Измерение давлений и разряжений назначение и классификация приборов

Из принципа действия мембранного манометра видно, что этим прибором можно измерять как давление, так и разрежение. Это свойство используют при изготовлении мембранных вакуумметров и мановакуумметров.

В отличие от упругих мембран в некоторых приборах применяются так называемые вялые мембраны. Вялые мембраны обычно изготовляются из резины с тканевой основой, из ткани с газонепроницаемой пропиткой или из синтетических материалов. Давление, воспринимаемое вялой мембраной, уравновешивается пружиной.

Вялые мембраны применяются в тягометpax, напоромерах, днфманометрах.

Рис.4 дифмаиометр с вялой мембраной

 

На рис.4 показана схема дифмаиометра с вялой мембраной. Чувствительный элемент—вялая мембрана 5, зажатая между крышками 6 и 8 корпуса, образует две полости дифференциального манометра. Измеряемые давления р₁ и р₂ подводятся по трубкам 7 и 1. Разность давлений, воспринимаемая вялой мембраной, вызывает прогиб ее, вследствие чего соединенный с ней сердечник 3 перемещается в катушках 4 дифференциально-трансформаторного датчика. Разность давлеиий уравновешивается пружиной 2.

Рис.5 показана схема мембранного

 дифманометра с пневматической

силовой компенсацией

 

 

На рис.5 показана схема мембранного дифманометра с пневматической силовой компенсацией (ДМПК-4). Под действием разности давлений, действующих на вялую мембрану 1, на подвижном жестком центре 2 мембраны возникает усилие, которое через стержень 3 и рычаг 4 вызывает изменение положения заслонки 5 относительно сопла 6. Изменение зазора между соплом и заслонкой приводит к изменению давления воздуха, поступающего к соплу через дроссель 7 постоянного сечения. Одновременно изменяется давление в камере г усилительного пневмореле. При этом мембраны 8 и 9 прогибаются и изменяется положение впускного 10 (в камере а) и выпускного11 клапанов. Это вызывает изменение давления в камерах б и в, которое будет продолжаться до тех пор, пока заслонка 5 под действием сильфона обратной связи 12 не займет такого положения относительно сопла, при котором усилие на сильфоне обратной связи не станет равным усилию на мембране 1. Величина перемещения заслонки при изменении намеряемого перепада в пределах диапазона не превышает 0,01 — 0,03 мм, поэтому деформации мембраны и сильфона обратной связи так же незначительны. Вследствие незначительных деформаций мембраны и сильфона усилия на них пропорциональны действующим избыточным давлениям, практически не зависят от небольших изменений их жесткости и вида статических характеристик. Пределы измерения изменяются перемещением сильфона 12 вдоль рычага 11. Рычаг 4 выводится из измерительной полости, находящейся под избыточным давлением, через уплотняющий сильфон 14. Пружина 15 предусмотрена для корректировки начального давления воздуха пчеле механизма пневматической дистанционной передачи. Пульсация прибора устраняется гидравлическим демпфером 16. Давления питания и выходное контролируются  манометрами М.

Рис.6. Мембранный дифмаиометр с электрической силовой компенсацией

На рис. 6 приведена схема мембранного электрического дифманометра электрической аналоговой ветви ГСП. Принцип действия его основан на электрической силовой компенсации. Давления Р₁ и Р₂ подводятся к корпусу, между крышками котогого зажата вялая мембрана. Усилие, развиваемое на мембране, с помощью рычага 11, уплотненного мембраной 10, передается с помощью рычагов 2 и 8 пластине 5 индикатора рассогласования 6. Возникающий в индикаторе электрический сигнал рассогласования подается на вход усилителя 7 и после усиления подается в силовое устройство обратной связи 9 и одновременно в линию дистанционной передачи. Таким образом, выходной сигнал преобразователя пропорционален значению измеряемой разности давлений. Регулировка прибора осуществляется перемещением сухаря 3 вдоль рычагов 1 и 2, чем изменяется передаточное отношение рычажного механизма. Корректировка нулевого значения выполняется пружиной 4. Приборы выпускаются на пределы разности давлении ог 100 Па до 6,3 кПа. Предельное избыточное давление — до 1 МПа. Класс точности 1.

Приборы с коробчатой мембраной

Коробчатые мембраны применяются для измерении разрежений. давлений, атмосферного давлении и разности давлении. В качестве измерительного элемента в приборах этого типа применяется коробчатая мембрана (иногда ее вызывают анероидом), представляющая собой упругую тонкостенную коробку. В некоторых случаях в этих коробках создают вакуум (барометры), тягомеры). Коробчатые мембраны, используемые в дифманометах, заполнены жидкостью.

