Принцип работы дифференциального манометра

Жидкостные Д. разделяются на трубные, поплавковые, кольцевые и колокольные. Трубные Д. бывают двухтрубные (U-образные) и однотрубные (с сосудом и вертикальной трубкой и с сосудом и наклонной трубкой, служащей для увеличения точности отсчёта при измерении малых величин). Действие двухтрубного Д. (рис. 1) основано на использовании сообщающихся сосудов, заполненных жидкостью, столб которой одновременно является гидравлическим затвором и создаёт гидростатическое давление, противодействующее измеряемому. Один конец U-образной трубки, заполненной жидкостью, соединяют с замкнутым пространством, в котором надо измерить избыточное давление, а второй остаётся открытым (под барометрическим давлением). Разность уровней жидкости в трубках показывает избыточное давление р_изб = р_абс -- р_бар = р; р = hсg, где h -- разность уровней жидкости, с -- плотность заполняющей жидкости, g -- ускорение свободного падения. Уравнение для однотрубного Д. с сосудом и вертикальной трубкой (рис. 2) аналогично уравнению для двухтрубного Д. Величина перемещения жидкости в трубке однотрубного Д. прямо пропорциональна измеряемому перепаду давлений и зависит от соотношения квадратов диаметров или площадей сечения трубки и сосуда: f/F = d²/D². Чтобы упростить измерения, обычно принимают соотношение, при котором h₂ будет отличаться от h₁ не более чем на 1%; поэтому величиной h₁ пренебрегают и отсчёт производят только по уровню жидкости в трубке. Для исключения погрешности шкала изготовляется с делениями, равными не 1 мм, а меньше (0,9 мм). Диапазон измерений U-образных Д. до 93 кн/м² (700 мм рт. ст.) при давлении среды до 15 Мн/м² (150 кгс/см²). Точность отсчёта в двух трубках ± 1 мм.

Поплавковый Д. по принципу действия аналогичен однотрубному Д. с сосудом и вертикальной трубкой, только для измерения служит поплавок, передающий изменение уровня жидкости в сосуде на стрелку прибора. Диапазон измерения перепадов давления от 0 до 133 кн/м² (от 0 до 1000 мм рт. ст.), при давлении среды до 16 Мн/м² (160 кгс/см²). Основная приведённая погрешность ± 1,5--2%.

Кольцевой Д., или «кольцевые весы», имеет чувствительный элемент в виде полого кольца с перегородкой (рис. 3). В нижней части кольца, заполненного жидкостью (вода, масло, ртуть), укреплён компенсационный груз. При p₁ = p₂ уровень жидкости в обеих частях кольца одинаков, а центр тяжести груза находится на вертикальной оси, проходящей через центр кольца. При p₁ > p₂ жидкость в левой части опустится, а в правой поднимется. Усилие, создаваемое действием разности давлений на перегородку, вызывает момент, стремящийся повернуть кольцо по часовой стрелке. Диапазон измерения перепадов давлений: для низкого давления (с водяным заполнением) до 1,6 кн/м²(160 кгс/м²) при давлении среды до 150 кн/м² (15000 кгс/м²); для среднего (с ртутным заполнением) -- до 33 кн/м² (250 мм рт. cт.) при давлении среды 3,2 Мн/м² (32 кгс/см²). Основная приведённая погрешность ± 0,5--1,5%.

Колокольный Д. (рис. 4) представляет собой колокол, погружённый в жидкость и перемещающийся под влиянием разности давлений внутри (большее) и снаружи (меньшее) колокола. Противодействующая измеряемому давлению сила создаётся утяжелением колокола (гидростатическое уравновешивание) или деформацией пружины, на которой подвешивается колокол (механическое уравновешивание). Диапазон измерения перепада давлений от 40 н/м² до 4 кн/м² (от 4 до 400 кгс/м²) при давлении среды от 10кн/м² до 0,3 Мн/м² (от 1000 кгс/м² до 3 кгс/см²).

Механические Д. разделяются на мембранные с плоской упругой металлической мембраной (рис. 5) и с неметаллической мембраной и сильфонные. В мембранных Д. упругая металлическая мембрана прогибается под влиянием измеряемого давления, по величине прогиба определяют давление. В некоторых конструкциях Д. мембрана служит только для разделения камер. Противодействующую силу при деформации создаёт тарированная цилиндрическая спиральная пружина, которая разгружает мембрану. Некоторые мембранные Д. имеют защиту от односторонней перегрузки и могут применяться для измерения не только перепадов, но и избыточных давлений. Диапазон измерения давления от 0 до 6,3 кн/м² (0--630 кгс/м²) и от 0,16 до 0,63 Мн/м² (1,6--6,3 кгс/см²); диапазон перепада давлений до 133 кн/м² (1000 мм рт. cт.) при максимальном давлении среды до 60 Мн/м² (600 кгс/см²). Основная приведённая погрешность ± 1,5%. Д. с неметаллическими мембранами (из резины и т.п. материалов) имеют только цилиндрическую спиральную пружину, не воспринимают изгибающих моментов и сжимающих усилий и работают только на растяжение. Для увеличения перемещения они изготовляются гофрированными и имеют жёсткий центр, образованный двумя металлическими дисками. Диапазон измерений перепада давлений до 133 кн/м² (1000 мм рт. cт.) при давлении среды до 6,4 Мн/м² (64 кгс/см²). Основная приведённая погрешность ± 1--2%.

Сильфонные Д. имеют чувствительный элемент -- гофрированную металлическую коробку (сильфон) с тарированной цилиндрической спиральной пружиной. Сильфон разделяет полость Д. на две камеры. Большее давление подводится в полость над сильфоном, а меньшее -- внутрь. Под действием разности давлений сильфон прогибается на величину, пропорциональную измеряемому давлению. Диапазон измерений до 25 кн/м² (2500 кгс/м²) при давлении среды до 32 Мн/м² (320 кгс/см²). Основная приведённая погрешность ± 0,5--1%.

Поплавковые, кольцевые, колокольные и механические Д. изготовляются показывающими, самопишущими и бесшкальными (с электрической или пневматической дистанционной передачей показаний), с электрическим контактным устройством. Д. для измерения расхода по методу переменного перепада выпускаются с интегрирующими и суммирующими устройствами. Дальнейшее развитие конструирования Д. идёт по пути усовершенствования механического Д.

Рис. 1. Двухтрубный U-oбразный дифманометр.

Рис. 2. Дифманометр с сосудом и вертикальной трубкой.

Рис. 3. Схема кольцевого дифманометра.