Механические приборы для измерения давления жидкости

Приборы для измерения давления. Виды и работа. Применение

Характеристикой давления является сила, которая равномерно воздействует на единицу площади поверхности тела. Эта сила оказывает влияние на различные технологические процессы. Давление измеряется в паскалях. Один паскаль равен давлению силы в один ньютон на площадь поверхности в 1 м 2 . Применяют приборы для измерения давления.

Виды давления
  • Атмосферное давление образуется атмосферой Земли.
  • Вакуумметрическое давление – это давление, не достигающее величины атмосферного давления.
  • Избыточное давление – это величина давления, превосходящая значение атмосферного давления.
  • Абсолютное давление определяется от величины абсолютного нуля (вакуума).
Виды и работа

Приборы, измеряющие давление, называются манометрами. В технике чаще всего приходится определять избыточное давление. Значительный интервал измеряемых величин давлений, особые условия измерения их во всевозможных технологических процессах обуславливает разнообразие видов манометров, которые имеют свои различия по конструктивным особенностям и по принципу работы. Рассмотрим основные из применяемых видов.

Барометры

Барометром называют прибор, измеряющий давление воздуха в атмосфере. Существует несколько видов барометров.

Ртутный барометр действует на основе перемещения ртути в трубке по определенной шкале.

Жидкостный барометр работает по принципу уравновешивания жидкости давлением атмосферы.

Барометр-анероид работает на изменении размеров металлической герметичной коробки с вакуумом внутри, под действием давления атмосферы.

Электронный барометр является более современным прибором. Он преобразовывает параметры обычного анероида в цифровой сигнал, отображающийся на жидкокристаллическом дисплее.

Жидкостные манометры

В этих моделях приборов давление определяется высотой столба жидкости, которое выравнивает это давление. Жидкостные приборы для измерения давления чаще всего выполняют в виде 2-х стеклянных сосудов, соединенных между собой, в которые залита жидкость (вода, ртуть, спирт).

Один конец емкости соединен с измеряемой средой, а второй открыт. Под давлением среды жидкость перетекает из одного сосуда в другой до выравнивания давления. Разность уровней жидкости определяет избыточное давление. Такими приборами замеряют разность давлений и разрежение.

На рисунке 1а изображен 2-х трубный манометр, измеряющий вакуум, избыточное и атмосферное давление. Недостатком является значительная погрешность измерения давлений, имеющих пульсацию. Для таких случаев применяют 1-трубные манометры (рисунок 1б). В них один край сосуда большего размера. Чашка соединена с измеряемой полостью, давление которой передвигает жидкость в узкую часть сосуда.

При замере берется во внимание только высота жидкости в узком колене, так как жидкость изменяет свой уровень в чашке незначительно, и этим пренебрегают. Чтобы произвести замеры малых избыточных давлений используют 1-трубные микроманометры с трубкой, наклоненной под углом (рисунок 1в). Чем больше наклон трубки, тем точнее показания прибора, вследствие увеличения длины уровня жидкости.

Особой группой считаются приборы для измерения давления, в которых движение жидкости в емкости действует на чувствительный элемент – поплавок (1) на рисунке 2а, кольцо (3) (рисунок 2в) или колокол (2) (рисунок 2б), которые связаны со стрелкой, являющейся указателем давления.

Преимуществами таких приборов является дистанционная передача и их регистрация значений.

Деформационные манометры

В технической области приобрели популярность деформационные приборы для измерения давления. Их принцип работы заключается в деформации чувствительного элемента. Эта деформация появляется под действием давления. Упругий компонент связан со считывающим устройством, имеющим шкалу с градуировкой единицами давления.

Деформационные манометры делятся на:
  • Пружинные.
  • Сильфонные.
  • Мембранные.
Пружинные манометры

В этих приборах чувствительным элементом является пружина, соединенная со стрелкой передаточным механизмом. Давление воздействует внутри трубки, сечение старается принять круглую форму, пружина (1) пытается раскручиваться, в результате стрелка передвигается по шкале (рисунок 3а).

Мембранные манометры

В этих приборах упругим компонентом является мембрана (2). Она прогибается под давлением, и воздействует на стрелку с помощью передаточного механизма. Мембрану изготавливают по типу коробки (3). Это увеличивает точность и чувствительность прибора из-за большего прогиба при равном давлении (рисунок 3б).

