Приборы для измерения давления можно разделить на группы но следующим признакам:
В зависимости от измеряемой величины приборы имеют различные названия, Приборы, предназначенные для измерения избыточного давления, называются манометрами, для измерения вакуума — вакууметрами, а для измерения разрежения — т я г омер а м и. Приборы для измерения атмосферного давления называются барометрами. По принципу действия приборы для измерения давления можно разделить на жидкостные, пружинные, поршневые и электрические.
В жидкостных приборах измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости, высота которого и является величиной, определяющей давление. В пружинных приборах давление уравновешивается упругими силами пружинных элементов. Величиной, определяющей давление, служит деформация пружинного элемента.
В поршневых манометрах измеряемое давление уравновешивается весом груза, действующего на поршень определенной площади.
Электрические приборы дли измерения давления используют различные электрические явления, связанные с изменением давления, например пьезоэлектричество, изменение сопротивления проводников, емкости и т.п.
Жидкостные манометры являются наиболее простыми из приборов для измерения давления и в то же время обладают достаточно высокой точностью. Недостатком этих манометров является то, что ими могут быть измерены сравнительно небольшие по величине давления.
Наиболее простым из жидкостных приборов является так называемый U-образиый манометр, представляющий собой стеклянную трубку, согнутую в форме буквы U. Трубка до половины высоты заполняется жидкостью и укрепляется на доске со шкалой. Если одни конец трубки соединить с пространством, в котором необходимо измерить давление, а другой оставить открытым, то в одном колене манометра жидкость опустится, а в другом поднимется. Разность уровней жидкости является величиной определяющей давление.
В то же время точность измерений U-образным манометром достаточно высока. Отсчет уровня жидкости в трубках производится по шкале, расположенной вдоль трубок и градуированной в миллиметрах. При замере высоты столба жидкости невооруженным глазом абсолютная погрешность отсчета составляет в среднем 0,5 мм. Так как в приборе нужно делать два отсчета, то наибольшая абсолютная погрешность составит 1 мм. Следовательно, при измерении давлении больше 100 мм столба жидкости относительная погрешность будет менее 1 %.
U-образные манометры можно применять также для измерения разрежения и вакуума. Для этого колено манометра, и котором жидкость должна подниматься, присоединяется к пространству, где измеряется разрежение, а колено, в котором жидкость должна опускаться, оставляется открытым.
Если оба колена прибора присоединить к пространствам, где должно измеряться давление, то разность уровней жидкости будет показывать разность давлений в обоих пространствах. Такой манометр называется дифференциальным или сокращенно дифманометром.
Отсчет уровня жидкости следует производить по выпуклой части мениска: по его нижнему краю при смачивающих стекло жидкостях (вода, спирт и др.) и по верхнему краю при жидкостях, не смачивающих стекло (ртуть). Для большей точности отсчета желательно, чтобы шкала была расположена возможно ближе к трубке или нанесена на самой трубке.
Измерение давлений или разрежений меньших 100 мм вод. ст. U-образным или чашечным манометром сопровождается значительной погрешностью. В этом случае применяются приборы специальных конструкций, называемые микроманометрами. Наиболее простым является микроманометр с наклонной трубкой, представляющий собой чашечный манометр, трубка которого расположена не вертикально, а под углом а к горизонту.
Микроманометр смонтирован на треугольной металлической плите, опирающейся на три ножки, две из которых сделаны винтовыми и длину их можно изменять для установки прибора по уровню.
Наиболее простой проверкой исправности манометра является проверка нулевого положения стрелки, которая производится спуском давления до нуля. Так как вследствие упругого последействия стрелка не сразу возвращается на нулевую отметку, то это может ввести в заблуждение. Потому в пружинных манометрах нулевую отметку немного смещают вверх по шкале, сокращая мерное деление, и ставят около нулевой отметки штифт, в который упирается стрелка манометра при отсутствии давления. Манометр имеет ниппель с резьбой для присоединении его к источнику давления. Ниппель должен иметь шестигранник или квадрат для ввертывания манометра гаечным ключом.
В большинстве манометров ниппель располагается в нижней части корпуса, а в некоторых случаях в задней стенке. Приборы, применяемые для измерения как избыточного давления, так и вакуума, носят название мановакуумметров. Нулевая отметка у них находится в самой верхней части шкалы, манометрическая часть шкалы расположена вправо от нуля, а вакуумметрическая — слева. Класс точности манометров и вакуумметров зависит от предела шкалы н размеров прибора. Манометры малого размера относятся к более низким классам точности. Для манометров с корпусом диаметром 150 мм класс точности установлен 2,5. Для манометров с корпусом диаметром 100 мм классы точности соответственно установлены 4 и 2,5.