Рис.7. Схема мембранного  дифманометра ДМПК-100А

На рис.7 приведена принципиальная схема мембранного дифманометра ДМПК-100А, у которого в качестве чувствительного элемента применены две мембранные коробки, внутренние полости которых соединены. Дифманометр ДМПК-IOOA предназначен для непрерывного преобразования контролируемого или регулируемого перепада давления в пропорциональные по величие значения давления воздуха дистанционной передачи. Действие дифманометра основано на принципе пневматической силовой компенсации. Усилие на чувствительном элементе, представляющем собой две коробчатые мембраны 2 и 12, уравновешивается через систему рычагов усилием, развиваемым давлением в сильфоне 7 обратной связи.

Давление к измерительным камерам А и Б подводится по трубам 1 и 13. Питающий воздух подается в измерительную систему по трубке 14. Изменение измеряемой разности давлений с помощью толкателя 3 приводит к повороту рычага 4 в уплотнении 5. При

этом изменяются расстояние заслонки 9 относительно сопла 10, а так кже давление в выходной линии 16 пневмоусплителя 15.

С выхода пневмоусилителя давление подается к сильфону 7 обритой связи, который через рычаг 11 и упор 8 осуществляет пневмокомпснсацию. Таким образом, давление на выходе пневмоусплителя будет изменяться пропорционально изменению измеряемой разности давлений. Изменение передаточного отношения пневмопреобразователя, настройка на заданный предел изменения разности давлений осуществляются перемещением опоры 8. Регулировка нулевого положения выполняется винтом 6. Дифманометр ДМПК-100А изготовляется для измерения разности давлений:

0 - 630; 0—1000; 0—2500 Па при абсолютном давлении 0,01; 0,063; 0,1 и 0,16 МПа.

Сильфонные манометры

Чувствительным элементом в  приборах этого типа является сильфон, представляющий собой металлический цилиндр с гофрированными стенками. Сильфоны изготовляются из латуни, бериллиевой бронзы и специального сплава — нержавеющей стали.

Действие на сильфон внешнего или внутреннего давления приводит к изменению длины его (сжатие или растяжение — в зависимости от направления действующей нагрузки). В пределах рабочего диапазона характеристика сильфона близка к линейной. Это значит, что отношение действующей силы к вызванной ею информации, называемое жесткостью сильфона, будет постоянным.

Для увеличения жесткости, уменьшения влияния гистерезиса и обеспечения линейности характеристики в сильфон часто помещают проволочную цилиндрическую пружину. Жесткость прутики обычно в несколько раз превышает жесткость сильфона, вследствие чего резко уменьшается характерное для сильфонов влияние гистерезиса и нелинейности характеристики.

Рис.8. Сильфонный тягонипоромет  ТНС-П

 

На рис.8 показана схема сильфонного  тягонапоромера ТНС-П, входящего в пневматическую ветвь ГСП. Сильфонный тягонапоромер предназначен для непрерывного преобразования давления или разрежения в унифицированный пропорциональный пневматический сигнал дистанционной передачи. Принцип действия прибора основан на пневматической силовой компенсации.

Изменяемое давление или разряжение действует на сильфон 9 и передается рычагу 8, который перемещает заслонку 4относительно сопла 5. При этом давление на выходе пневмоусплителя 6 изменяется и с выхода поступает в линию дистанционной передачи н на сильфон обратной связи 7. Усилие обратной связи, действен через рычаг 1 и сухарик 2 на рычаг 8, держит заслонку 4 относительно сопла 5 на расстоянии, соответствующем значению измеряемого параметра. Таким образом, давление на выходе пневмоусилителя будет соответствовать значению измеряемого параметра. Регулировка прибора осуществляется перемещением сухарика вдоль рычагов 1 и 8. Настройка нулевого значения выполняете и пружиной 3.

 

Рис.9. Сильфонный самопишущий манометр

 

На рис.9 показано устройство сильфонного самопишущего манометра. Давление через штуцер 1 подается в камеру 2, где находится сильфон 4. Внутреннее пространство сильфона сообщается с атмосферой. Внутри сильфона расположена пружина противодействующая сжатию его. В дно сильфона упирается штифт 5 соединенный с рычагом 6, передающим движение от сильфона к рычагу 7. Рычаг 7 тягой 8 соединен с рычагом 9, передающим движение стрелке 10 с укрепленным на ней пером.

Таким образом, изменение давления в камере 2 вызывает перемещение дна сильфона 4, которое через штифт 5 и систему, состоящую из рычагов 6, 7, 9 и тяги 8, передается стрелке 10. Следующие движения стрелки записывается на диаграмме, перемещаемой  часовым механизмом или синхронным двигателем.

Электрические манометры

Электрические манометры можно  разделить па две группы: миниметры одной группы основаны на свойстве некоторых материалов изменять свои электрические параметры под воздействием давления, манометры другой группы — на преобразовании механического воздействия измеряемой величины в электрический параметр соответствующими преобразователями.

Электрические манометры под действием  давления изменяют: сопротивление

магнитную проницаемость

 

 

индуктивность;

 Емкость

;

электродвижущую силу (э. д. с.)

Манометры сопротивления

К манометрам сопротивления (их называют также резисторные) относятся приборы для измерения давления, в которых используют реостатные и тензочувствительные (теизорезисторы) измерительные преобразователи.

В реостатном преобразователе движок перемещается в функции измеряемого давления. Таким образом, естественной входной характеристикой реостатных преобразователей является перемещение движка, в выходной — активное сопротивление, распределенное но некоторому закону по пути движения движка. При непрерывном изменении измеряемого давления выходная величина в реостатном преобразователе изменяется дискретно. Это обстоятельство вызывает погрешность квантования, уменьшающуюся с увеличением числа витков W преобразователя. Число витков преобразователя, определяющее разрешающую способность, обычно выбирают не менее 100-200.

Принцип действия теизорезисторов  заключается в изменении активного     сопротивления проводников при их механической де формации под влиянием   измеряемого давления. Это явление называется тензоэффектом. Характеристикой тензоэффекта материала является коэффициент относительной тензочувствительности — где относительное изменение сопротивления проводника; — относительное изменение длины проводника.

Применяются два метода peaлизании тензоэффекта при создании манометров сопротивления. Первый метод заключается в использовании тензоэффекта проводника, находящегося в состоянии объемного сжатия, когда естественной входной величиной является давление окружающего газа или жидкости- Выходной величиной является изменение активного сопротивления проводника. На этом принципе строятся манометры для измерения высоких и сверхвысоких давлений.

Преобразователь представляет собой катушку магалитового провода, помещенную в область измеряемого давления.

Второй метод заключается в использовании тензоэффекта растягиваемого теизочувствительного проводника. В качестве тензоэлемента применяют так называемые тензорезисторы.

Рис.10. Проволочный тензорезист

Проволочный тензорезнстор (рис.10) состоит из мангалитовой проволоки диаметром 0,002—0,005 см, которая уложена в ряд петель (от 2 до 40) длиной 5—25 мм и шириной до 10 мм. Петли наклеивают на бумажную подкладку 1 и сверху заклеивают защитной бумажной полоской. Тензорезистор наклеивают на поверхность, деформирующуюся под действием давления. Деформация упругого элемента, испытывающего измеряемое давление, вызывает соответствующее растяжение проволоки 2 тензорезистора. Изменение сопротивления теизорезистора, соединенного с измерительной схемой проводниками 3, пропорционально измеряемому давлению.

Из-за того, что упругие деформации чувствительных элементов весьма малы и не превышают 2,5 -10^-3, относительное изменение сопротивления преобразователя не превышает 5-10 ³, т.е. 0,5%. При столь малых рабочих изменениях сопротивления прополочного тензоэлемеита особое значение имеет температурный коэффициент сопротивления проволоки. В этих условиях изменение сопротивления, обусловленное колебаниями температуры на несколько градусов, сопоставимо с изменением сопротивления, вызванным измеряемой деформацией.

Поэтому измерительная схема, использующая в качестве чувствительного элемента тензорезистор, должна предусматривать температурную компенсацию.

Манометры с переменной магнитной проницаемостью.

Рис.11. Электромагнитный дроссель.

а – принципиальная схема; б – график

Зависимость магнитной  проницаемости от напряженности

магнитного поля с  нагрузкой (1) и без нагрузки (2)

 

 Принцип действия преобразователей с переменной магнитной проницаемостью основан на изменении магнитной проницаемости электромагнитного дросселя при его сжатии или растяжении. Магнитная проницаемость является функцией напряженности поля. Как видно из рис.11, б, эта зависимость имеет нелинейный характер (кривая 1). Если приложить к дросселю сжимающую пли растягивающую силу Р (рис.11, а), то кривая сместится (кривая 2) па величину, зависящую от удельной нагрузки а