2. Деформационные манометры и дифманометры

Принцип их действия основан на зависимости деформации чувствительного элемента или развиваемой им силы от измеряемого давления. Большинство деформационных манометров и дифманометров содержат чувствительные элементы, преобразующие давление в пропорциональное перемещение рабочей точки.

Н

а)

в)

г)

д)

аиболее распространенные упругие чувствительные элементы представлены на рис. 7.5.

Р

б)

е)

ис. 7.5. Упругие чувствительные элементы: а - трубчатая пружина; б - сильфон; в - плоская мембрана; г - гофрированная мембрана; д - мембранная коробка; е - вялая мембрана с жестким центром.

Трубчатые пружины имеют эллиптическое или плоскоовальное сечение. Один конец пружины, в который поступает измеряемое давление, закреплен неподвижно в держателе, второй (закрытый) может перемещаться. Под действием разности измеряемого внутреннего давления и внешнего атмосферного трубчатая пружина деформируется (раскручивается), и ее свободный конец совершает перемещение в 1...3 мм.

Сильфон представляет собой тонкостенную трубку с поперечными кольцевыми гофрами на боковой стенке. Под действием разности измеряемого внутреннего и внешнего атмосферного давлений сильфон растягивается.

Наиболее разнообразными по конструкции являются мембранные чувствительные элементы.

Плоская или пластинчатая мембрана представляет собой гибкую тонкую пластину, закрепленную по окружности. Под действием разности давлений, действующих с обеих сторон на мембрану, ее центр перемещается. Для улучшения характеристик прибора используют гофрированные мембраны и мембранные коробки.

В напоромерах и тягомерах применяются вялые мембраны, изготовленные из бензомаслостойкой прорезиненной ткани. В центре мембраны крепятся металлические пластины, в одну из которых упирается винтовая пружина, выполняющая функции упругого элемента.

В соответствии с используемым в приборах типом рассмотренных чувствительных элементов деформационные манометры разделяются на трубчато-пружинные, сильфонные и мембранные.

2.1. Трубчато-пружинные манометры

С хема показывающего трубчато-пружинного манометра представлена на рис. 7.6. Одновитковая трубчатая пружина 1 с одного конца приварена к держателю 2, прикрепленному к корпусу манометра. Нижняя часть держателя заканчивается шестигранной головкой и штуцером, с помощью которого к манометру подсоединяется трубка, подводящая давление. Свободный конец пружины 1 припаян к пробке 3, которая шарнирно соединяется с поводком 4. При перемещении свободного конца пружины поводок поворачивает зубчатый сектор 5 относительно оси 0, вызывая поворот шестерни (трубки) 6 и сидящей на одной оси с ней показывающей стрелки 7.

Трубчато-пружинные показывающие манометры выпускаются с верхним пределом измерения от 0,1 до 10³ МПа.

Пружинные вакуумметры имеют диапазон измерения 0,1…0 МПа, а мановакуумметры при нижнем пределе измерения 0,1 МПа имеют верхний предел измерения по избыточному давлению от 0,1 до 2,4 МПа.

2.2. Сильфонные манометры и дифманометры

Сильфонные чувствительные элементы используются в механических показывающих и самопищущих приборах: манометрах, мановакуумметрах, вакуумметрах, дифманометрах, напоромерах, тягомерах, тягонапоромерах. В этих приборах внутри сильфона находится пружина, определяющая диапазон измерения прибора.

Сильфонные манометры имеют диапазон измерения более узкий, чем пружинные.

Вакуумметры и мановакуумметры имеют нижний предел измерения 0,1 МПа, верхний: в первом случае 0, а во втором - избыточное давление 0,06...0,03 МПа. Напоромеры НС и тягомеры ТмС выпускаются соответственно с верхним и нижним пределом измерения от 0,25 до 25 кПа, а тягонапоромеры ТмНС с пределами измерения от  0,12 до  12 кПа.

У сильфонных механических дифманометрав в качестве чувствительного элемента используется сильфонный блок. Дифманометры ДС имеют верхний предел измерения от 6,3 кПа до 0,16 МПа при статическом давлении 16 и 32 МПа.

В манометрах абсолютного давления МАС-Э, П, выпускаемых с верхним пределом измерения от 6 кПа до 2,5 МПа, к концам Т-образного рычага подсоединяются два сильфона, один из которых вакуумирован, а в другой подается измеряемое давление.

2.3. Мембраннне манометры и дифманометры

Мембранные упругие чувствительные элементы (в виде мембранных коробок) используются в приборах для измерения напора и разрежения. Схема профильного напоромера типа НМЛ представлена на рис. 7.7.

И змеряемое давление через штуцер 1 на задней стенке прибора подается во внутреннюю полость мембранной коробки 2. С помощью системы рычагов и тяг 3 перемещение центра мембранной коробки преобразуется в пропорциональный угол поворота оси 4, на которую насажена показывающая стрелка 5, перемещающаяся вдоль профильной шкалы 6. Диапазон измерения приборов достигает 25 кПа.

Дифманометры ДМ имеют верхний предел измерения от 1,6 до 630 кПа при статическом давлении 6,3; 25 и 63 МПа.

В теплофизических испытаниях манометры с мембранными чувствительными элементами используются для измерения быстрых изменений давления и его пульсаций (2...4 кГц).

2.4. Пьезоэлектрические манометры

П ринцип их действия основан на пьезоэлектрическом эффекте, сущность которого состоит в возникновении электрических зарядов на поверхности сжатой кварцевой пластины, которая вырезается перпендикулярно электрической оси кристаллов кварца.

Схема пьезоэлектрического манометра представлена на рис. 7.8.

Измеряемое давление с помощью мембраны 1 преобразуется в усилие, сжимающее кварцевые пластины 2. Электрический заряд, возникающий на металлизированных плоскостях 3, определяется выражением

Q = KSp, (7.1.)

где р- давление, действующее на металлическую мембрану, Па;

S – эффективная площадь мембраны, м²;

К - пьезоэлектрическая постоянная, Кл/Н.