Для вакуумметров и вакуумметрнческон части шкалы мановакуумметров класс точности установлен 4. Для специальных целей применяются пружинные манометры различных модификаций.
Рассмотрим некоторые из них. В ряде случаев необходимо, чтобы измеряемое давление не превышало некоторого заданного значения. Например, это необходимо на паровых котлах, паровозах и т. п. Для того чтобы иметь возможность следить за тем. не было ли давление повышено выше допустимого предела и таким образом контролировать работу обслуживающего персонала, применяются манометры с контрольной стрелкой.
В этом манометре на циферблате нанесена вторая шкала меньшего диаметра, повторяющая основную шкалу. Относительно эти шкалы перемешается контрольная стрелка, окрашенная в красный uцвет и укрепленная на циферблате при помощи втулки с плоской пру жинон, не дающей возможности контрольной стрелке перемещаться самопроизвольно. Стрелка манометра имеете нижней стороны иебо.и. шой штифт, которым она при повышении давления толкает контрольную стрелку. Если давление будет понижаться, то стрелка остается на том месте, куда ее довела стрелка манометра. Таким образом, контрольная стрелка показывает наибольшее давление, измеренное манометром за промежуток времени после предыдущего наблюдения.
В мембранных приборах упругим элементом является либо упругая металлическая мембрана, либо мягкая мембрана с дополнительной пружиной. В зависимости от свойств мембраны приборы предназначаются для измерения различных величии давления. Наиболее распространенными мембранными приборами являются манометры с упругой мембраной, папоромеры и тягомеры с мембранной коробкой, папоромеры и тягомеры с мягкой мембраной.
Мембранные манометры имеют два существенных недостатка: возможность разрыва мембраны вследствие усталости металла при переменных давлениях и трудность регулировки. Так как прогиб мембраны очень мал и составляет 2,5—3 мм, то для поворота стрелки ни угол 270° плечо зубчатого сектора, к которому прикрепляется поводок, делается очень малым.
Мембранные приборы нашли наибольшее распространение для измерения низких давлений и разрежении — тягомеры. Выпускаются также приборы, имеющие нулевую отметку в середине шкалы, т. е. предназначенные для измерения и давления, и разрежения, называемые тягонапоромерами.
Мембранные тягомеры и напоромеры изготовляются с металлической мембранной коробкой и с мягкой мембраной.
По сравнению с упругой мембраной и мембранной коробкой значительно большую чувствительность имеет гармоникообразная мембрана, называемая иногда сильфоном. Мембрана представляет собой цилиндрическую коробку со стен ками. имеющими равномерные поперечные складки или гофры. Чувствителыюсть гармониковой мембраны зависит от толщины ее стены и от количества и размеров гофр на стенках. Манометры с гармониковой мембраной монтируются в стандартном круглом корпусе диаметром 305 мм.
Для поверки рабочих манометров и вакуумметров применяются контрольные и образцовые манометры н вакуумметры. Контрольные приборы представляют собой манометры с двумя трубчатыми одновитковыми пружинами, двумя передаточными механизмами и двумя стрелками. Обе трубчатые пружины соединены с одним ниппелем и,следовательно, находятся под одинаковым давлением, т. е. манометр является сдвоенным. Это сделано для возможности контроля исправности манометра. У исправного манометра показания на обеих шкалах должны быть одинаковыми, если при измерении наблюдается расхождение в показаниях, то это указывает, что манометр требует ремонта и применять его для поверки нельзя.
Кольцевые тяго-напоромеры являются жидкостными приборами, пригодными для измерения давления или разрежении небольшой величины. Конструктивно они значительно отличаются от других жидкостных приборов. Чувствительным элементом прибора является полос кольцо, имеющее перегородку, разделяющую внутреннюю полость кольни на две части. Нижняя часть кольца заполняется запорной жидкостью, в качестве которой применяется вода, масло или ртуть. В случае заполнения ртутью кольцо изготовляется из стальной цельнотянутой трубы, а при заполнении маслом или водой спаивается из листового металла в виде кольцеобразного барабана.
