Приборы для измерения давления и разряжения

Классификация приборов.

Все приборы для измерения давления и разрежения можно разделить:

А. По роду измеряемой величины

Барометры — для измерения атмосферного давления. Манометры — для измерения избыточного давления. Вакуумметры — для измерения разрежения (вакуума).

Мановакуумметры — для измерения давления и разрежения.

Дифференциальные манометры — для измерения разности (перепада) давлений.

Б. По принципу действия

Жидкостные, в которых измеряемое давление уравновеши­вается столбом жидкости.

Поршневые, в которых измеряемое давление, действуя по одну сторону поршня, уравновешивается силой, приложенной с про­тивоположной стороны. В качестве уравновешивающей силы используют непосредственную нагрузку (грузы).

Пружинные, в которых измеряемое давление деформирует различного рода пружины. Величина деформации, увеличенная при помощи передаточного механизма, а также преобразованная в перемещение указателя, является мерой измеряемого давления.

Электрические, основанные на изменении электрических свойств некоторых материалов при воздействии на них давления. К числу электрических приборов для измерения давления отно­сятся такие, в которых используется пьезоэффект, проводимость, а также емкостные и др.

Комбинированные, принцип действия которых носит смешан­ный характер (пружинно-электрические, пружинно-поршневые, жидкостно-электрические и др.).

В.По конструкции

Жидкостные: U-образные, чашечные (однотрубные), наклон­ные, колокольные (одноколокольные и двухколокольные), коль­цевые (кольцевые весы), поплавковые.

Поршневые: с простым поршнем, дифференциальным поршнем, измерительным мультипликатором.

Пружинные: трубчатые, трубчатые многовитковые (геликои­дальные), мембранные, сильфонпые, анероидные.

Электрические: манометры сопротивления, пьезоэлектрические, емкостные, магнитострикционные.

Комбинированные манометры. Они разнообразны по своему исполнению и их трудно собрать в определенные группы.

Г. По способу отсчета

Показывающие.

Регистрирующие.

Показывающие дистанционные с электрической или пневмати­ческой передачей.

Регистрирующие дистанционные с электрической или пневма­тической передачей.

Дифференциальные манометры применяются преимущественно для измерения расхода по методу переменного перепада давления.

Д. По назначен и ю

Образцовые, применяемые только для целей поверки.

Рабочие, применяемые непосредственно для целей измерения.

Жидкостные манометры

Благодаря простоте и надежности гидростатического прин­ципа, положенного в основу работы жидкостных манометров, эти приборы, являясь одними из первых применявшихся для измерения давления, не утратили своего значения и до сих пор.

Жидкостные манометры позволяют измерять давление с боль­шой точностью, поэтому долгое время по пим проверяли и градуи­ровали различные манометры. Лишь сравнительно недавно для этой цели стали применять поршневые (грузовые) манометр

Наиболее простым, распространенным и вместе с тем точным прибором является U-образный манометр (рис. 1). Этот манометр представляет собой согнутую    стеклянную трубку, заполненную жидкостью и прикрепленную к доске, на которой имеется шкала для отсчетов. Один конец трубки сообщается с атмосферой, другой подключается к измеряемой среде. Рабочей жидкостью может быть ртуть, вода, толуол, керосин, этиловый спирт. Если оба конца трубки сообщаются с атмосферой, то на основании закона сооб­щающихся сосудов жидкость в обеих труб­ках будет находиться на одном уровне. Это положение   

 жидкости в трубках при отсутствии давления должно совпадать с  

 нулевой отметкой шкалы. Если правый конец трубки соединить с   

 замкнутым сосудом, в котором желательно измерить давление (пусть это давление больше атмосферного), то жидкость в этом колене опустится, а в левом поднимется и займет положе­ние, соответствующее равновесию между весом столба жидкости в левом колене и давлением в замкнутом сосуде. Равновесие в сечении I —I можно записать так:

Ра f = Рв+hγ f,                                                                                                     (1)

где р_а — абсолютное давление в сосуде; рв — давление атмосферы; h — разность уровней жидкости;   γ – удельный вес жидкости; f — площадь сечения трубки. Равенство (1)) можно переписать так:

Ра — Рв = hγ.                                                                         (2)

Поскольку разность между абсолютным ра и атмосферным р_е давлениями равна избыточному давлению р, то можно написать, что

р = hγ.                                                                                    (3)

Равенство (3) показывает, что измеряемое давление зависит от разности уровней, плотности жидкостей и не зависит от сече­ния трубки.                

Таким образом, определение давления U -образным манометром производится по отсчету разности уровней жидкости в обеих коленах трубки.

Чтобы получить р в кГ/см², необходимо γ выражать кг/см³, а h — в сантиметрах.

Если давление в замкнутом сосуде меньше атмосферного, то жидкость переместится в правое колено. Следовательно, этот прибор пригоден также и для измерения разрежения, поэтому его называют мановакуумметром.

Кроме того, равенство (3) показывает, что точность определе­ния давления зависит от точности отсчета h и точности определе­ния плотности жидкости.

Манометры с электрической передачей показаний на расстояние

Манометр с электрической передачей показаний состоит из пер­вичного показывающего манометра с индукционным датчиком и вторичного показывающего или самопишущего прибора.

Первичный и вторичный приборы имеют одинаковые катушки, соединенные параллельно. Уравнительный провод соединяет средние точки катушек. Схема питается от сети переменного тока напряжением 110— 127 в. Внутри катушек помещены сердечники из отожженного железа. Сердечник датчика связан с измерительным элементом и пере­мещается в зависимости от изменения давления измеряемой среды.