Сильфонные манометры

В приборах сильфонного типа (рисунок 3в) упругим элементом является сильфон (4), который выполнен в виде гофрированной тонкостенной трубки. В эту трубку воздействует давление. При этом сильфон увеличивается в длину и с помощью механизма передачи передвигает стрелку манометра.

Сильфонные и мембранные виды манометров используют для замеров незначительных избыточных давлений и вакуума, так как упругий компонент имеет небольшую жесткость. При применении таких приборов для измерения вакуума они получили название тягомеров. Прибор, измеряющий избыточное давление, является напоромером, для измерения избыточного давления и вакуума служат тягонапоромеры.

Приборы для измерения давления деформационного типа имеют преимущество в сравнении с жидкостными моделями. Они позволяют производить передачу показаний дистанционно и записывать их в автоматическом режиме.

Это происходит вследствие преобразования деформации упругого компонента в выходной сигнал электрического тока. Сигнал фиксируется приборами измерений, которые имеют градуировку по единицам давления. Такие приборы имеют название деформационно-электрических манометров. Широкое использование нашли тензометрические, дифференциально-трансформаторные и магнитомодуляционные преобразователи.

Дифференциально-трансформаторный преобразователь

Электрический сигнал усиливается в полупроводниковом усилителе и поступает на вторичные электроизмерительные устройства.

Тензометрические манометры

Преобразователи на основе тензометрического датчика работают на основе зависимости электрического сопротивления тензорезистора от величины деформации.

Тензодатчики (1) (рисунок 5) фиксируются на упругом элементе прибора. Электрический сигнал на выходе возникает вследствие изменения сопротивления тензорезистора, и фиксируется вторичными устройствами измерения.

Электроконтактные манометры

В схемах сигнализации, системах авторегулирования технологических процессов, приборах тепловой защиты популярными стали электроконтактные манометры. На рисунке изображена схема и вид прибора.

Упругим компонентом в приборе выступает трубчатая одновитковая пружина. Контакты (1) и (2) выполняются для любых отметок шкалы прибора, вращая винт в головке (3), которая находится на внешней стороне стекла.

При уменьшении давления и достижении его нижнего предела, стрелка (4) с помощью контакта (5) включит цепь лампы соответствующего цвета. При возрастании давления до верхнего предела, который задан контактом (2), стрелка замыкает цепь красной лампы контактом (5).

Классы точности
Измерительные манометры разделяют на два класса:
  1. Образцовые.
  2. Рабочие.

Образцовые приборы определяют погрешность показаний рабочих приборов, которые участвуют в технологии производства продукции.

Класс точности взаимосвязан с допустимой погрешностью, которая является величиной отклонения манометра от действительных величин. Точность прибора определяется процентным соотношением от максимально допустимой погрешности к номинальному значению. Чем больше процент, тем меньше точность прибора.

Образцовые манометры имеют точность намного выше рабочих моделей, так как они служат для оценки соответствия показаний рабочих моделей приборов. Образцовые манометры применяются в основном в условиях лаборатории, поэтому они изготавливаются без дополнительной защиты от внешней среды.

Пружинные манометры имеют 3 класса точности: 0,16, 0,25 и 0,4. Рабочие модели манометров имеют такие классы точности от 0,5 до 4.

Применение манометров

Приборы для измерения давления наиболее популярные приборы в различных отраслях промышленности при работе с жидким или газообразным сырьем.

Классификация приборов давления

В зависимости от назначения приборы для измерения давления делятся на следующие основные группы:

  • Манометры – для измерения избыточного давления.
  • Вакуумметры – для измерения вакуумметрического давления (вакуума).
  • Мановакуумметры – для измерения вакуумметрического и избыточного давлений.
  • Барометры – для измерения атмосферного давления.
  • Баровакуумметры – для измерения абсолютного давления.
  • Дифференциальные манометры – для измерения разности давлений.
Читайте также:  Светодиод куда припаять резистор?

