкостные системы измерения

Электроконтактные приборы

Образцовые измерители

Самопишущие приборы

Судовые и железнодорожные

Виды измерительных приборов

Манометр ионизационный

Принцип работы датчика давления — Variohm EuroSensor

Статическое давление

Принцип работы датчика давления

Для чего используются датчики давления?

Датчики давления от Variohm

Цифровые манометры — принцип их работы

Принцип работы

Зачем выбирать цифровой манометр вместо аналогового?

Точность цифрового манометра

Ежемесячный информационный бюллетень Tameson

Сильфонный манометр, Принцип работы

[Типы, детали, работа] и многое другое

Механические манометры

Виды датчиков

1. Давление диафрагмы Манометр

Преимущества мембранного манометра

Недостатки мембранного манометра

2. Манометр с трубкой Бурдона

Преимущества манометра с трубкой Бурдона

Недостатки манометра с трубкой Бурдона

Применение манометра с трубкой Бурдона

3. Сильфонный манометр

Манометр Бурдона — обзор

4.2.1 Манометры Бурдона и мембранные

Основы инженерного дела: манометры и расходомеры

Конструкции с трубкой Бурдона

Сильфоны и диафрагмы

Выбор

Опции и аксессуары

Манометр Бурдона — Работа, Преимущества, Применение

Основной принцип манометра с трубкой Бурдона:-

Схема манометра с трубкой Бурдона:

Автор: alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики