7.3.2. Вакуумметр с одновитковой трубчатой пружиной

Устроен точно также, как манометр. При воз­действии на внутреннюю полость трубки давления, мень­ше атмосферного, трубка сгибается.

Некоторые трубчатые приборы измеряют не только избыточное давление, но и вакуум. Такие приборы на­зываются мановакуумметрами.

7.3.3. Приборы с мембранной пружиной

Упругим элементом мембранного прибора (рис. 7.10) является мембрана, представляющая собой гофрированную металлическую пластинку, закрепленную между фланцами нижней и верхней частей корпуса при­бора. На мембрану через канал штуцера передается дав­ление, под действием которого мембрана прогибается. Через поводок и зубчатый сектор прогиб мембраны пере­дается на стрелку прибора, скользящую по шкале.

Мембранные приборы применяются для измерения вакуума и избыточного давления, не превышающего 2,5 МПа (25 кгс/см²).

Рис. 7.10. Прибор с мембранной пружиной:

1 - мембрана;

2 - штуцер;

3 - поводок;

4 - зубчатый сектор;

5 - стрелка;

6 - шкала;

7 - ось.

7.3.4. Преимущества и недостатки пружинных приборов

Портативность, универсальность, простота ус­тройства и применения, большой диапазон измеряемых давлений являются ценными качествами пружинных при­боров, обусловившими их широкое применение.

Основным недостатком пружинных приборов явля­ется нестабильность их показаний, вызываемая рядом причин: упругим последействием деформируемого эле­мента, постепенным изменением упругих свойств этого элемента, возможным возникновением остаточной дефор­мации в нем, износом передаточного механизма.

Указанный недостаток вынуждает периодически про­верять пружинные приборы, чтобы подтвердить класс точности или определить поправки, компенсирующие систематические погрешности приборов.

7.4. Поршневые приборы. Грузопоршневой манометр

Поршневые манометры появились позже жид­костных. Впервые поршневой манометр был применен для измерения давления в 1833 г. Парротом и Ленцем (Россий­ская Академия наук) при изучении сжимаемости воздуха и других свойств газов, причем значения давления для того времени были очень большими (10 МП а).

Широкое распространение поршневые манометры по­лучили благодаря Амага (Франция) и Рухгольцу (Герма­ния), и особенно последнему, который в 1883 г. организо­вал промышленный выпуск этих приборов. Дальнейшее развитие поршневой манометрии шло в основном в сторо­ну увеличения точности и верхних пределов измерений, а, начиная с 30-х годов прошлого столетия, поршневые ма­нометры стали вытеснять жидкостные и при точных из­мерениях давлений, близких к атмосферному давлению.

Поршневой манометр - манометр, в котором действу­ющее на поршень измеряемое давление преобразуется в силу и определяется по значению силы, необходимой для ее уравновешивания. В наиболее распространенных пор­шневых манометрах давление уравновешивается весом грузов. Такие манометры называются грузопоршневыми.

Грузопоршневой манометр (рис. 7.11) состоит из ци­линдра, заполненного жидкостью, и плунжера, пришли­фованного к цилиндру и опущенного нижним концом в жидкость. На верхнем конце плунжера установлена та­релка для размещения грузов (грузоприемная тарелка). Полость цилиндра соединяется с местом измерения дав­ления трубкой с трехходовым краном.

При измерении давления кран открыт и на плунжер, кроме собственного веса G₀ , действует сила давления жидкости, равная P*F, где Р - измеряемое давление, Н/м²; F - площадь плунжера, м².

Измерение давления сводится к подбору груза G, при котором вес подвижной части прибора G₀+G уравновесит силу измеряемого давления P*F и силу трения Т между плунжером и вытесняющей через зазор жидкостью.

При измерении давления плунжер с грузами при­водится во вращение (от руки или с помощью приво­да), благодаря чему обеспечивается концентричное расположение плунжера внутри цилиндра, исключающее контакт между их поверхностями. Просачивающаяся по зазору жидкость смазывает поверхности плунжера и цилиндра (рис. 7.11).

Рис. 7.11. Грузопоршневой манометр:

1 - тарелка;

2 - цилиндр;

3 - плун­жер;

4 - стакан;

5 - кран;

6 - трубка;

7 - жидкость.

Условие равновесия плунжера:

P*F + T = G + G₀,

где Р*F — сила измеряемого давления, H;

Р - измеряемое давление, Н/м²;

F - площадь плунжера, м²; F= *r²

r - радиус плунжера, м;

Т — сила трения между плунжером и вытекающей через зазор жидкостью, Н;

Т Р * r * ;

G — вес груза, Н;

G₀ — собственный вес плунжера, Н;

— ширина радиального зазора между плунжером и ци­линдром, м;

Рис. 7.12. К вопросу грузопоршневых приборов

P* *r² + P* *r* = G + G₀ .

Откуда:

где r₀ = r + /2— средний радиус зазора, м;

F_эф = * — эффективная площадь плунжера, м².

Величина F_эф устанавливается экспериментально и приводится в паспорте прибора. В некоторых случаях в паспорте в виде таблицы даются соотношения между G+G₀ и Р.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом пор­шневые манометры играют ведущую роль при проверке и испытаниях манометрических приборов в широком диапазоне давлений от 1 кПа до десятков тысяч МПа и находят все большее применение в качестве нацио­нальных государственных эталонов давления.