По принципу действия все приборы для измерения давления можно разделить на:

  • Жидкостные – приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается весом столба жидкости, а изменение уровня жидкости в сообщающихся сосудах служит мерой давления, называются жидкостными. К этой группе относятся чашечные и U-образные манометры, диффманометры и др.
  • Грузопоршневые – приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается усилием, создаваемым калиброванными грузами, воздействующими на свободно передвигающийся в цилиндре поршень.
  • Приборы с дистанционной передачей показаний – приборы, в которых используются изменения тех или иных электрических свойств вещества (электрического сопротивления проводников, электрической емкости, возникновение электрических зарядов на поверхности кристаллических минералов и др.) под действием измеряемого давления. К таким приборам относятся манганиновые манометры сопротивления, пьезоэлектрические манометры с применением кристаллов кварца, турмалина или сегнетовой соли, емкостные манометры, ионизационные манометры и др.
  • Пружинные – приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается силами упругости пружины, деформация которой служит мерой давления. Благодаря простоте конструкции и удобству пользования пружинные приборы получили широкое применение в технике. К этой группе относятся разнообразные приборы, отличающиеся по виду пружин:

Трубчатые пружины представляют собой кругообразно согнутые трубки с овальным поперечным сечением. Давление измеряемой среды воздействует на внутреннюю сторону этой трубки, в результате чего овальное поперечное сечение принимает почти круглую форму. В результате искривления пружинной трубки возникают напряжения в кольцах трубки, которые разгибают пружину. Незажатый конец пружины выполняет движение, пропорциональное величине давления. Движение передается посредством стрелочного механизма на шкалу. Для измерений давления до 60 или 100 кгс/см2 применяются, как правило, согнутые с углом витка около 270°, кругообразные пружины. Для измерений давления с более высокими значениями используются пружины с несколькими лежащими друг над другом витками и одинаковым витковым диаметром (винтовая пружина) или со спиралеобразными витками, лежащими в одной плоскости (плоская спиральная пружина).

Манометры с пластинчатой пружиной

Пластинчатые пружины представляют собой тонкие гофрированные мембраны кругообразной формы, которые зажимаются или привариваются по краю между двумя фланцами и вступают в соприкосновение с измеряемой средой только с одной стороны. Вызванный в результате такого соприкосновения прогиб пропорционален величине давления. Движение передается посредством стрелочного механизма на шкалу. Пластинчатые пружины обладают сравнительно высоким перестановочным усилием. В результате кольцеобразного крепления пластинчатые пружины менее восприимчивы к вибрациям по сравнению с трубчатыми пружинами, однако погрешность показаний при изменениях температуры у них больше. Благодаря опорам для мембран достигается повышенная стойкость к перегрузкам. Покрытия или фольга, наносимые на поверхность пластинчатых пружин обеспечивают защиту от коррозийных измеряемых сред. Широкие соединительные отверстия или открытые соединительные фланцы, а также возможности по промывке делают пластинчатые пружины, особенно пригодными при работе с высоковязкими, загрязненными или кристаллизующимися веществами.

Манометры с коробчатой пружиной

Давление измеряемой среды воздействуют на внутреннюю сторону коробки, состоящей из двух кругообразных, гофрированных, герметично прилегающих друг к другу мембран. Возникающее под давлением поступательное движение пропорционально величине давления. Движение передается на шкалу с помощью стрелочного механизма. Манометры с коробчатой пружиной особенно пригодны для измерений давления газообразных сред. Защита от перегрузки возможна только в определенных границах. Для повышения чувствительности в манометре может устанавливаться ряд коробчатых пружин («пакет» коробчатых пружин).

Баровакуумметры – манометры абсолютного давления. Данные приборы используются для измерений давления независимо от колебаний атмосферного давления окружающей среды. В соответствии с различными сферами применения и диапазонами показаний, манометры для измерений абсолютного давления изготавливаются согласно принципам измерений и формам чувствительных элементов, которые применяются в манометрах для измерения относительного давления. Давление измеряемой среды определяется по отношению к базовому давлению, которое равняется абсолютному давлению с величиной 0 (=абсолютный вакуум). Это означает, что на стороне измерительного элемента, не соприкасающейся с измеряемой средой, должно присутствовать базовое давление. Присутствие базового давления при использовании соответствующей формы пружин достигается посредством вакуумирования и герметизации соответствующей измерительной камеры или облегающего корпуса. Передача движения измерительного элемента и индикация давления осуществляются аналогично выше описанным манометром относительного давления

Дифференциальные манометры применяются для измерений разницы между двумя отдельными давлениями. Базовым давлением является то, которое присутствует на стороне, взятой за эталонную. В качестве чувствительных элементов используются пружины тех же форм, что и в манометрах относительного давления. Как правило, чувствительные элементы подвергаются воздействию давления с обеих сторон. Установленная таким образом разность давлений передается с помощью стрелочного механизма непосредственно на шкалу. Если измеряемые давления одинаковы, измеряемый элемент остается неподвижным и показания прибора отсутствуют. Измерение низких разностных давлений возможно даже при высоком статическом давлении. Защита от высоких перегрузок обеспечивается с помощью пластинчатых чувствительных элементов. При выборе манометра следует учитывать допустимое статическое (рабочее) давление, а также максимально допустимую перегрузку со стороны «+» и «-». Для преобразования деформации чувствительного элемента в показания стрелки используются принципы, аналогичные принципам действия манометров избыточного давления.
По метрологическому назначению измерительные приборы делятся на образцовые и рабочие.

Механические приборы для измерения давления

Механические приборы получили наибольшее распространение, так как они характеризуются следующими преимуществами: простотой уст­ройст­ва и использования, портативностью, универсальностью, практичес­ки неограниченным диапазоном измерения, начиная от нескольких килопаскалей и до сотен мегапаскалей.

По типу упругих элементов, применяемых для измерения давления, механические приборы подразделяются на пружинные, мембранные и сильфонные.

Манометры с одновитковой пружиной.Пружинные приборы появились на двести лет позднее жидкостных (1846–1848). Основной деталью пружинных манометров является полая трубка с поперечным сечением в виде овала или эллипса. По имени автора одного из первых манометров такая трубка называется еще трубкой Бурдона (рис. 1.1). Один конец трубки заканчивается ниппелем с резьбой для подключения к сосуду, в котором измеряется давление, а второй запаян. Свободный запаянный конец трубчатой пружины при помощи тяги шарнирно соединяется с зубчатым сектором, находящимся в зацеплении с маленькой шестеренкой (трибкой). На ось трибки насажена стрелка, которая указательным концом подходит к шкале, нанесенной на циферблате.

Если манометр присоединить к полости с избыточным давлением, то силы давления в трубке несколько распрямляют ее, свободный конец трубки при этом перемещается, тяга поворачивает зубчатый сектор и находящуюся с ним в зацеплении трибку. По положению стрелки на шкале судят о величине измеряемого давления.

Трубчатые вакуумметр и мановакуумметр.Трубчатая пружина может быть использована и в вакуумметре, т. е. приборе для измерения разрежения (отрицательного избыточного давления).

Если пружину соединить с пространством, в котором имеет место разрежение, то под действием внешнего атмосферного давления она будет деформироваться. Причем свободный конец будет перемещаться не вверх, как у манометра, а вниз. Соответственно и стрелка будет поворачиваться в противоположную сторону.

Шкала вакуумметра может размечаться в миллиметрах ртутного столба. Предельное значение шкалы (760 мм рт. ст.) наносится условно, так как полный вакуум практически не достижим.

Если в одном и том же месте по условиям работы установки возможно и избыточное давление, и вакуум, то используется комбинированный прибор, называемый мановакуумметром. Предельное значение шкалы манометрического давления может быть любым и зависит лишь от использованной в данном манометре трубки. Зная, на какое избыточное давление рассчитана трубка мановакуумметра, мож­но найти соотношение между длина­ми манометрической и вакуумметриче­ской шкал. Так, если манометрическая шкала рассчитана на 1,0 МПа, вакуум­метрическая шкала будет занимать от шкалы давления, если на 2,0 МПа, то и т. д., чем больше избыточное давление, на которое рассчитан мановакуум­метр, тем меньше размер вакуумметрической шкалы и ниже точность измерения вакуума.

Манометры с многовитковой трубчатой пружиной.Манометры с многовитковой трубчатой пружиной являются, как
правило, регистрирующими манометрами (рис. 1.2). Чувствительным элементом в них является многовитковая пружина, которая представляет собой полую трубку овального сечения с 5–9 витками, расположенными по винтовой линии. Диаметр пружины 30 мм. Многовитковая пружина длиннее одновитковой, поэтому ее свободный конец при том же давлении перемещается значительно больше. При максимальном давлении по шкале прибора пружина раскручивается на угол 50 о . К неподвижному концу пружины припаивается капиллярная трубка, соединенная с ниппелем, для подключения к сосуду, в котором измеряется давление. Свободный конец трубчатой пружины припаивается к гибкой в радиальном направлении соединительной скобе, связывающей гибкую пружину с осью. На ось крепится рычаг с кареткой, которая через тягу и рычаг воздействует на мостик с укрепленной на нем стрелкой.