Предельная величина давления или разрежения, которая может быть измерена кольцевым прибором, равна размеру внутреннего диаметра кольца. Изменение пределов измерения производится изменением веса груза. Достоинствами кольцевых тяго-напороморов являются простота устройства и надежность действия, а также значительная величина устанавливающего момента.
В ряде случаев измерение давления невозможно осуществить описанными выше жидкостными или пружинными приборами. например при измерении быстроизменяющихся или очень высоких давлений. В этих случаях применяются различные приборы, основанные на изменении электрических свойств чувствительного элемента при воздействии давления. К такому типу приборов относятся пьезоэлектрические манометры.
Пьезоэлектрический эффект заключается в следующем. Если вырезать из кристалла кварца, турмалина или сегнетовой соли прямоугольную пластинку и подвергнуть ее сжатию в направлении, перпендикулярном к оптической оси кристалла, то на металлических обкладках, приложенных к пластинке, возникает электрический заряд.
Достоинством пьезоэлектрического чувствительного элемента является его безынерционность и возможность измерении быстро-изменяющихся давлений, поэтому пьезоэлектрические манометры находят применение при исследовании процессов, происходящих и двигателях внутреннего сгорания, при исследовании взрывных процессов и т.п.
Принцип действия емкостного манометра основан на изменении емкости плоского конденсатора при уменьшении расстояния между его пластинами. В таком манометре одной пластиной обычно является корпус прибора, а другая прикреплена к мембране, прогибающейся под действием давления. Емкостный манометр включается в электрн ческую схему, которая дает возможность тем или другим способом измерять изменение едкости конденсатора.
Для получения достаточной величины емкости расстояние между пластинами конденсатора должно быть сравнительно малым, а поэтому прогиб мембраны должен быть также небольшим.
Емкостные манометры малоинерционны и поэтому применяются для измерения быстроизменяющпхея давлении. Более широкое применение нашли емкостные манометры в виде так называемых месс-доз-приборов для измерения давлений в деталях механизмов.
Кроме описанных выше электрических манометров, для измерений быстро изменяющихся давлений применяются также индуктивные манометры, основанные на изменении магнитного потока в катушках. Мембрана, воспринимающая изменения давления, изготовляется из пермаллоя и является частью магнитопровода. Изменение положения мембраны вызывает изменение магнитного потока, что в свою очередь изменяет индуктивное сопротивление обмотки, намотанной на магнитоироводе.
В других конструкциях к мембране прикрепляется сердечник, перемещающийся в катушке и изменяющий ее индуктивное сопротивление. Чувствительность индуктивных манометров увеличивается, если катушки питаются током повышенной частоты.
Измерение вакуума можно производить различными электрическими приборами. Одним из таких приборов является вакуумметр с термосопротивлением, позволяющий измерять абсолютное давление. Принцип действия этого прибора основан на зависимости теплопроводности сильно разреженных газов от величины разрежения. В сильно разреженных газах величина средней длины свободного пробега молекул значительно увеличивается по сравнению с газом при атмосферном давлении, поэтому передача тепла зависит от количества молекул, участвующих в этом процессе, а следовательно, от степени разрежения газа, т. е. от вакуума. Изменение теплопроводности газа вызывает изменение температуры нагретой проволоки; ее измерение может быть произведено либо термопарой, либо термометром сопротивления.Чувствительным элементом в этом приборе является так называемый ионизационный преобразователь или манометрическая лампа, представляющая собой трехэлектродную электронную лампу, баллон которой соединяется с пространством, где измеряется вакуум. Электроны, эмитируемые накаленным катодом, вызывают ионизацию газа в колбе, вследствие чего появляется ионный ток в цени сетки. Величина этого тока зависит от степени ионизации газа, следовательно, от вакуума в лампе. В некоторых случаях положительный потенциал подают на сетку, а отрицательный — на анод. Измерительный прибор, показывающий силу ионного тока, при этом включают в анодную цепь. Такая схема дает несколько большую чувствительность.
Отношение ионного и электронного токов измеряется ламповой схемой с измерительным прибором в анодной цепи. Измерение вакуума может производиться также с помощью радиоактивного излучения. Принцип действия радиоактивного вакуумметра основан на том, что в камере, соединенной с измеряемым пространством, ионный ток, появляющийся вследствие ионизации газа ос-излучением радиоактивного изотопа, зависит от плотности газа, т. е. от его абсолютного давления.
Мы в социальных сетях:
