Гост 8. 017-79. Государственный первичный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерений избыточного давления до 250 мпа.

 

В качестве государственного первичного эталона и образцовых средств измерения применяются, в основном, грузопоршневые манометры до 250 МПа и деформационные до 60 МПа.

 

Государственный первичный эталон состоит из:

-установки для поддержания давления;

- грузопоршневого манометра;

- набора мер массы.

 

Последовательность и точность передачи единицы давления от эталона к рабочим средствам регламентируется ГОСТом. На каждой ступени передачи погрешность возрастает в 2.5…5 раз.

 

 

В зависимости от принципа использованного для преобразования давления воздействующего на прибор, показание или сигнал манометры разделяются на:

 

– жидкостные

(измеряемое давление уравновешивается столбом жидкости)

 

Они применяются в качестве манометров (напоромеров) для измерения избыточного давления воздуха и неагрессивных газов до 700 мм вод. ст. (7000 Па) и 735 мм рт. ст. (0,1 МПа), тягомеров для измерения разрежения газовых сред до 700 мм вод. ст. (7000 Па), вакуумметров для измерения вакуума (разрежения) до 760 мм рт. ст. (0,101 МПа) и дифференциальных манометров для измерения

разности давлений неагрессивных газов, находящихся под давлением, близким к атмосферному, до 700 мм вод. ст. (7000 Па) и неагрессивных жидкостей, газов и паров, находящихся под давлением более 1 кгс/см2 (0,1 МПа), до 700 мм рт. ст. (0,09 МПа).

 

Приборы U-образные и чашечные используются в промышленности как местные приборы, т. е. они устанавливаются на площадках обслуживания или на отдельных элементах технологического оборудования. Приборы этого типа применяют в качестве контрольных и образцовых манометров и вакуумметров для поверки рабочих приборов, рассчитанных на те же диапазоны измерения давления, разрежения или разности давлений.

а) U-образный манометр:

 

 

Поскольку сечения трубок могут немного отличаться – используют обе высоты h₁ и h₂.

h= h₁+ h₂

 

 

В качестве рабочей жидкости обычно применяют воду или ртуть, а иногда и другие жидкости. Внутренний диаметр стеклянной трубки для изготовления U-образного прибора должен быть не менее 8—10 мм и по возможности одинаков по всей ее длине.

При малом диаметре трубки капиллярные свойства воды не позволяют применять ее в качестве рабочей жидкости в приборах этого типа. В этом случае в качестве рабочей жидкости рекомендуется применять спирт.

 

При применении U-образный манометр должен устанавливаться вертикально по отвесу.

Для измерения избыточного давления в объекте правое колено трубки прибора соединяют с объектом, а левое оставляют открытым (сообщенным с атмосферой); при измерении разрежения — левое колено прибора соединяют с объектом, а правое — оставляют открытым. При измерении разности давлений большее давле-

ние подводится к правому, а меньшее — к левому колену трубки прибора.

 

Обычно с помощью U-образного прибора давление, разрежение или разность давлений измеряют в миллиметрах водяного или ртутного столба. Результат измерения может бьггь выражен не в миллиметрах столба рабочей жидкости, а в паскалях по формуле:

Погрешность определения плотности рабочей жидкости настолько мала, что на точность измерения она влиять не может и относительная погрешность при измерении давления, разрежения или разности давлений U-образным прибором зависит в основном от высоты столба рабочей жидкости и точности его отсчета.

 

Для увеличения точности отсчета высоты столба рабочей жидкости U-образные приборы повышенной точности и образцовые снабжают зеркальной шкалой. Для приборов такого типа пределы допускаемой основной погрешности показаний не превышают ±1 мм столба рабочей жидкости.

б) однотрубный манометр:

F – площадь сечения сосуда;

f – площадь сечения трубки.

Если F/f>400, то f пренебрегаем                     

 

Основным достоинством чашечного прибора перед U-образным является то, что он позволяет производить только один отсчет. В этом случае при цене деления шкалы в 1 мм отсчет высоты столба в измерительной трубке может быть произведен с погрешностью, не превышающей ±l мм столба рабочей жидкости.

 

 

в) микроманометр:

При измерении малых давлений, разрежений или разностей давлений, выражающихся высотой столба рабочей жидкости в несколько десятков миллиметров, U-образные и чашечные приборы заменяют более точными приборами, называемыми микроманометрами.