Читайте также:  Соединение проводов с накидными клеммами

Манометр мембранный.В качестве упругих элементов в манометрах часто применяют мембраны или мембранные коробки (рис. 1.3). На нижнем фланце манометра имеется ниппель для подключения к сосуду, в котором измеряется давление. Верхний фланец составляет одно целое с корпусом манометра. Между фланцами находится гофрированная мембрана. Фланцы плот­­но стянуты болтами. В центре мембраны закреплена стойка, шарнирно соединенная с зубчатым сектором передаточного механизма. По величине деформации мемб­раны судят о давлении. Мембраны для измерения различных давлений отличаются толщиной, диаметром, видом материала. Пределы измеряемых давлений для мембранных манометров ограничены и составляют от 20 кПа до 30 МПа. Мемб­ранные манометры используют при измерении давлений в высоковязких средах, так как прямой и широкий канал в ниппеле обеспечивает более свободный проход жидкости, чем в трубчатом манометре. Для измерений в химически агрессивных средах нижнюю сторону мембраны покрывают тонкой пленкой защитного материала.

Принцип действия мембранного манометра позволяет использовать его и для измерения разрежения. Если мембранный манометр присоединить к полости с разрежением, то мембрана, испытывая атмосферное давление снаружи, будет прогибаться внутрь, что вызывает поворот стрелки в сторону, обратную по сравнению с манометром.

Сильфонный манометр.Сильфонные приборы для измерения давления являются еще одной разновидностью механических приборов. В качестве упругого элемента в них используется сильфон, который представляет собой гофрированную коробку, выполненную в виде цилиндра с равномерными складками (гофрами) (рис. 1.4). Если такой сильфон подвергнуть действию избыточного давления снаружи или изнутри, то он сожмется или растянется по высоте так, что его горизонтальные поверхности будут перемещаться параллельно самим себе. Величина перемещения пропорциональна величине измеряемого давления. Сильфонные манометры применяются для измерения давлений от 40 кПа до 0,5 МПа. Изменение пределов измерения достигается за счет толщины мембраны, диаметра и размера гофр, а также жесткостью винтовой пружины, размещенной внутри полости сильфона.

Приборы для измерения давления, принцип действия

Для измерения давления используются пьезометры, манометры и вакуумметры (рис. 1.13).

Пьезометры (рис. 1.14) состоят из стеклянной трубки диаметром не менее 0,5 см, прикрепленной к доске с нанесенной на ней измерительной шкалой, и специального патрубка, с помощью которого стеклянная трубка соединяется с резервуаром в том месте, где необходимо измерить давление (см. рис. 1.13). Их применяют в лабораторных гидравлических исследованиях для измерения давлений до 30. 40 кПа.

Верхний конец стеклянной трубки остается открытым и сообщается с атмосферой. Если пьезометр подключить к резервуару, то жидкость в трубке поднимется на некоторую высоту hp, которая называется пьезометрической высотой.

Избыточное гидростатическое давление в точке резервуара, к которой подключен пьезометр, определяют по следующей формуле:

где hp высота жидкости в пьезометрической трубе.

Рис. 1.13. Схемы измерения давления в точке: а — пьезометр; б — манометр; в — вакууметр;

I — стеклянная трубка; 2 — пружинный манометр; 3 — мановакуумметр

Рис. 1.14. Схема пьезометра

Рис. 1.15. Схема ртутного манометра

Манометры (рис. 1.15) бывают жидкостные и механические. Жидкостные манометры обычно заполняются ртутью или спиртом, т. е. жидкостями, отличными от тех, в которых измеряется давление. Наибольшее распространение получили U-образные ртутные манометры, которые используются для измерения давления до 300. 400 кПа. В отличие от пьезометра такой манометр состоит из U-образной стеклянной трубки, прикрепленной к доске со шкалой (см. рис. 1.13, б). Один конец трубки соединяется с резервуаром, в котором измеряют давление, а другой остается открытым. Часть трубки заполняется ртутью, уровень которой после подключения манометра к месту измерения давления в левом колене начнет понижаться, а в правом — повышаться до тех пор, пока не наступит равновесие. Абсолютное гидростатическое давление в точке А рассчитывается по уравнению

Рис. 1.16. Схема ртутно-чашечного манометра

где ррх — плотность ртути; р —

плотность жидкости, в которой измеряется давление; hp — разность уровней ртути в левом и правом коленах трубки; а — понижение уровня ртути в трубке по отношению к точке измерения давления; g — ускорение свободного падения.