Комплект манометра с электрической передачей состоит из первичного показывающего манометра МУЭ с датчиком и одного вторичного прибора (показывающего Э-280 или самопишущего Э-610).

Первичный манометр МУЭ в качестве упругого элемента имеет многовитковую трубчатую пружину с большим перестановочным моментом.

Устройство первичного прибора показано на рис. 40.

Упругий элемент — пружина 1 имеет более мощную кон­струкцию, нежели пружина, применяемая в манометрах МГ. Он собран на кронштейне и укреплен на основании 2 круглого корпуса. При раскручивании упругий элемент поворачивает поводком 3 кулису 6, которая поворачивает коромысло 5. На конце коромысла на тяге 11 подвешен сердечник 12, перемещаю­щийся в катушке 13. Сердечник 12 уравновешен противогрузом 4.

Одновременно с коромыслом поворачивается рычаг 7, который через тягу 9 передает перемещения рычагу сектора 10, связанному с трибкой, сидящей на одной оси с показывающей стрелкой 8.

Таким образом, раскручивание геликса,

Рис.40. Манометр МЭУ с датчиком    пропорциональное измеряемому давлению, вызывает соответствующее перемещение сердечника и указывающей стрелки. Стрелка поворачивается на 270°.

Концы катушки выведены на клеммную колодку 15, к которой присоединен конец трехжильного кабеля 14, выведенный через заглушку штуцера.

Устройство показывающего вторичного прибора Э-280 пока­зано на рис.41.

В цилиндрическом канале катушки 1 помещен сердечник 2, подвешенный к коромыслу 5 и уравновешенный грузом 3. Перемещение сердечника заставляет поворачиваться свободно сидящее на оси коромысло, шарнирно связанное тягой 6 с ползу­ном 7, которая винтом 8 укреплена в прорези 9 зубчатого сек­тора 10. Сектор сцеп­лен с трибкой 11, на оси которой сидит стрелка 12.

Таким образом, при отклонении коромысла повертывается на неко­торый угол стрелка прибора.

Перемещая ползун 7 по прорези рычага 9, можно изменять пере­даточное число меха­низма, что обычно выполняется при тари­ровке прибора. На коромысле 5 имеется эксцентрик 13, поворот которого во­круг оси 4 вызывает поворот поводка 14, шарнирно связанного тягой 6 с рычагом 9 зубчатого сектора 10. Зубчатый сектор, сцеп­ленный с трибкой 11, передает перемещение стрелке прибора. При этом сердечник 2 и коромысло 5 остаются неподвижными.

Таким образом, при помощи этого устрой­ства можно устанавли­вать стрелку на нуль шкалы прибора. Опре­деленное положение по­водка 14 относительно коромысла 5 фикси­руется винтом 15. Индукционная ка­тушка датчика соединяется с катушкой вторичного при­бора трехжильным кабелем, жилы которого выводятся на клеммную панель 17 через отверстия 18 в корпусе при­бора.

Для предохранения механизма и сердечника вторичного прибора от перемещений во время транспортировки и монтажа прибор снабжен арретиром.

Арретир представляет собой стержень,который вставляется в отверстие шкалы прибора и проходит через отверстие 16 коромысла 5. лишая плунжир возможности перемещаться.

Манометры для измерения давления газов по конструкции не отличаются от манометров для измерения давления жидкостей, но имеют некоторые особенности. Так, один и тот же манометр нельзя использовать для измерения давления горючих и негорючих газов. С этой целью циферблаты манометров окрашиваются в разные цвета и на них делается надпись — название газа.   

Манометры для измерения давления кислорода тщательно обез­жириваются, так как соединение масла с кислородом приводит к взрыву. На циферблате этих манометров делается надпись «Кисло­род, маслоопасно».

Вакуумметры имеют конструкцию, аналогичную мано­метру с трубчатой пружиной (могут быть сидьфонные и мембранные), с той лишь разницей, что конец пружины при измерении вакуума не раскручивается, а, наоборот, закручивается. Это происходит вследствие того, что атмосферное давление более высокое, чем давле­ние внутри трубки, сплющивает    

  в еще большей степени, а следо­вательно, и закручивает свободный конец трубки. Шкала вакуум­метра отградуирована в мм. рт. ст.

Мановакуумметрами измеряются давления больше и меньше атмосферного. Правая часть делений      

                                                                  шкалы такого при­бора служит для измерения давления, а      

                                                                   левая — для разрежения Соответственно правая часть             

Рис. 41. Устройство показывающего             . шкалы проградуирована в единицах давления (кгс/см²),

вторич­ного прибора Э-280.                                а левая — в единицах разрежения (мм рт. ст.).

Электроконтактные манометры (ЭКМ). Для измерения давления и разрежения и одновременно для сигнализа­ции о достижении измеряемым параметром минимально или макси­мально допустимого значения применяют манометры с электриче­скими контактами (ЭКМ).

Измерительная система такого манометра аналогична манометру с трубчатой пружиной. Но помимо одной показывающей стрелки такие манометры имеют еще две стрелки-уставки с электрическими контактами. Положение этих стрелок может меняться оператором путем поворота головки, выведенной за защитное стекло наружу. Обычно одна стрелка-уставка устанавливается на минимально допу­стимое давление, а вторая — на максимально допустимое. В процессе измерений показывающая стрелка, поравнявшись с одной из стре­лок-уставок, замыкает контакты, в результате чего посылается импульс в сигнальное устройство или исполнительный механизм.

Класс точности этих манометров — 2,5.