 

 

Сушествуют микроманометры с изменяемым углом наклона измерительной трубки.

Недостатки жидкостных манометров:

1. Возможность заброса жидкости в импульсные трубки и далее в системе при перепаде давления (Целесообразно использование специальных ловушек и байпасных кранов);

2. Жидкость испаряется, загрязняется(Целесообразно использование жидкости с малой упругостью паров либо помещение тонкого защитного слоя на поверхности легко испаряемого слоя жидкости).

 

При использовании жидкостных манометров необходимо учитывать температуру измерения и даже ускорение свободного падения (при более точных измерениях) -поскольку приборы обычно калибруются под определенные условия: 4С для воды и 0С для ртути, например. См. паспорт манометра.

– Деформационные (ПРИБОРЫ ДАВЛЕНИЯ С УПРУГИМИ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ)

(действие основано на зависимости упругой деформации чувствительного элемента от измеряемого давления)

Приборы давления, основанные на использовании деформации или изгибающего момента упругих чувствительных элементов, воспринимающих измеряемое давление среды и преобразующих его в перемещение или усилие, применяют в различных областях техники в широком диапазоне измерений — от 5 кгс/м2 (50 Па) до 10 000 кгс/см2 (1000 МПа). Они изготовляются в виде тягомеров, напоромеров, тягонапоромеров, манометров, вакуумметров и мановакуумметров.

 

В зависимости от назначения приборы давления с упругими чувствительными элементами разделяются на образцовые и рабочие.

 

В качестве упругих чувствительных элементов в приборах давления используются мембраны, мембранные коробки, сильфоны и трубчатые пружины. Мембраны, мембранные коробки и сильфоны применяют в качестве чувствительных элементов также и в дифманометрах.

 

Одной из основных характеристик упругого чувствительного элемента является зависимость перемещения λ определенной его точки от действующей нагрузки р (давления или разности давлений) или сосредоточенной силы q. Статическая характеристика λ = f (р) или λ = f (q) упругого чувствительного элемента в зависимости от конструкции и способа его кагружения может быть линейной и

нелинейной. Обычно при проектировании упругих чувствительных элементов стремятся получить линейную их характеристику, а в слу-

чае нелинейной характеристики дня получения равномерной шкалы прибора применяют различные спрямляющие устройства.

 

Вследствие несовершенства упругих свойств реальных материалов ход статической характеристики λ = f (р) чувствительного элемента при увеличении и уменьшении нагрузки в пределах упругих деформаций неоднозначен и образует так называемую петлю гистерезиса. Размер гистерезиса является важной характеристикой, поскольку он определяет погрешность прибора. Существенное влияние на размер гистерезиса оказывают химический состав, структура материала и значение напряжений в материале чувствительного элемента. Гистерезис выражается обычно в процентах:

Несовершенство упругих свойств материала выражается также в том, что при постоянной нагрузке возможно изменение деформаций во времени. Это явление называется последействием. Если после снятия нагрузки деформации по истечении некоторого времени исчезают полностью, то такое последействие называется упругим. В результате упругого последействия стрелка прибора после

снятия нагрузки не сразу возвращается на нуль. Следует иметь в виду, что упругое последействие, складываясь с «чистым» гистерезисом, дает увеличение петли гистерезиса (см. рис). Поскольку имеет место одновременное проявление упругого последействия и «чистого» гистерезиса, то в практике их обычно не разделяют, а результат их совместного действия называют «практическим гистерезисом» или просто гистерезисом.

 

Под пластическим последействием понимают явление, при котором некоторая часть деформации в чувствительном элементе сохраняется при полной его разгрузке по истечении любого интервала времени. По истечении достаточно длительного времени напряжения в чувствительном элементе могут полностью исчезнуть. Ослабление напряжений с течением времени при условии постоянной деформации называется релаксацией напряжений. Интенсивная релаксация напряжений в упругом чувствительном элементе может быть причиной выхода его из строя.

Для уменьшения влияния релаксации и последействия на рабочие качества упругих чувствительных элементов они подвергаются в процессе изготовления стабилизации, т. е. специальной технологической операции, во время которой процессы пластического течения почти полностью заканчиваются.

 

При применении приборов давления следует иметь в виду, что в условиях переменной температуры изменение модуля упругости большинства материалов упругих чувствительных элементов приводит к появлению дополнительной температурной погрешности показаний прибора. В некоторых случаях дополнительная температурная погрешность может возникнуть также в результате изменения линейных размеров упругого чувствительного элемента при его

нагреве.