Значения hp и а отсчитываются по шкале манометра.

Более совершенным прибором для измерения давления является ртутно-чашечный манометр, состоящий из металлической чашки, наполненной ртутью, и стеклянной трубки, прикрепленной к доске с нанесенной на ней измерительной шкалой (рис. 1.16).

Размеры металлической чашки выбирают такими, которые при измерении обычных давлений обеспечивают незначительное понижение уровня ртути в чашке, которым можно пренебречь. Поскольку значение а остается практически неизменным, то для определения давления в заданной точке объема жидкости необходимо измерить только одну величину — пьезометрическую высоту Ир.

Дифференциальные манометры используются для измерения разности давлений в двух областях. Наиболее часто применяются дифференциальные ртутные манометры, состоящие из двух соединенных между собой стеклянных U-образных трубок (рис. 1.17). Ртуть помещается в среднем колене. Когда прибор выключен, ртуть стоит в обеих частях колена на одном уровне. Если же манометр включен, ртуть переместится и займет новое положение, соответствующее условиям равновесия.

Разность давлений в резервуарах можно определить по следующей формуле:

где р — плотность жидкости в первом и втором резервуарах.

Рис. 1.17. Схема дифференциального ртутного манометра

Рис. 1.18. Схемы микроманометров с наклонной трубкой

Если в исследуемых резервуарах жидкость разная, то берутся и разные значения плотности.

Микроманометры имеют наклонную шкалу и применяются для измерения очень малых давлений. При этом вместо малой высоты h можно отсчитывать значительно большую величину / = /г/sina (a — угол наклона шкалы), избегая тем самым значительных относительных ошибок, неизбежных при отсчетах малых величин. Микроманометры обычно заполняются водой или спиртом (рис. 1.18).

Для измерения давлений свыше 400 кПа используются пружинные и мембранные механические манометры.

Пружинный манометр состоит из согнутой по кругу латунной трубки, стрелки и измерительной шкалы (рис. 1.19). Один конец трубки запаян, а другой присоединяется к емкости, в которой не-

Рис. 1.20. Принципиальная схема мембранного манометра:

/ — мембрана; 2 — передаточный механизм; 3 — указательная стрелка; 4 — шкала

Рис. 1.19. Устройство и общий вид пружинного манометра: / — трубчатая пружина; 2 — передаточный механизм

обходимо измерить давление жидкости. Запаянный конец трубки соединен со стрелкой. Под действием давления трубка начинает распрямляться, ее конец, соединенный со стрелкой, перемещается, заставляя стрелку двигаться по измерительной шкале и остановиться, когда наступит равновесие системы. Тарирование манометров, т. е. специальное испытание, заключающееся в сравнении показаний изготовленного манометра с показанием образцового (эталонного) прибора, производится на заводе-изготовителе.

В отличие от пружинного у мембранного манометра латунная трубка заменена волнообразной мембраной (рис. 1.20). Жидкость, в которой измеряется давление, поступает под мембрану и деформирует ее, в результате чего стрелка, соединенная с мембраной, передвигаясь по измерительной шкале, фиксирует значение давления.

Приборы, служащие для измерения значения вакуума, называются вакуумметрами. Вакуумметры бывают жидкостные (спиртовые, водяные, ртутные), механические (пружинные и мембранные) и электрические. Вакуумметры по принципу действия и конструкции аналогичны манометрам.

Механические приборы для измерения давления жидкости

ПРОВЕРИЛ:________________

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение назначения, устройства, принцип действия и тарировки приборов дня измерения давления (абсолютного, манометрического вакуумметрического).

Приборы для измерения давлений

Приборы для измерения давлений классифицируют по различным признакам. По характеру измеряемого давления приборы разделяют на следующие классы:

1) барометры – приборы для измерения атмосферного давления:

2) манометры – приборы для измерения избыточного давления;

3) вакуумметры – приборы для измерения вакуума;

4) мановакуумметры – приборы для измерения, как избыточного давления, так и вакуума;

5) манометры абсолютного давления – приборы для измерения абсолютного (полного) давления;

Читайте также:  Светодиоды инфракрасные мощные для камер наблюдения

6) дифференциальные манометры – приборы для измерения разности давлении.

По принципу действий приборы различают:

Простейшим прибором для измерения избыточного давления является пьезометр (рис.1, а). Он представляет собой вертикально установленную прозрачную стеклянную или ПВХ трубку с открытым верхним концом

Измерения по пьезометру проводят в единицах длины, поэтому иногда давления выражают в единицах высоты столба определенной жидкости. Пьезометр высотой 1,5. 2м позволяет измерить давление до 0,15. 0,20 атм.

Основным достоинством пьезометра является простота устройства и точность измерения. Основным недостатком пьезометра является малый диапазон измеряемых давлений. При больших давлениях пьезометр становится слишком громоздким. К недостаткам пьезометра также можно отнести хрупкость.

Избыточное давление в жидкостях или газах измеряется манометрами. Это весьма обширный набор измерительных приборов различной конструкции и различного исполнения

На рисунке 1,б показана схема действия поршневого манометра. При увеличении давления в сосуде жидкость или газ по закону Паскаля передаёт это давление на нижнюю поверхность поршня, заставляя его тем самым подниматься или опускаться. Поршень связан через систему рычагов с указательной стрелкой.

Рис.1 Приборы для измерения избыточного давления

а) пьезометр, б) поршневой манометр, в) жидкостный манометр, г) мембранный манометр, д) сильфонный манометр

Другой тип манометра – это открытый (жидкостный) манометр (рис.1, в). Он состоит из U-образной трубки, наполненной ртутью или другой жидкостью. Работа основана на законе сообщающихся сосудов и на уравновешивании измеряемого давления газа давлением столба жидкости (ртути, воды и т. д.). В один конец трубки подается давление. Жидкость в другой трубке поднимается до тех пор, пока измеряемое давление не будет в точности равно давлению, вызываемому разностью уровней жидкости в двух коленах трубки. Зная эту разность высот можно рассчитать давление.

Недостатком такого манометра является то, что величина давления зависит от ускорения свободного падения в данном месте. Не всегда такой манометр градуируется в паскалях, часто бывает удобным измерять давление в единицах высоты столба данной жидкости – в миллиметрах ртутного столба, водяного столба (1 мм вод. ст. – 9,8 Па; 1 мм рт. ст. = 133,3 Па)

Одним из простых приборов для измерения повышенных и высоких давлений является трубчатый манометр или манометр Бурдона Главная составная часть его – изогнутая по дуге латунная труба 1 овального сечения (рис. 2).

Жидкость или газ, производя давление изнутри трубки, выпрямляет ее.

Жидкость или газ подается в штуцер 3, соединенный с трубкой 1. Трубка, распрямляясь, приводит в движение систему зубчатых колес и рычагов 2, которые поворачивают стрелку 4; чем больше давление, тем на больший угол повернется стрелка. Угол поворота стрелки пропорционален измеряемому давлению. Шкала, нанесенная на циферблате, градуирована в единицах давления. Обычно манометр калибруется в МПа. Такие манометры применяются при измерении давления воздуха, пара, газов и жидкостей. Манометры для измерения давления в шинах автомобиля часто бывают типа манометра Бурдона.

Таким образом, это деформационный манометр.

К деформационным относятся также мембранные и сильфонные манометры (рис. 1, г, д)

Главной частью мембранного манометра является гибкая круглая плоская пластина способная получить прогиб под действием давления.

Сильфонный манометр (сильфон) представляют собой тонкостенную цилиндрическую оболочку с поперечными гофрами, способную получать значительное перемещении под действием давления. Для увеличения жесткости внутрь сильфона часто помещают пружину. Сильфоны изготавливают из бронзы, углеродистой стали, алюминиевых сплавов. Серийно производят бесшовные и сварные сильфоны диаметром от 8-10 до 80-100 мм. Сильфоны более чувствительны, чем мембранные манометры и имеют больший диапазон измерений.

Основными достоинствами приборов являются большой диапазон измеряемых давлений, простота устройства и применения, портативность и универсальность.

Основным недостатком приборов является непостоянство их показаний, вследствие постепенных изменений упругих свойств пружинящего элемента, возникновения остаточной деформации, износа передаточного механизма. Поэтому такие приборы необходимо периодически проверять.

Манометры позволяют определять давление лишь с определенной точностью, класс точности манометров определяется величиной k, выражающей максимальную допустимую погрешность величины , соответствующей предельному показанию шкалы прибора

Номинальный ряд классов, точности манометров: 0,005; 0,02; 0,05; 0,1; 0.2; 0,35; 1; 2; 2,5; 4,0; 6,0.

