6.4.2. Виды конструкций чувствительного

элемента основных типов манометров

Виды конструкции жидкостных и грузопоршневого манометров представлены на рис. 6.16.

а

б

в

Рис. 6.16. Виды конструкции манометров: а, б – жидкостный манометр

с закрытым и с открытым коленом; в – грузопоршневой манометр

Принцип действия жидкостных манометров можно проиллюстрировать на примере U-образного манометра, заполненного жидкостью. В жидкостных манометрах измеряемое давление уравновешивается давлением столба жидкости, образующегося под действием этого давления.

Единство принципа действия жидкостных манометров всех типов обусловливает их универсальность с точки зрения возможности измерения давления любого типа – абсолютного, относительного и избыточного – или разности давлений. Диапазон измерения данных манометров определяются высотой столба и плотностью жидкости.

Наиболее тяжелой жидкостью при нормальных условиях является ртуть, плотность которой составляет 1.35951кг/ м³. Столб ртути высотой 1 м производит давление в 136 кПа, т. е. давление, ненамного превышающее атмосферное (1 МПа соответствует уже высоте столба с трехэтажный дом). Манометры, предназначенные для измерения больших давлений, – громоздкие конструкции, что представляет существенные эксплуатационные неудобства. Рекорд был установлен в Париже, где на базе Эйфелевой башни смонтировали манометр с высотой столба около 250 м, что соответствует давлению в 34 МПа.

Погрешность измерения определяется в основном точностью отсчета высоты уровня жидкости (современный уровень – 0,1 мкм) и составляет для эталонных манометров около 0,005 %. Созданный в Национальном бюро метрологии во Франции первичный эталон позволяет измерять абсолютное давление в диапазоне от 1 до 100 кПа с относительной погрешностью 0,0006 % при давлении 100 кПа. Для данного эталона основная часть погрешности приходится на определение значения плотности ртути.

В метрологических службах предприятий образцовые жидкостные манометры вытесняются более практичными в эксплуатации образ­цовыми поршневыми манометрами с относительной погрешностью 0,01 – 0,05 %.

Погрешность измерения рабочих U-образных и чашечных манометров (0,5 – 1,0%) определяется погрешностью самого прибора, ошибкой отсчета показаний и несоответствием действительного и расчетного значений плотности манометрической жидкости. Двухчашечные (компенсационные) микроманометры с верхним пределом измерения до 2500 Па имеют погрешность 0,02 – 0,05 %.

Грузопоршневые манометры (рис.6.17) нашли большое применение как образцовые средства измерения для работы в составе измерительных установок по калибровке и поверке деформационных манометров. В рамках такой установки поршневая пара определяет давление жидкости в измерительной системе.

Д

Рис. 6.17. Схема

грузопоршневого манометра

еформационный (пружинный) манометр – манометр, в котором измеряемое давление, действующее на упругую оболочку чувствительного элемента, уравновешивается механическими напряжениями, возникающими в материале упругой оболочки. В пружинных манометрах мерой измеряемого давления служит упругое перемещение манометрической пружины, представляющей собой упругую трубку, открытый конец которой укреплен в штуцере, а второй, запаянный, может свободно перемещаться под действием давления. Наибольшее распространение в практике получили манометры с трубкой Бурдона. В 1849 г. парижский фабрикант Бурдон запатентовал одновитковую трубчатую пружину и наладил ее массовое производство. Данная пружина используется и по настоящее время и носит его имя. В 1850 г. Примавези и Шеффер изобрели мембранный ма­нометр, а несколько позже, в 1881 г., Клейманом получен патент на сильфонный манометр.

Диапазон измерения деформационных манометров охватывает 10 порядков и составляет от 10 Па до 2 ГПа, при этом образцовые манометры обеспечивают точность от 0,02 до 0,05 %. Свободный запаянный конец трубки при подаче в нее избыточного давления перемещается и приводит в движение стрелочный механизм.

Принцип действия мембранных манометров основан на измерении деформации гофрированной мембраны, односторонне нагружаемой контролируемым давлением (рис. 6.18).

Мембрана 1 от давления изгибается, шток, соединенный с мембраной, поворачивает зубчатый сектор 2, вращение передается на стрелку. Максимальный прогиб мембраны (1 мм) значительно меньше хода трубчатых пружин, вследствие чего кинематическая передача на стрелку прибора должна иметь большее передаточное число. Защита от агрессивных жидкостей и газов обеспечивается нанесением на мембраны защитных покрытий. Диапазон измерения мембранных манометров находится в пределах от 1 кПа до 1 МПа.

В

МПа

последнее время широкое распространение получили электрические датчики давления, которые чаще всего выполнены на основе мембраны исвязанных с ней тензодатчиков, индуктивных или емкостных преобразователей.

П

Рис. 6.18. Схема

мембранного манометра

реобразователи давления, в которых полупроводниковые, тензорезисторные мостовые схемысформированы непосредственно на кремниевой пластине, имеют малые размеры, стабильную характеристику в течение длительного времени и малый гистерезис.