Механічні прилади вимірювання тиску

Механічні прилади знайшли широке розповсюдження для вимірювання надлишкового тиску і вакууму.

Механічні прилади базуються на деформації пружних елементів під дією вимірюваного тиску. Ці прилади мають цінні властивості – універсальність, простота конструкції, простота виготовлення, великий діапазон вимірювання і т.д. Завдяки цьому механічні прилади набули найбільшого поширення.

Механічні прилади випускаються класів точності від 0,005 до 6,01.

У механічних приладах сила, що створюється тиском, зрівноважується силами, що виникають при деформації пружних елементів. По величині пружної деформації елементу визначається вимірюваний тиск (розрідження).

Основні типи пружних елементів механічних приладів показані на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Пружні елементи пружинних приладів:

а – з трубчастою одновитковою пружиною, б – з багатовитковою (гелікоїдальною) трубчастою пружиною, в – з пластинчастою мембраною, г – з мембранною коробкою, д – з гармоніковою мембраною, д – з сильфоном, е – з м’якою мембраною.

Манометр з одновитковою трубчастою пружиною (манометр Бурдона). Ці прилади (рис. 2.8) набули найбільшого поширення для вимірювання тиску. Пружними елементами цих приладів є порожнисті трубки овального або еліптичного перетину, зігнуті по колу на 180–270°. Один кінець трубчастої пружини 1 закритий пробкою і через поводок 4 і зубчатий сектор 3 з’єднується з маленькою шестернею, закріпленою на осі стрілки 2 приладу. Інший кінець трубчастої пружини впаяний у тримач 5, який забезпечений штуцером 6 з різьбою для приєднання манометра до джерела вимірюваного тиску.

Рис. 2.8. Схема манометра з одновитковою трубчастою пружиною

 

При подачі надлишкового тиску у внутрішню порожнину пружини остання випрямляється, внаслідок чого вільний кінець переміщується. Переміщення вільного кінця пружини за допомогою поводка, зубчатого сектори і шестерні передається до стрілки, яка повертається, показуючи на шкалі величину вимірюваного тиску.

Величина переміщення кінця трубки складає декілька міліметрів, тому для отримання більшого кута повороту стрілки манометра застосовується передавальний механізм. Для усунення люфту між зубами шестерні і зубами сектора вісь стрілки забезпечується спіральною пружиною.

Манометри з одновитковою трубчастою пружиною випускаються з верхніми межами вимірювання від 0,1 до 10⁹ Па.

Ці манометри застосовуються також і для вимірювання вакууму. Шкали вакуумметра градуюють в мм рт. ст., з межею вимірювання до 760 мм рт. ст. (101325 Па).

Точність вимірювання тиску даними приладами невисока: похибка складає 3–4%. Якщо пружинна трубка манометра виконана з пружної сталі, що легко кородується водою і тим більше розчинами солей, то трубку Бурдона заповнюють силіконовим маслом, тиск на який передається через сильфоний роздільник.

Манометри з одновитковою трубчастою пружиною завдяки простоті будови, надійності дії і великому діапазону вимірювання знайшли широке розповсюдження для вимірювання тиску газу (кисню, аміаку, ацетилену і т. д.), повітря, пари і мазуту в трубопроводах. Корпуси манометрів забарвлені в певний колір залежно від виду газу і забезпечені відповідними написами.

Манометри з багатовитковою трубчастою пружиною. Ці манометри (рис. 2.9) випускаються як показуючі і самописні прилади із записом на дисковій діаграмі і сигналізацією надлишкового тиску.

Внаслідок більшої довжини багатовиткової пружини величина переміщення її вільного кінця більше, ніж у одновиткової трубчастої пружини, при одному і тому ж тиску. Під дією тиску пружина 1 розкручується і повертає вісь 3. Разом з віссю повертається важіль 2 з кареткою 4 і за допомогою тяг 5, 7, 8 переміщує державку пера 6, яка примушує перо переміщуватись по діаграмі.

До переваг манометрів з багатовитковою трубчастою пружиною відносяться широкий діапазон вимірювання, простота експлуатації, добре видима шкала, можливість використання для регулювання, сигналізації і автоматичного запису показів.

Рис. 2.9. Схема манометра з багатовитковою трубчастою пружиною

Мембранні прилади. Поширеними для вимірювання тиску і розрідження є мембранні прилади, в яких пружним елементом є пружна металева мембрана або м’яка мембрана з додатковою пружиною.

Мембранний (пластинчастий) манометр. В цьому приладі (рис. 2.10) в якості пружного елемента використовується гофрована пластинчаста мембрана 1, затиснута між фланцями 2. Верхній фланець є складовою частиною корпусу манометра, а нижній представляє одне ціле з штуцером 5, що служить для приєднання приладу на місці його встановлення. Стрілка 8, що розміщена на осі з маленькою шестернею 7, за допомогою зубчастого сектора 6, тяги 4 і стержня 3, з’єднана з мембраною. Під дією тиску пластинчаста мембрана 1 прогинається і стрілка 8 повертається вздовж шкали 9 на кут, що відповідає надлишковому тиску середовища, з яким з’єднаний штуцер 5. Для усунення люфту між зубами шестерні 7 і зубами сектора 6 вісь стрілки забезпечується спіральною пружиною 10.

Рис. 2.10. Манометр мембранний (пластинчастий)

 

Мембранні тягоміри, напороміри і тягонапороміри виготовляються з м’якою мембраною і з металевою мембранною коробкою у вигляді показуючих приладів.

На рис. 2.11 показана схема тягонапороміра з вертикальною профільною шкалою. Вимірюваний тиск (або розрідження) підводиться до патрубка 1 і діє на м’яку мембрану 2 з жорстким центром 3. Зусилля, що розвивається при цьому, врівноважується плоскою пружиною 4, вільний кінець якої кінематично зв’язаний із стрілкою 5 приладу, що переміщається вздовж шкали приладу 6. Промисловістю випускаються прилади типу ТМП, НМП, ТНМП з межами вимірювання від 25 до 2500 мм вод. ст. (3329 до 332900 Па) і від ±12 до ±1200 мм вод. ст (±1598 до ±159800 Па).

Рис. 2.11. Схема тягонапороміра з профільною шкалою

 

Рис. 2.12. Схема сильфоного тягонапороміри

 

На рис. 2.12 приведена схема сильфоного тягонапороміра типів МС і МСС. Вимірюваний тиск підводиться до штуцера приладу і через капіляр 1 передається в порожнину сильфоного вузла 2. Таким чином, вимірюваний тиск в цих приладах підведене зовні чутливого елементу приладу – сільфону 3. Для збільшення протидіючого зусилля сільфон забезпечується додатковою пружиною 4, поміщеною всередині нього. Під впливом вимірюваного тиску сільфон 3 стискається. Шток 5 переміщується і через передавальний механізм діє на важіль 6 зі встановленим на ньому пером для запису. Покази записуються на дисковій діаграмі, яка приводиться в обертання від годинникового механізму або синхронного двигуна.

Сильфоні прилади типу МС і МСС випускаються з верхніми межами свідчень від 0,25 до 4,0 кгс/см ² (24500 до 392000 Па), класу точності 1,5. Застосовуються прилади там, де необхідно безперервно контролювати тиск пари, газу або стиснутого повітря.

Прилади цієї конструкції випускають наступних типів: манометри показуючи і самопишучі (МС і МСС), вакууметри показуючи і само пишучі (ВС і ВСС), мановакууметри само пишучі (МВСС).

Перевагами даних приладів є вибухобезпечність, добра видимість шкали, можливість дистанційної передачі і автоматичного запису показів.

Рис. 2.13. Сигналізатор падіння тиску мембранний типу СПДМ

 

Крім приладів, що показують тиск, іноді застосовуються контактні прилади. Контактні прилади використовуються для блокування, сигналізації і автоматичного керування. Контактні прилади відрізняються від звичайних лише наявністю спеціальних електричних контактів. Контакти монтуються на спеціальних направляючих, поміщених під скло приладу. Установка контактів може бути виконана на будь-який показник в межах шкали приладу. В основному, контактні манометри використовують для аварійного блокування установок (при підвищенні тиску вище заданого вони відключають установку) і лише іноді для регулювання тиску (або температури).

Сигналізатор падіння тиску мембранний типу СПДМ (рис. 2.13) призначений для сигналізації падання тиску вимірювального середовища нижче встановленої величини.

Прилад складається із корпусу, в якому поміщенні мембрана 1, контактний пристрій 5 і пружина 2 для встановлення величини тиску, при якому відбувається спрацювання контактного пристрою.

Тиск підводиться до штуцера приладу і діє на мембрану 1. Переміщенню мембрани вгору протидіє пружина 2, натяг якої регулюється гайкою 4. при падінні тиску нижче встановленої величини мембрана 1 разом з віссю 3 опуститься і замкне електричні контакти 5, які можуть бути включенні в звукову або світлову сигнальну мережу.

Рис. 2.14. Схема дзвонового тягонапороміри

 

Тягонапоромір дзвоновий (рис. 2.14) застосовується для вимірювання невеликого тиску і розріджень – порядку декількох міліметрів водяного стовпа.

Тягонапоромір дзвонової системи характеризується наявністю дзвону, що занурений в рідину і переміщається під дією вимірюваного тиску. За цим принципом був розроблений дзвоновий прилад ДКОФМ. Це – безшкальний первинний вимірювальний прилад. Для дистанційної передачі показів в ньому встановлений феродинамічний датчик. Прилад призначений для вимірювання тяги, напору, різниці тиску і витрати газів або повітря і перетворення виміряної величини у відповідний їй електричний сигнал.

Чутливим елементом приладу є дзвін 9, частково занурений в масло. Дзвін підвішений до важеля 6, що розташований в бачку 8. Зусилля, що розвивається дзвоном, врівноважується пружиною 1. При переміщенні дзвону повертається сектор 7, жорстко зв’язаний з важелем 6. Сектор зчеплений з шестернею 4, що закріплена на осі рамки 5 феродинамічного датчика 3. Кут повороту рамки, а отже, і її електрорушійна сили пропорційні тиску, що діє на дзвін.

Гвинт 2, що діє на пружину 1, служить для установки рамки датчика в початкове положення. Дистанційна передача виміряної величини здійснюється компенсаційним методом, тобто шляхом порівняння вхідної напруги феродинамічних датчиків тягонапороміра і вторинного приладу.

Живлення феродинамічного датчика тягонапороміра здійснюється з боку приладів, що працюють з ним в комплекті.

Тягонапоромір дзвонового може застосовуватися як дифманометр для вимірювання витрати методом змінного перепаду тиску. Тягонапороміри виготовляються з класами точності 1,5; 2,0.

Тягонапоромір типу ДКОФМ призначений для вимірювання тиску від ±3,2 до ±40 мм вод. ст (426 до 5326 Па).