Манометры и вакуумметры, пружинные образцовые служат для контроля манометров общего назначения и для проведения особо точных замеров. Для контроля образцовых манометров используются грузопоршневые манометры.

Манометры класса 0,05 предназначены для проверки образцовых пружинных и других манометров точных измерения, манометры класса 0,2 – для проверки технических манометров общего назначения.

Рис.2 Механический манометр трубчатого типа
Рис.3 Экспериментальная установка

Стенд для тарировки включает:

Показания образцового манометраПоказания проверяемого манометра,
Давление, При прямом ходепогрешностьПри обратном ходепогрешность

ВЫВОДЫ

  1. Сделать заключение о годности проверяемого прибора в эксплуатации.

Жидкостные приборы для измерения давления

Приборы для измерения давления по назначению можно разделить на три основные группы: барометры, манометры и вакуумметры. Барометры служат для измерения атмосферного давления, манометры – для измерения избыточного давления, вакуумметры – для измерения разрежения. Применяются также и комбинированные приборы.

По конструкции приборы применяются трех основных видов: жидкостные, механические и электрические.

Жидкостные приборыприменяютсядля измерения всех видов давления. Жидкостные барометры, так же как и другие жидкостные приборы, основаны на принципе сообщающихся сосудов и применяются в двух основных вариантах: чашечные и сифонные (рис. 6.2).

Жидкостной барометр-стеклянная трубка с запаянным одним концом. В качестве жидкости обычно применяется ртуть. Давление столба ртути в трубке уравновешивается атмосферным давлением. При изменении атмосферного давления измеряется высота ртутного столба, которая и служит мерой давления.

Рис. 6.2. Жидкостные барометры:

Жидкостные манометрыприменяются различных видов и конструктивных вариантов. По типу применяемой жидкости жидкостные манометры делятся на пьезометры и ртутные манометры. В пьезометрах в качестве рабочей жидкости используется та же жидкость, давление которой измеряется. В свою очередь, каждая из групп делится на две подгруппы: на обычные приборы для измерения давления в жидкости и приборы для измерения разности давлений – дифференциальные манометры.

Пьезометр-вертикальная стеклянная трубка, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний присоединен к сосуду в том месте, где требуется измерить избыточное давление (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Жидкостные пьезометры:

а– обычный; б – дифференциальный

Применяя основное уравнение гидростатики ко всей жидкости, заключенной в пьезометре, получим

где pабс – абсолютное давление в жидкости на уровне присоединения пьезометра, h – высота подъема жидкости в пьезометре – пьезометрическая высота.

Из уравнения (6.3) следует, что избыточное (манометрическое) давление на высоте присоединения пьезометра равно

Отсюда пьезометрическая высота равна

Если на свободную поверхность покоящейся жидкости действует атмосферное давление, то пьезометрическая высота для любой точки рассматриваемого объема жидкости равна глубине расположения этой точки hi, так как pабс = pат + rghi, и следовательно, h = hi.

Для замера разности давлений в двух сосудах или в двух точках одного сосуда применяют дифференциальные пьезометры(см. рис.6.3). Можно показать, что

то есть разность уровней в трубках прямо пропорциональна разности давлений в сосудах.

Ртутные манометрыпредназначены для измерения давлений жидкостей и газов в больших пределах, чем это можно осуществить с помощью, например, водяных пьезометров. Ртутный манометр состоит из резервуара с жидкостью и стеклянной трубки, присоединенной к этому резервуару. Давление определяется по разности уровней ртути в резервуаре и стеклянной трубке (рис.6.4).

Рис. 6.4. Жидкостные манометры:

а– обычный; б – дифференциальный

Так как плотность ртути в 13,6 раза выше плотности воды, то высота подъема ртути в стеклянной трубке будет во столько же раз меньше подъема воды в пьезометре, Аналогично дифференциальным пьезометрам для измерения разности давлений требуютсядифференциальныертутныеманометры.

Жидкостные вакуумметрыпо устройству и работе принципиально не отличаются от жидкостных манометров (рис. 6.5). Кроме того, разрежение может определяться по разности уровней жидкости в резервуаре и стеклянной трубке(см. рис. 4.5, б).

Рис. 6.5. Жидкостные ваккууметры:

а– обычный; б – дифференциальный

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector