Приборы измерения давления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Измерение давления и разрежения

Под давлением понимают силу, с которой молекулы вещества воздействуют на единицу ограничивающей поверхности.

Атмосферное давление- давление в газообразной оболочке земного шара, которое измеряется силой, равной давлению атмосферного воздуха на единицу площади поверхности, находящейся на нем.

Атмосферное давление создается массой воздушного слоя земной атмосферы и имеет переменную величину, зависящую от высоты местности над уровнем моря, географической широты и метеорологических условий.

Вакуум (разрежение)- такое состояние газа, при котором его давление меньше атмосферного.

Динамическое давление- это давление, вызванное скоростью движения потока газа.

Методы измерения давления основаны на сравнении сил измеряемого давления с силами:

- давления столба жидкости (ртути, воды) соответствующей высоты;

- развиваемыми при деформации упругих элементов (пружин, мембран, сильфонов, манометрических трубок);

- тяжести грузов;

- упругими силами, возникающими при деформации некоторых материалов и вызывающими электрические эффекты.

Действие жидкостных манометров основано на гидростатическом принципе, при котором измеряемое давление уравновешивается давлением столба затворной жидкости.

Разница уровней в зависимости от плотности жидкости является мерой давления. Простейшим прибором для измерения давления или разности давлений является двухтрубный манометр, представляющий собой согнутую стеклянную трубку, заполненную рабочей жидкостью (ртутью, водой) и прикрепленную к панели со шкалой. Один конец трубки соединен с атмосферой, другой подключается к объекту, где измеряется давление. Значение давления определяется по формуле:

P=hpg, где:

P- измеряемое давление, Па;

h- разность уровней жидкости, м;

p- плотность жидкости, кг/м³;

g- ускорение силы тяжести, м/с²

Принцип действия деформационных средств измерений(например, пружинного манометра) основан на уравновешивании силы, создаваемой давлением контролируемой среды на чувствительный элемент (одновитковые и многовитковые трубчатые пружины, упругие мембраны, сильфоны) силами упругих деформаций различного рода упругих элементов.

Эта деформация в виде линейных или угловых перемещений передается регистрирующему устройству или преобразуется в электрический сигнал для дистанционной передачи.

Классификация приборов для измерения 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.

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.

Рис. 1. Мановакуумметр двухтрубный

Применяется для измерения избыточного и предельного давления в газовых системах.

Мановакуумметры предназначены для работы в закрытых помещениях при температуре окружающей среды 25 °С. В качестве рабочей жидкости используют дистиллированную воду.

Мановакуумметр состоит из стеклянной U-образной трубки, закрепленной на металлическом основании с полистирольной шкалой.

Грузопоршневой манометр

Грузопоршневые манометры - это приборы, в которых измеряемое давление уравновешивается усилием, создаваемым калиброванными грузами, воздействующими на свободно передвигающийся в цилиндре поршень.

Применяются в качестве эталона при поверке, калибровке, регулировке и градуировке:

- высокоточных датчиков давления и других средств измерений давления;

- образцовых манометров, калибраторов давления, грузопоршневых манометров и других эталонов давления.

Рис. 2. Грузопоршневой манометр

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.

Пружинные манометры

Пружинными называются 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.

Манометры с трубчатой пружиной

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. Свободный конец пружины выполняет движение, пропорциональное величине давления. Движение передается посредством стрелочного механизма на шкалу. Для измерений давления до 60 или 100 кгс/см²применяются, 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).

Рис. 3. Схема манометра с трубкой Бурдона

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 агрессивных 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.

Рис. 4. Схема манометра с пластинчатой пружиной

Манометры с коробчатой пружиной

Давление измеряемой среды воздействует 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 рекомендуются для измерения давления газообразных сред. Защита от перегрузки возможна только в определенных границах. Для повышения чувствительности в манометре может устанавливаться ряд коробчатых пружин («пакет» коробчатых пружин).

Рис. 5. Схема манометра с коробчатой пружиной

Баровакуумметры

давление манометр пружина измерение

Баровакуумметры - это 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 вакууммирования и герметизации соответствующей измерительной камеры или облегающего корпуса. Передача движения измерительного элемента и индикация давления осуществляются аналогично выше описанным манометром относительного давления.

Рис. 6. Схема манометра абсолютного давления

Дифференциальные манометры

Дифференциальные манометрыприменяются для измерений разницы давлений.

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.

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.

Рис. 7. Схема манометра дифференциального давления

Справка:

Сильфон(от англ. Sylphon), тонкостенная металлическая трубка или камера с гофрированной (волнообразной) боковой поверхностью. Сильфоны изготавливают из латуни, фосфористой и бериллиевой бронзы и нержавеющей стали. Наиболее широко сильфоны применяют в пневмо- и гидроавтоматике в качестве чувствительных элементов, реагирующих (расширением или сжатием, подобно пружине) на изменение давления газа или жидкости, действующего на дно сильфона (например, в датчиках температуры, давления), а также в качестве гибких соединений трубопроводов, компенсаторов температурных удлинений, упругих разделителей сред. Стенки сильфонов для работы при больших разностях давлений и в агрессивных средах изготовляют 2-, 3- и 4-слойными.

Размещено на Allbest.ru