Устройство и принцип действия деформационных манометров

В деформационных манометрах используется зависимость деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы отизмеряемого давления. Пропорциональная давлению деформация или сила преобразуются в показания или соответствующие изменения выходного сигнала. Большинство деформационных манометров и дифманометров содержат упругие чувствительные элементы, осуществляющие преобразование давления в пропорциональное перемещение рабочей точки.

 Приборы для измерения давления могут классифицироваться по следующим характеристикам:

· виду измеряемого давления;

· принципу действия;

· назначению;

· по измеряемой рабочей среде;

· по защищенности;

· классу точности.

По виду измеряемого давления приборы подразделяются на:

· манометры;

· вакуумметры;

· мановакуумметры;

· напоромеры;

· тягомеры;

· тягонапоромеры;

· дифманометры;

· микроманометры;

· барометры.

Согласно ГОСТ 8.271-77 манометр — это измерительный прибор или измерительная установка для измерения давления или разности давлений.

Соответственно вакуумметр — это манометр для измерения давления разреженного газа.

Манометр, имеющий возможность измерять давление разреженного газа и избыточное давление (у прибора единая шкала), называют мановакуумметром.

Измерение малых значений (до 40 кПа) избыточного давления производится напоромерами, хотя такое название, как и такое подразделение по виду измеряемого давления (для малых значений), за рубежом отсутствует.

Тягомеры используются для измерения малого (до -40 кПа) вакуумметрического давления.

Приборы, имеющие часть шкалы вакуумметрического, а часть избыточного давления в пределах ±20 кПа, называются тягонапоромерами.

Европейские стандарты (EN837-1, EN837-2 и EN837-3) такое разделение производят по виду чувствительного элемента: трубчатый (Bourdon tube — Rohrfedern), мембранный — мембранная коробка — капсула (Diaphragm — Plattenfeder или Capsule — Кар-selfeder).

Приборы, предназначенные для измерения разности давлений в двух произвольных точках, именуют дифференциальными манометрами (дифманометрами).

Дифманометр, функционально обеспечивающий измерение малых значений разности двух давлений и имеющий верхний предел измерения не более 40 кПа (4000 кгс/м²), называют микроманометром.

Контроль и измерение атмосферного давления производят барометрами.

По принципу действия основную группу приборов для измерения давлений можно подразделить на следующие:

· жидкостные;

· деформационные;

· грузопоршневые;

· электрические и др.

К жидкостным относятся манометры, принцип действия которых основан на уравновешивании измеряемого давления или разности давлений давлением столба жидкости.

К ним относятся U-образные (двухтрубные) и чашечные (однотрубные) манометры. Приборы данного типа применяются в качестве местных приборов, а также в качестве контрольных и образцовых. U-образный манометр состоит из стеклянной трубки, заполненной примерно до половины своей высоты рабочей жидкостью, и шкалы, позволяющей производить отсчет уровней в обоих коленах. Измеряемое давление, разрежение или разность давлений уравновешивается и измеряется столбом жидкости h, определяемым как сумма столбов h₁ и h₂.

Чашечный манометр состоит из цилиндрического сосуда и сообщающейся с ним измерительной стеклянной трубки. При измерении давления в объекте его соединяют с сосудом прибора. Высота столба жидкости h, уравновешивающего давление, равна сумме столбов h₁ и h₂. Площадь сечения сосуда значительно больше площади сечения измерительной трубки, поэтому столб h₂ значительно меньше столба h₁. Столбом h₂ можно пренебречь или при измерениях вводят соответствующую поправку.

Рабочей жидкостью в этих приборах могут быть дистиллированная вода, ртуть, этиловый спирт.

В деформационных манометрах от измеряемого давления зависит степень деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы.

К деформационным относятся:

— пружинные манометры, в которых чувствительным элементом является трубчатая пружина;

— сильфонные, функционируют на основе сильфона;

— мембранные — на основе мембраны или мембранной коробки.

В грузопоршневых приборах, имеющих в большинстве случаев в качестве рабочего тела жидкость и часто называемых жидкостными, измеряемое давление уравновешивается давлением, создаваемым массой поршня с грузоприемным устройством, и массой грузов с учетом сил жидкостного трения.