 

Для давлений до 5МПа пружины делают из латуни и бронзы.

Для давлений выше 5МПа – сталь(легированная), никелевый сплав.

Такие манометры бывают:

- образцовые (МО);

- общего назначения (ОБМ)

МО разных классов точности: 0.15; 0.25; 0.4.

ОБМ: 1.5; 2.5; 4 (хуже).

 

 

Виды упругих элементов:

1. Плоская мембрана – из стали или бронзы.

 

Плоские мембраны находят применение главным образом в приборах давления специальных конструкций, например пьезокварцевых, емкостных, индуктивных, с тензопреобразователями и т. д. Приборы этого типа обладают малой инерционностью и их можно использовать для измерения переменных давлений с частотой до нескольких сотен и тысяч герц.

 

Выпуклые мембраны

Выпуклые мембраны. Выпуклые (хлопающие) мемораны, изготовляемые из стали или бронзы, могут быть использованы в реле давления для сигнализации отклонения давления от заданного значеиия. При воздействии давления на мембрану ее прогиб на начальном участке статической характеристики возрастает плавно. Далее при увеличении давления происходит потеря устойчивости мембраны и она изменяет прогиб скачком (участок ab характеристики). При этом мембрана замыкает или размыкает электроконтакты, показанные схематично на рис. При дальнейшем увеличении давления прогиб мембраны на участке характеристики be будет снова возрастать монотонно. Если давление уменьшится до значения р2, то мембрана также скачком возвращается на участок характеристики ое. Размеры «хлопающих» мембран обычно подбирают опытным путем.

 

 

3. Гофрированные мембраны и мембранные коробки. Гофрировка поверхности мембраны в виде кольцевых волн значительно повышает надежность ее работы и спрямляет характеристику мембраны. На рис показаны наиболее распространенные формы профилей гофрированных мембран.

 

Гофрированные одиночные мембраны в качестве чувствительных элементов применяются редко. Наибольшее применение в приборах давления (тягомерах, напоромерах, дифманометрах и других приборах) получили мембранные коробки, образованные двумя спаянными или сваренными гофрированными мембранами и блоки из двух или нескольких мембранных коробок

 

 

Следует отметить, что влияние формы профиля на характеристику мембраны сравнительно невелико, поэтому принято воздействовать на эту характеристику путем изменения глубины гофрировки или толщины материала. Форму профи-

ля и число волн обычно выбирают из технологических или конструктивных соображений.

 

 

 

Неметаллические мембраны.

Кроме металлических мембран в напоромерах, тягомерах, дифманометрах, измеряющих малые давления и разности давлений, применяют неметаллические (вялые) мембраны. Эти мембраны изготовляют из специальной сетчатой ткани (капрона, шелка), покрытой бензомаслостойкой резиной или пластмассой.

Неметаллические мембраны, как правило, снабжаются жестким центром, диаметр которого обычно составляет примерно 0,8 рабочего.

 

Характеристики вялых мембран обычно снимают экспериментально, так

как рассчитать их аналитически не представляется возможным. Жесткость неметаллической мембраны недостаточна, поэтому ее снабжают винтовой, а иногда плоской пружиной. В таком случае пружина с мембраной выполняют функции упругого элемента.

 

Сильфоны.

 

Сильфоны. Сильфон представляет собой тонкостенную трубку с поперечной гофрировкой. Сильфоны применяются в напоромерах и тягомерах для измерения небольшого давления до 4000 кгс/м² (40 000 Па), в приборах для измерения вакуумметрического давления до 1 кгс/см² (0,1 МПа), абсолютного давления до 25 кгс/см2 (2,5 МПа), избыточного давления до 600 кгс/см² (60 МПа) и разности давлений до 2,5 кгс/см² (0,25 МПа). Сильфоны при работе на сжатие выдерживают давление в 1,5—2 раза большее, чем при воздействии давления изнутри.

 

Жесткость сильфона зависит от геометрических его размеров, толщины стенок заготовки трубки и упругих свойств материала, радиуса закругления гофра R и угла уплотнения. В тех случаях, когда необходимо увеличить жесткость сильфона, его снабжают винтовой цилиндрической пружиной.

 

Статическая характеристика сильфонов линейна в относительно небольших диапазонах перемещений, эффективная же площадь сильфона отличается высокой стабильностью в пределах рабочего участка характеристики. Поэтому в приборах