Электрические манометры делятся на две группы:

1) основаны на свойстве некоторых материалов изменять свои электрические параметры под действием давления;

2) основаны на преобразовании механического воздействия измеряемой величины в электрический параметр при помощи соответствующих преобразователей.

По принципу действия различают электрические манометры, которые под действием давления изменяют:

1) сопротивление;

2) магнитную проницаемость;

3) индуктивность;

4) емкость;

5) ЭДС.

По назначению манометры подразделяются на следующие:

· общепромышленные, имеющие также название общетехнических или рабочих;

· эталонные, включающие государственный первичный, рабочие и другие эталоны.

Общепромышленные манометры предназначены для измерения давления непосредственно в ходе производственных процессов в рабочих точках промышленного оборудования.

Эталонные приборы используются для хранения и передачи размера единиц давления в целях единообразия, достоверности и обеспечения высокой точности его измерений.

В целях упорядочения отечественной метрологической терминологии и приближения ее к международной в нашей стране термин образцовое средство измерений заменен на термин рабочий эталон. Рабочие эталоны подразделяют на разряды (1, 2, 3-й), как это было принято для образцовых средств.

В промышленности встречаются контрольные манометры, которые применяются для контроля правильности показаний технических манометров в местах их установки. Термин «контрольные» специфичен для промышленных условий и не имеет места в законодательной метрологии настоящего времени, но широко использовался ранее. Вместо него сейчас используют термин «манометры повышенной точности».

По особенностям измеряемой рабочей среды манометрические приборы можно подразделить на следующие:

· общетехнические (общепромышленные);

· коррозионно-стойкие (кислотостойкие);

· виброустойчивые;

· специальные;

· кислородные;

· газовые.

В общепромышленных манометрах, предназначенных для эксплуатации в нормальных условиях промышленных предприятий, держатели и чувствительные элементы изготовлены из медных сплавов.

В коррозионно-стойких манометрических устройствах подводящий штуцер-держатель и чувствительный элемент выполнены из нержавеющей стали. Традиционно для подводящих и присоединительных штуцеров, передаточных механизмов и корпусов отечественными производителями используется нержавеющая сталь 12Х18Н9(10)Т. Чувствительные элементы таких приборов также выполняются из нержавеющей стали, но во многих случаях другого химического состава.

Виброустойчивые манометры предназначены для эксплуатации в условиях повышенных внешних вибраций и пульсаций измеряемой среды.

К специальным отнесены приборы, применяемые в неагрессивных средах, которые взаимодействуют с медными сплавами. Таковыми являются манометрические устройства, предназначенные для измерения давления аммиачных сред. Их чувствительный элемент изготовляется из упругой нержавеющей (хорошими упругими свойствами обладают стали 36НХТЮ и 42НХТЮ) или углеродистых сталей. Штуцер изготовляется из обычной стали. Специальными называются также приборы, работающие с вязкими средами, а также кристаллизующимися веществами и веществами, содержащими твердые частицы. В них присоединительный штуцер выполняется большого проходного сечения (30—90 мм), а измерительная полость заполнена несжимающейся жидкостью и отделена от рабочего измерительного пространства мембраной, воспринимающей измеряемое давление. Для вязких, кристаллизующихся или агрессивных веществ и сред с твердыми вкраплениями рекомендуется применение в комплекте с манометрическими приборами мембранных разделителей.

По защищенности от воздействия окружающей среды приборы, согласно ГОСТ 12997-84, подразделяют на следующие исполнения:

обыкновенное;

защищенное от попадания внутрь изделия твердых тел (пыли);

защищенные от попадания внутрь изделия воды;

защищенные от агрессивной среды;

взрывозащищенные;

защищенные от других внешних воздействий.

Несколько видов защиты может сочетаться в одном изделии.

Действие деформационных манометров основано на использовании зависимости между упругой деформацией чувствительного элемента и давлением. В качестве чувствительного элемента применяются трубчатые пружины, мембраны, сильфоны.